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當今，發動機密封技術的領軍廠商從未在如此大的壓力下去實現汽車制造商設置的嚴格目标。到底存在何種壓力呢？請随小編一探究竟。

汽車制造商一直在追求小型化、輕量化和更高效的發動機，同時随着當前排放法規的嚴格實施及對未來技術路線的長期規劃，這在無形中對動力總成零部件和子系統以及從事技術開發的工程師施加了更大的壓力。

排放法規自身也面臨着不同的挑戰，其中一項就是大幅減小摩擦。科德寶密封技術公司産品開發戰略總監Eberhard Bock教授提到，當前的重要發展趨勢是逐步增加氣動潤滑密封件的使用，其在運轉時幾乎沒有接觸及摩擦現象。

科德寶Levitex機械端面密封使用了一個氣墊來實現該功能，其減少了燃油消耗量和CO₂的排放值。一個軸密封件随着發動機的運作而産生摩擦，但Levitex是随着2個包含高精度微觀結構的表面相互作用而運行，其能産生阻止機油洩漏的氣膜，而低粘度氣膜所引起的摩擦接近于零。

Bock補充道，與當前使用的曲軸密封件相比，氣動密封每公裡減少的CO₂排放值約為0.5～1 g。采用Levitas變速器密封環，會使其具有更顯著的排放改善效果。其流體力學界面也能相應減小摩擦，每公裡能進一步減小的CO₂排放值達0.5 g。同行德國制造商善爾固（KACO）也注意到了氣動潤滑密封技術的優勢。KACO研發副總監AndreasGenesius為此強調，KACO已經開發了一種被稱為Evolift的氣動潤滑密封系統，該系統的摩擦損失值比唇形密封圈還小。

密封洩漏

另一項重大的工程挑戰是縮松，超密封（UltraSeal）國際集團董事總經理Gary Lloyd提到，在鑄造生産過程中縮松幾乎被廣泛認為是不可避免的。例如熔融材料的體積、流動、壓力、積存的氣體及留存的脫模劑等變量，貫穿鑄造過程的不同時間段，都能促使縮松現象的産生。

如果縮松形成了一個洩漏途徑，流體或氣體從零部件就會出現洩漏，從而導緻系統效率損失或者甚至零部件失效。失效的零部件在機加過程中是不予接收的，因此增加了總成本，并且減小了産量。

為解決洩漏，需要回溯到生産流程的初期，其源于一個使用一種耐熱性和耐化學性聚合物的真空浸滲過程。常見受影響的内燃機零部件包含缸蓋、缸體和變速器殼體。最好的結果是，浸滲過程日益集成在生産設備中，或者與加工過程共線進行。

發動機熱管理也是一種挑戰，現代發動機需比原機型具有更高的熱效率，從而導緻了更加複雜和精巧的鑄造設計。除了較小的、薄壁型的，較高負荷的零部件，汽車行業需要高質量的鑄造件以确保其可被接受的疲勞周期。但是設計的基礎和缸蓋、缸體及變速器部件鑄造的必備條件一直沒有改變。換句話說，當制造商突破内燃機鑄造的設計和量産界限時，隻有密封制造商，才能确保複雜鑄造件中僅含有少量的縮松。

這些類似的原理促進了其他行業趨勢的進一步發展，例如“小型化”。如果曲軸是密封系統的一部分且需要被低摩擦動态密封，這些對KACO并未産生直接影響。在全球市場，KACO看到的是逐步向電動水泵發展的趨勢，其能減少内燃機中的能量消耗，當需要進行熱管理時，隻需打開水泵，所以其并非一直保持運轉。從KACO的觀點來看，密封系統同樣在向電動化發展，因為目前發動機和電池冷卻是廣受關注的研究課題。

化學世界

在汽車市場中得以日益增長的電動車型和混動車型，其所使用的高精密鑄造技術具有關鍵的輔助作用。電子驅動單元通常被放置于一個鑄造殼體内，其整合了冷卻系統技術。電池殼體是另一個在改善縮松密封方面頗具潛力的零部件。為确保電池總處在合适的工作溫度，需要配備有冷卻系統，其通常使用制冷劑或水乙二醇。

