發動機連桿減碳技術研究及開發

1 發動機行業全生命周期碳中和要求

根據我國2030年實現碳中和的政策目標，大多數車用發動機生產企業已經明確了2045年實現碳中和的愿景

。

以2020年為基準，單位產值碳排放量到2025年需減少20%，單位產值到2030年碳排放量累計減少37%。

2 發動機行業全生命周期碳中和方法和路徑

發動機行業全生命周期碳中和八大路徑有：

3.2.1 由于電機頂部需加接口和開孔，初軋電機為對開電機罩殼，沒拆卸開孔技術難題。但精軋電機中間段為不可拆卸整體結構，所以給頂部開口帶來了難度，即殼體內是定轉子，如氧乙炔割孔，則直接影響定轉子。最后決定利用罩殼加強筋與電機筋板間四公分左右間隙鋪設加濕石棉布，以遮擋氧乙炔割孔的火焰和廢渣。這樣，逐步鋪擋、逐步切割，解決了這個難題。

1)電網清潔化；2)車輛電動化；3)替代燃料使用；4)材料效率提升；5)車輛生產能效提升；6)動力蓄電池碳排放降低；7)車輛使用能效提升；8)出行距離降低。

其中，發動機零部件設計開發重點應為材料效率提升。材料效率提升的具體方法有以下：

1)原材料回收；2)輕量化設計；3)低碳材料應用。

2)攝像頭的切換：在森林火點檢測系統中如果要對某片森林進行監控，肯定要用到多個攝像頭進行全方位的安全監控，用戶可以通過改變攝像頭的編號來進行攝像頭之間的切換，實時對整片森林的安全監控。

發動機零部件以金屬材料為主。現階段，金屬材料再生回用比例短時期內受技術水平限制無法快速提升；所以，發動機零部件減碳降碳短期內應以輕量化設計、低碳材料應用等措施為主。

阮小棉一直是記得楚西的。楚西那天穿一條純白吊帶真絲連衣裙，頭發一直到腰那么長，沒有染也沒有燙，出水芙蓉一樣清新。她拎著名牌的手袋，從一輛黃色POLO的駕駛座走下來，阮小棉一直看著她走進超市。

綜上所述，“雙碳”背景下，發動機降碳、減碳工作對達成2045碳中和目標具有重要意義。

3 電動化時代的挑戰

隨著汽車產業電動化普及，常規往復式發動機的運行工況有了極大變化。運行工況點更為集中，發動機轉速和扭矩使用區間也有了很大變化。混合動力時代，發動機的工作區間僅為常規車型的10%。

車輛電動化是實現碳中和的路徑之一。長期來看，內燃發動機將隨著車輛電動化的舉措走入行業變革。一般認為，混合動力技術將成為內燃機時代和電動時代的過渡技術長期存在一段時間。內燃機也將持續很長的生命周期，尤其是采用低碳燃料或零碳燃料的內燃機，將為碳中和時代下內燃發動機行業的發展帶來重生機遇。因此，內燃發動機零部件減碳降碳是時代發展的需要，也是行業進步的需要。

最后，這種區別適用理論與根據商品與專利的關系進行區別適用理論一樣，將使得中國專利法的權利用盡條款很容易被繞開，例如，當事人只要在買賣合同中約定了限制性條款，專利權用盡規則條款就不再適用了。這將大大削弱這一條文的立法目的的實現。

從混動總成發展趨勢看，未來混動專用發動機是必然的發展方向。其特點為最大轉速降低，最大熱效率提升，且最大熱效率區間盡量維持在發動機中低轉速區間。結合混動專用發動機的需要，完成零部件減碳降碳零部件開發，實際意義較大。

CO2的產生量采用 ADC Bio．Scientific Ltd生產的便攜式紅外線分析儀測定，土壤均以干土計算。

4 發動機零部件降碳

連桿是發動機核心零部件之一。其直接決定曲柄連桿機構以及發動機整機油耗及NVH性能。綜上所述，雙碳目標下，連桿輕量化設計、低碳化材料利用是短期內連桿設計開發最重要的研究方向。

同時，粉末鍛造連桿桿身無拔模斜度，提高桿身抗彎能力，為輕量化提供優化空間。粉末鍛造連桿材料屈服強度目前最高已可以達到1300MPa以上，能夠支撐連桿結構進一步輕量化設計，進一步降低碳排放。采用磷化涂層技術替代小頭端銅套，能夠節省銅套原材料及生產過程產生的碳排放。

11月12日，省民族宗教委召開民族體育科學論文專家評審會。今年5月，省民族宗教委、省體育局聯合發出《關于征集民族體育科學論文的通知》，截至9月30日，共有13個州市及4家省級單位報送了90篇論文，經初選、專家評審推薦、審定，有40篇論文入選，其中一等獎6篇，二等獎12篇，三等獎22篇。論文涵蓋民族體育發展總體研究、民族體育事業發展研究、民族體育產業發展研究等6個類別。

