近年来,在新能源技术倍受热捧和重望的压力下,传统内燃机也通过技术创新进一步挖掘出节能减排的潜力。同时,可变气门正时、缸内直喷及增压等技术的方兴未艾,也给传统的发动机零部件带来了挑战。例如,大家熟悉的发动机正时皮带正被金属链条(以下简称“正时链条”)大量取代。
正时链条大量取代皮带有杀手锏
日前,博格华纳在其位于上海的中国研发中心举办了以“正时链条系统降摩擦”为主题的技术论坛。会上,记者获悉,相当于心脏瓣膜的闭合控制,正时系统主要用于控制发动机各缸进气、排气的气门开闭的节奏,原先主要采用带齿的橡胶皮带来传递旋转运动。如今,具有成本和传承等优势的皮带,其市场占有率正被正时链条大量侵占。对此,博格华纳摩斯链条系统全球应用技术总监Stan Dembosky认为,这首先得益于正时链条具备的高可靠性和免维护的自身优势。
据Dembosky介绍,与具有弹性的橡胶皮带相比,金属材质的正时链条受力不易变形,也没有皮带因塑性变形导致的能量内耗,因此,正时链条的传动效率和可靠性更高。同时,易老化的正时皮带通常每6万-10万公里就需更换,而正时链条则无需更换,能大大节省车辆使用过程中的维护费用,而且还能避免因皮带断裂导致气门顶弯等严重损坏发动机的风险。
另外,发动机自身技术的进步也助推了正时链条的普及。迫于节能减排的需要,现在发动机纷纷采用基于先进电子控制技术的可变气门正时系统(VVT)。由于VVT所用相位器需要机油润滑,若使用正时皮带,则需要增加密封系统,以防止油污恶化橡胶皮带的性能,而正时链条则无需该隔油措施,适合与VVT“搭档”。为了迎合发动机小型化的发展趋势,部分车企开发了高性能3缸发动机或2缸发动机,这些发动机需要增加平衡轴以改善NVH性能(噪音、振动及平顺性)。平衡轴的旋转速度与发动机曲轴有一定的正时要求(速度相关性),采用强度更大的正时链条驱动,性能更可靠。此外,与皮带相比,正时链条还具有轴向(宽度)尺寸小、外形紧凑等优点。
低端车型也在借助链条添卖点
事实上,正时链条并不是什么横空出世的新产品。例如,博格华纳早在1908年便发明了应用于汽车的正时链条。只是受成本限制,正时链条一直未能大放光芒。随着先进制造工艺带来的成本优化、发动机自身技术升级(对配套部件提出了更高要求),以及消费者对免维护产品的热衷等一系列内外因的陆续形成,正时链条终于迎来了大发展。Dembosky说,2006年前,发动机还是以正时皮带为主,但是,现在正时链条在全球发动机市场的占有率已达到60%,估计3-5年后能达到64%。当前,中国市场上,正时链所占比例也达到了50%以上。去年,博格华纳在国内共销售了400多万台套正时链条或正时系统。
谈到成本,Dembosky解释说,正时链条替代皮带,不是简单地将皮带换成链条,这里面牵涉到系统重新设计的问题,还需要增加液压张紧器、定轨和动轨等新装置,因此,单从整车生产环节而言,采用正时链条的成本比皮带高,但是,要综合汽车使用过程中皮带定期更换产生的维护费用而言,使用长寿命、免维护的正时链条更划算。对此,博格华纳摩斯链条系统的一位资深员工对记者肯定地说,“只需要更换1次皮带,就能把因采用正时链条多付出的钱给赚回来了。”
据该员工透露,他们现在接到的正时系统开发项目中,皮带已经很少了。即便诸如五菱、奇瑞QQ及长安等低端车型也在使用正时链条,并将其降低使用成本的免维护优势作为卖点。为了满足国内市场对正时链条需求的快速增长,博格华纳正在其宁波工厂推进深度国产化项目,以进一步提升正时链条的产能和价格竞争力。
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正时链条产品种类和市场格局
国际上采用的正时链条主要分为如下3大类:滚子链(类似自行车链条)、套筒链和静音链(齿形链)。其中,汽油机倾向采用静音链;柴油机则以套筒链为主。国际上主流的正时链供应商主要有:博格华纳摩斯链条系统(Morse Chain)、日本椿本(Tsubaki)、舍弗勒集团(Schaeffler)和德国伊维氏(iwis)等。其中,博格华纳摩斯链条系统得历史可追溯到摩斯链条创立的1880年。1908年,摩斯链条发明了应用于汽车的正时链条;1929年,该司被博格华纳收购。2007年,博格华纳开始在宁波生产静音链、滚子链和套筒链等各类正时链条。目前,博格华纳正在研发的项目,绝大多数采用了其专利技术的静音链(齿形链)。
正时链条不仅制造精度高,而且对材质和热处理等工艺有特殊要求,目前,国内正时链条市场仍由外资品牌主导,本土正时链条厂商所占市场份额不到10%,加上本土供应商在链条系统的设计和验证等方面能力欠缺,限制了其业务拓展的步伐。
近年来,国家一直推出政策,推进产业技术晋升、关键零部件的国产化。去年11月25日,工信部印发了《机械基本件、基础制作工艺和基础资料产业“十二五”发展计划》,在入选的发展重点的机械基础件中,便包含了发动机正时链条。