在某款全新的電池殼體中，電池被浸入液體中來控制其溫度，并且使用了壓力密閉結構。在這些日常的鑄鋁結構中會存在出現縮松現象的風險，也有需求通過鑄造浸滲工藝來确保零部件性能。

電動夢想

Bock聲稱，電機正在逐漸調整其密封表面，既有幹式電機，也有以濕式狀态運行的電機，遺憾的是，其由一個油霧潤滑系統進行潤滑，在電機和變速器之間并無密封件的需求。永磁同步電機具有更高的效率、更低的熱損失和更高效的冷卻，異步電機則需要更好的冷卻，這意味着在高功率電機中，旋轉軸通常是中空的。冷卻系統結構複雜，類似内燃機中的水泵密封圈一樣需要機械端面密封。軸頸的截面積可達其4倍之多，而軸轉速至少是其2倍以上，這對一個标準的徑向軸密封圈而言則明顯過大。所以低摩擦的機械端面密封是目前唯一的選擇。Bock認為電機方面并無更多的技術改善空間，一台100 kW的電機具有96%～97%的效率，同時也不會有效率為99%的電機。

Lloyd認為無論從事何種類型的發動機，冷卻問題仍然較為複雜。在電動汽車和混動汽車的設計方面，類似于諸多傳統意義上的鑄件，需要同樣考慮密封。雖然Lloyd完全同意Bock的觀點，但電氣化也呈現出其自身所面臨的工程挑戰。混動和電動傳動系統通常包含用來安置電機和電驅單元的鋁鑄件，靠溫度控制來優化電機性能，這意味着鑄件通常将會包含較為複雜的冷卻系統。

這些鋁鑄件将會面臨與内燃機鑄件同樣的縮松現象。電驅動力總成的制造商将長期需要專門的密封知識來減少縮松量，以及對定制的獨立生産過程需求條件提供浸滲技術。

在鑄件上，Genesius看到了其他提升内燃機效率的方式，減輕質量能有效促成更低的排放。例如，直接粘合密封唇的塑料曲軸法蘭，與傳統鋁法蘭相比減輕了質量。KACO甚至在最新一代的發動機上發布了一種生物塑料法蘭，除了顯著的整機質量優化，其材料本身也較為環保。

求同存異

展望未來，更優越的内燃機性能及更低的排放要求旁敲側擊地影響到了汽車行業的密封技術。如果客戶需要更高的性能，對KACO而言并無過大差别，因為智能化産品的用途是多種多樣的，KACO的通風蓋是一個純橡膠部件，對于任何變速箱都可使用，同時也能匹配新能源汽車的所有減速傳動器。換言之，KACO試圖采用耐用的标準件來解決問題，其能被應用到不同的傳動系統結構中。但當現有的标準件不起作用時，KACO同樣可提供專門的解決方案。數月前KACO曾嘗試從新技術中産生全新的标準件。

Lloyd認為行業必須聚焦于由其支配的工具，對于未來的汽車設計和開發進程，很明顯鑄造技術還有一定的發展空間，但是相比以往，其更多地涉及到複雜而精巧的鑄件。這意味着未來密封知識将繼續對支持動力總成的鑄造領域起到關鍵作用。

感知能力

密封制造商難以承受停滞發展所導緻的弊端，且KACO近期開發有一個關于密封技術的新系統。KACO研發副總監AndreasGenesius暗示，基于KACO的觸發輪技術，其使用充滿鐵素體的磁化橡膠來産生信号，KACO當前正在開發一個全新種類的傳感器，該系統比霍爾傳感器更先進，因此可在未來進一步優化發動機管理，正如此概念适用于直接設計過程。但KACO也能預測到該密封系統能在汽車行業以外的領域中得以應用。

作者： MICHAEL DONLEVY

整理：王少輝

編輯：伍賽特

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