粉末鍛造連桿通過金屬粉末燒結+高溫鍛造技術提升材料機械性能，本文重點圍繞粉末鍛造連桿展開討論。

4.1 粉鍛連桿簡述

由以上公式可知增大截面慣性矩可以提高彎曲臨界應力，桿身屈曲強度相應提升。

維修費用比例與水庫工程運行時間長短存在較大的聯系，如溫州市的鐘前水庫運行時間已達50年，維修費用比例高達74.20%，衢州市龍游縣周公畈水庫運行時間已達38年，維修費用所占比例為60.87%。紹興市新昌縣長詔水庫管理費用比例高達71.98%，安吉縣大河口水庫管理費用占74.70%，溫州市的澤雅水庫管理費用占79.85%，說明這些水庫費用開支的一半以上用于水庫員工工資、辦公經費，而用于水庫的維修及運行費用比例偏低，長此以往，會影響到水庫工程的可持續利用。

粉末鍛造技術相比其他金屬工藝，能夠顯著降低原材料消耗及能源消耗(圖1)。與鍛鋼連桿相比，綜合碳排放能夠降低約70%(總體機加工碳排放減低約50%，鍛造成型工藝降低約20%)。

樂山市全境根據其地貌成因形態可分為三大類八亞類，即侵蝕構造地形(高山、中山、低山)、構造剝蝕地形(包括深切割丘陵、中切割丘陵、淺切割丘陵、)、侵蝕堆積地形(包括沖積扇平原、河流及階地等)。各類地貌亞類及單元(34個)分布面積見表2。

粉末鍛造技術采用金屬模具成型，具有粉末冶金零部件精度好的優點，大幅降低機加工過程中材料損耗及額外的加工過程碳排放，綜合降低量約50%。

傳統鍛鋼連桿結構，一般由連桿本體、小頭銅套、連桿蓋、連桿螺栓組成。

在一個企業的經營當中，財務內控管理對企業的發展與運營都有重要的影響，財務內控精細化管理與企業經營管理的各項都有相應的聯系，通過財務內控精細化的管理，企業領導管理人員可以更加清晰、全面的了解和掌控企業的經濟發展狀態，從而對企業的經濟發展活動、方案策略進行決策，因而財務管理工作的質量對企業發展有直接的影響，有必要強化企業財務內控精細化管理，促進企業財務管理相關業務計算、整理、分析的準確性。提高企業財務管理水平也是提升企業經營管理水平，對企業市場核心競爭力提升有巨大的助益?？梢姀娀髽I財務內控精細化管理的重要性。

金屬制粉—配料混合—粉末預壓—燒結—熱鍛—噴丸處理—機械加工—檢驗。

4.2.3.2 小頭型線

4.2 低碳化粉鍛連桿樣件設計及試制

4.2.1 粉末鍛造材料的選擇

目前實現量產的材料有麥特達因的HS170M，開發中的材料有HS250,其中HS250材料屈服強度實測達到1300MPa以上。

HS170M與常用鋼鍛材質36MnVS

屈服強度接近，實測強度提高3%左右。

結合實際樣件數據，材料性能提升15%，重量減輕約5%。

在我去長沙出差期間，班里有人買生物球帶到班上來，這樣效仿的同學漸漸多起來，明知學校三令五申不許帶和學習無關的東西到學校，但他們還是違令悄悄地帶來。面對同學的告發我沒有強行制止，我向他們了解了有關生物球的知識，并建議感興趣的同學去做深入了解，沒買的想買的也不防去買來養養看，但不能影響自己和同學的正常學習，并且把“買球成風”的現象做為話題在班上討論，同學們各抒已見，利與弊都擺出來了，我也看出不少同學也是因為從眾心理產生好奇都去買了，并未仔細想買之有何用？為何而買？就此事件讓他們寫一篇小作文，可以寫觀察生物球生長過程的連載習作，也可以就這件事發表自己的看法。

常用鋼鍛連桿材料36MnVS

、46MVS

與粉末冶金鍛造連桿材料HS170M進行疲勞試驗對比，HS170M疲勞性能提高17%，如圖2所示。

鍋爐輸入燃料及其他參數不變，僅改變屏底溫度。隨著屏底溫度提高，火焰中心上移，水冷壁輻射吸熱量減少，爐膛上部的過熱器吸熱量明顯增加，水平煙道對流受熱面吸熱量也相應增加。以A廠四角切圓型鍋爐為例，計算屏底溫度變化對各級受熱面吸熱量及各級汽溫的影響。

