先进密封技术 或是发动机减排的未来新战略
发布时间:2017-09-25   作者:Joel Johnson
  • Joel Johnson目前担任Freudenberg-NOK密封技术公司运输机械工程部的全球副总裁。
  • 过去10年中,发动机和传动系密封系统的能效提升了近50%。Johnson相信,通过应用和改良已有的新技术,在现有基础上再提升50%的能效也不无可能。
  • 图为止推垫圈。

如今,人们对于非公路用车和卡车的需求已变得愈发复杂。车辆必须更环保,能在更苛刻的工况下运行,行驶时长更久,还需运用最新的材料和科技技术,达到最佳性能,满足市场需求。而为了更好地满足未来全球范围的减排需求,就需要将已有的技术更广泛地投入应用,同时也需要性价比更高的新技术研发有所突破。作为密封装置、蓄能器和高性能材料的领先制造商,Freudenberg密封技术公司正积极致力于现有和待开发的各类动力系统,以满足世界各地不同的客户需求。

 

在讨论排放的测量时,议题的中心往往是法规要求,但总的来说,提高能效是节能减排最直接有效的途经。像发动机小型化、燃油直喷、废气再循环、减小摩擦以及减少使用不必要的催化剂等手段,都会影响发动机的能效,从而改变排放量。

 

系统最优化

 

要实现系统最优化并延长车辆寿命,先进的密封技术起着至关重要的作用。举例来说,密封技术决定着自动变速传动系统中近1/4的机械能损耗,所以,自动变速系统制造商十分渴望能进一步减少系统摩擦,从而将机械能损耗降到最低。而如今,全新的密封材料和密封设计将会有效减轻系统重量,减少摩擦,并降低油耗。

 

而在发动机方面,我们面临的挑战很多,包括要能匹配更加轻量化的发动机,并且能适应发动机更极端的高温/低温工况要求。而随着更先进的燃料和润滑油的应用,以及更加苛刻的驾驶工况出现,由此带来的一系列挑战也是我们必须面对的。为此,Freudenberg公司和客户之间密切合作,制定出应对这些挑战的各种方案,同时针对各种不同的动力系统,进行节能减排性能的优化。目前,公司已经研发出了新的密封技术,能够承受超过18,000小时的高负荷运转,并计划将这一数字翻倍。

 

而在密封系统优化的研发中,明确各种应用需求至关重要。有时客户往往会提出一些极具挑战性的要求,时常同污染排放或温度设定有关。而密封技术是摩擦学的一部分,所以如果没有把所有性能参数都仔细分析过,就无法实现系统的正常运转。在很多时候需要同时采用多种密封技术,但是只有全面分析过速度、温度、用途、环境、压力、尺寸(也被称为S.T.A.M.P.S.)等各项参数,才能确定最优的解决方案。

 

Freudenberg公司同时也在不遗余力地进行低排放密封技术(LESS)产品的研发。LESS部件在制造和实测时,都会首先考虑S.T.A.M.P.S.参数,以实现各种运输机械和卡车的节能减排。这些产品包括:用于柴油发动机的改进款阀杆(有助于机油计量和漏气控制)、新一代曲轴密封技术(摩擦降幅可达90%)、更先进的密封材料及加工技术(以便改善机油的流动和压力,实现功率损失的最小化,提高传动系能效)、改良的密封垫(能适应承受度更强的塑料罩)、兼容排气系统和尿素添加剂的密封垫,以及耐高温的车用尿素(AdBlue)接触材料等。

 

车辆电气化和其他全球主要趋势

 

除了动力系统优化之外,其他一些全球主流趋势也都着眼于未来的发动机减排战略。总体而言,所有欧洲和美国的新出厂设备,都严格遵循StageIV(四阶段)排放标准。所以当务之急是,需要了解其他国家或地区会以何种速度跟上这一减排步伐?比如,对于亟待解决空气污染问题的中国而言,其排放标准很可能会逐步向StageIV靠拢。然而,像印度或伊朗这些国家的情况就很难预测了。为此,全球的车辆制造商都必须尽可能地掌握尖端技术,以符合更严苛的法规和标准要求,同时,这也是为了更好地控制“总体拥有成本”(即TCO),延长现有设备的使用寿命。

 

车辆电气化也是一种主流趋势,但具体发展因市场而异。对于物料搬运设备而言,这一技术就被用在了工业用卡车上。卡车在封闭的环境里作业,并且需要额外配重以防止其翻倒。卡车的电池就充当了配重的角色,而一些客户也正想方设法用燃料电池组件取代原来的电池,这样就不再需要充电站了。这也被视为是节能减排的终极解决方案。不过,不同市场对设备电气化的需求也不尽相同。例如,农业用机械往往需要以一个恒定的速度作业相当长的时间,并且周围鲜有充电和加氢基础设施。在这一情况下,使用高效的柴油发动机就是最佳方案了,因为只要适时加油,设备就可以进行全天候的作业。

 

而对于城市的小型建筑工程机械而言,柴油混合动力车技术然效果更佳。柴油发动机以一个恒定的速度旋转,类似于一台发电机,可以大大降低噪音,而设备作业则完全依靠电动系统。但是,在某些情况下——比如对于挖掘机而言,用电动系统替代液压系统并不可行,而液压辅助储能系统则更管用。这样,液压系统产生的压力就能储存在蓄能器中,而不会再释放回液压系统。而在下一步作业启动时,就可以充分使用这部分能量,而不必耗费新的能源。而如果多项低负荷作业都能使用蓄能器中储备的能量,那么整体的能效平衡便能大大改善。

 

过去10年中,发动机和传输密封系统的能效提升了近50%。而通过应用和改良已有的新技术,在现有基础上再提升50%的能效也不无可能。目前,汽车行业正在使用已有技术对设计进行优化,客户将能够以一种更加经济的方式步入节能减排的新纪元。

 

本文作者系Freudenberg-NOK密封技术公司运输机械工程部全球副总裁Joel Johnson,属于《卡车与非公路设备工程》“高管视角(Executive Viewpoints)”年度系列报道的一部分。

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