低油耗的波形活塞设计荣获沃尔沃技术奖

沃尔沃集团的新型卡车发动机采用智能活塞设计,通过在活塞头上增加波形设计,提高氧气的利用率,从而提高了燃油效率。开展这一创新设计的工程师团队荣获了2017年度沃尔沃技术奖。
2017年度沃尔沃技术奖

2017年度沃尔沃技术奖的获得者:来自沃尔沃集团卡车技术部的John Gibble, Frank Löfskog, Michael Balthasar和Jan Eismark

虽然内燃机自问世140年来历经不断改进,但是现在仍然有改进的空间。

杨·艾斯马克(Jan Eismark)和他的同事迈克尔·巴尔塔萨(Michael Balthasar)提出了新的波形设计,并且已经获得专利。但是还要通过先进的技术来证明他们的初步设想是正确的,并确定活塞头的最终设计。这就需要运用计算流体动力学(CFD)并将气缸内的燃烧过程高速拍摄下来。

在标准活塞壳内,喷油器位于气缸顶部,通过喷油器上的多个喷孔向气缸壁喷射燃油。在热量和压力的作用下,燃油在到达缸壁之前开始燃烧。

火焰以50米/秒的速度冲击燃烧室壁,并蔓延至活塞碗壁,相邻的火焰以180°的角度互相碰撞,但是仍然保持较高的速度。

当火焰相互碰撞时,它们会争夺可用的氧气,而与此同时,燃烧室中心的氧气永远得不到充分利用。“出于这个原因,我们希望找到一种方法,将火焰引导至燃烧室的中心,从而更加充分地利用那里的氧气。”杨·艾斯马克解释说。

他们设计出了带有脊线或波形的活塞头,活塞上有6条脊线,而位于气缸中心活塞顶部的喷油器有6个喷孔,能够确保燃油喷射到这些脊线之间,从而将火焰引导至气缸中心。

我们必须能够制造出具有成本效益的新设计,才能用于车辆的生产。我们已经开展了大量工作来开发新活塞的制造方法,以实现活塞成本和客户利益之间的良好平衡。我们还进行了上千小时的测试来改进设计并验证这种新活塞的耐久性。

这一创新性的智能解决方案现在已经用于沃尔沃集团的最新发动机产品,不仅能够为客户带来经济利益,而且有利于环保。由于燃烧过程更加高效,发动机产生的烟尘颗粒数量减少了一半,而且平均可降低2%的油耗。