粉末冶金新材料HS250屈服強度高達1300MPa以上,為實現連桿輕量化進一步提供空間，HS250與HS170M疲勞試驗對比如圖3所示。

4.2.2 桿身低碳化設計

粉末冶金鍛造連桿外形無分模線和角，在相同桿身工字梁截面積下，粉末冶金鍛造連桿較鋼鍛連桿在X軸方向強度高5%，在Y軸方向強度高15%。

目前連桿比較成熟的制作工藝有粉末熱鍛技術

，其大致流程如下：

某型連桿桿身簡圖如圖4，參數對比如表1

桿身屈曲強度計算步驟及公式如下：

由于連桿的細長比很小(柔度小)，臨界應力不能直接應用歐拉公式

依據機械零件

中公式計算臨界應力

-臨界應力,

-彈性模量,

-截面慣性矩,

-長度因數,

-連桿中心距,

-桿身截面積,

-壓縮屈服強度,

--壓縮比例極限,

-實際柔度,

-柔度限值。

采用粉末鍛造技術的連桿，其重量相對C70脹斷式鋼鍛連桿可降低10%～15%左右。同時，連桿重量降低可以實現發動機整機運動件質量同步降低，能夠最終影響發動機整機油耗水平，提升熱效率。有助于進一步實現發動機的碳中和目標。

某型連桿桿身截面慣性矩相同，粉末冶金鍛造連桿重量較鋼鍛連桿輕10

左右，如圖5所示。桿身尺寸減小近3

，優化后連桿參數如表2，滿足使用。

4.2.3 連桿小頭低碳化設計

4.2.3.1 取消銅套

連桿小頭必須直接傳遞氣缸的燃燒氣體力到連桿結構。傳統的小頭包含一個襯套來進行保護防止磨損，為了實現輕量化需達成一個完全可靠的無襯套解決方案，甚至適合于更高負荷的強制進氣的發動機。這種無襯套的活塞銷孔使用特殊的輪廓和特殊涂層處理。

這種涂層為磷酸錳涂層，此種涂層將現有基材轉化為具有不同性質的不同結構，同時精細結晶結構起到減小磨損的作用。

磷酸錳涂層是一個表面轉化過程，磷酸鹽溶液中的游離酸腐蝕金屬表面，釋放H

氣體和OH-離子，形成高pH的局部區域，高pH導致金屬磷酸鹽不溶并形成涂層。

采用磷化涂層技術能夠替代銅套，通常銅套壁厚為1.5mm。故采用磷化涂層技術，小頭端外徑約可減小1.5mm，同時如疊加采用直油道設計，能夠更大限度減輕小頭端重量。

實際輕量化比例與小頭孔及發動機負荷有關，本案例中，實際減重約17克，涂層后實物如圖6。

粉末冶金的強度與密度直接相關，現密度已達到7.8以上。本文的目標是在傳統鍛造連桿設計基礎上，論證評估并完成低碳化、輕量化的全新連桿。完成從方案設計、工藝研究、生產制造、單品試驗驗證、整機試驗驗證等全流程工作，以批量生產為目標論證其可行性。

磷酸錳涂層會大大減小高性能發動機銷孔的磨損。如果銷孔的液動接觸面最初使用正確的型線、表面光潔度、特殊屬性等等優化出來的話，涂層在統計學上的影響是微乎其微的。然而，如果沒有型線存在，或者型線不正確，在一個高性能發動機上使用涂層來防止銷孔邊緣過度磨損就顯得很有必要了

。

晚唐人古詩，秾鮮柔媚，近詩馀矣。即義山七古，亦以辭勝。獨此篇，意則正正堂堂，辭則鷹揚風翙，在爾時如景星慶云，偶然一見。(280)

小頭型線設計類似活塞銷孔型線設計，設計的型線大于變形量。

增加型線與無型線分析圖7，增加型線后兩端應力減小5%左右。

4.2.3.3 精度提升帶來的輕量化

粉末冶金鍛造連桿重量非常均勻，幾乎不需要重量分組或分組很少如圖8所示。可以降低客戶的物流以及其他方面的成本。另一方面，較低的重量可以提高發動機性能。

粉末冶金鍛造為近形狀預成型，通過研究，與鋼鍛連桿相比，粉末冶金鍛造連桿的加工余量可以減小50%以上，這樣可以大大提高刀具壽命和降低機加工成本。

對比分析，鋼鍛材料利用率為42%左右，粉末材料利用率高達85%以上(圖9)。

5 結論

a)發動機零部件行業實現2045年碳中和目標已成為共識；

b)粉末鍛造技術能夠助力發動機連桿行業實現減碳降碳，有利于實現碳中和；

c)粉末鍛造連桿技術結合磷化涂層替代小頭端銅套技術，采用直油道以及內孔型線設計，能夠有效降低碳排放；

d)采用粉末鍛造技術能夠降低連桿材料應用比例約為5%-7%，結合制造過程減碳，整體減碳能力可達15%以上；

第一步投入分析：根據項目業務發展規劃、相關業務領域管理制度、行業標準數據、項目年度預算申報書和實施方案、預算明細等，分析項目預算及資源擬投入的方向。

e)結合混動專用發動機設計，相較鍛鋼連桿，應用粉鍛連桿的發動機因運動件系統有進一步優化空間，綜合減碳貢獻率預計可達30%以上。

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