需求有望快速擴大的渦輪增壓器

渦輪增壓器原本是許多賽車和跑車為提高速度和最高輸出功率而配備的裝置其鼎盛期出現在上世紀80年代。雖然在當時與燃效屬于此消彼長的關系,但近年來,隨著發動機為符合環境法規而向小型化發展,作為彌補輸出功率不足的輸出功率輔助裝置,渦輪增壓器成為了關注的焦點,其活躍的舞臺也逐漸擴大到了普通汽車和環保汽車。

汽車渦輪增壓器用高耐熱性滾珠軸承組件

左右渦輪增壓器性能的軸承

渦輪增壓器能通過重復利用原本直接廢棄的尾氣,提高發動機的燃燒效率,以較少的發動機容量獲得較大的發動機輸出功率。渦輪增壓器利用發動機氣缸排出的廢氣的壓力,使渦輪機和同軸上的壓縮機旋轉。汽車吸入的空氣經壓縮機壓縮后送入氣缸,以增加空氣的進氣量,提高燃燒效率。渦輪機和壓縮機發揮著向發動機高效輸送壓縮空氣的重要職能。2008年,美蓓亞三美開始著手開發直接關系到旋轉效率的渦輪機主軸用新型軸承。

渦輪增壓器的結構

渦輪增壓器利用發動機氣缸排出的廢氣的壓力,使渦輪機和同軸上的壓縮機旋轉。汽車吸入的空氣經壓縮機壓縮后送入氣缸,以增加空氣的進氣量,提高燃燒效率。渦輪機和壓縮機發揮著向發動機高效輸送壓縮空氣的重要職能。2008年,美蓓亞三美開始著手開發直接關系到旋轉效率的渦輪機主軸用新型軸承。

渦輪機主軸用軸承在以超過800℃的超高溫尾氣為動力源的渦輪機中使用,必須始終浸泡在潤滑油中,耐受超過20萬轉的超高轉速。因此,普通汽車配備的渦輪增壓器此前大多采用能耐受嚴酷環境的油潤滑軸承。但油潤滑軸承由于結構的關系,加減速時摩擦阻力大,速度隨動性比滾珠軸承差(尤其是發動機在低溫下啟動時),從踩下油門到渦輪增壓器使進氣壓升高,其間會發生延時,駕駛員因為感覺到加速遲鈍,會無謂地加大油門,從而導致燃效下降。在城市中實際行駛要頻繁地重復加減速,給實際燃效造成了影響。

傳統的油潤滑軸承(別名:含油軸承/金屬軸承)
  • 小型
  • 低扭矩性
  • 耐久性
  • 耐熱性
  • 新軸承需要具備的條件

為了解決這些問題,新型滾珠軸承需要進行的改善主要有4項:與發動機組件一同實現小型化、高耐久性和耐熱性,以及低扭矩性。而且,要想在普通汽車和環保汽車中得到廣泛采用,還必須實現量產性。自創業以來一直在磨練軸承生產技術的美蓓亞三美迎來了挑戰。

開發符合諸多條件
的高耐熱性滾珠軸承組件

提高效率并縮短了汽車加速的延時。

備有6mm、10mm、12mm共3種軸徑
適用于1.4L~10L的排氣量

滾珠軸承的構造雖然比油潤滑軸承復雜,但通過組合多種原材料的零件,解決了耐久及耐熱性的課題。內圈和外圈的材質采用飛機用噴氣式發動機主軸承使用的M50,滾珠材質則采用重量輕發熱量低,適合高速旋轉的陶瓷材料。并且通過對保持器實施特殊表面處理,提高了滾珠的旋轉效率。在通過組件化實現小型化的基礎上,還減輕了渦輪增壓器制造商的組裝負擔,并提高了零件整體的穩定感和平衡度。

滾珠軸承組件的截面圖
滾珠軸承與油潤滑軸承的機械損失比較
實際的流體分析畫面

依靠美蓓亞三美的全球合作
實現先進的產品開發

在開發和量產新型滾珠軸承組件的道路上,美蓓亞三美的全球技術開發實力和生產體制不可或缺。德國子公司 myonic 負責基本設計和開發,同為德國子公司的PMDM負責流體和熱分析等分析業務。此外還有日本的輕井澤工廠負責試制和量產設計,泰國的邦芭茵工廠負責進行量產,可以說將事業遍布全球的美蓓亞三美集團的優勢發揮到了極致。

2008年加入美蓓亞三美集團的myonic,是一家擁有70多年航空、醫療用特殊滾珠軸承制造經驗的老牌制造商。而PMDM則擁有通過開發硬盤驅動器培育出的流體和熱分析等高超技術。兩家公司實施耐久和耐熱性相關的熱分析,并對用作滾珠軸承潤滑材料的潤滑油實施流體分析,在反復的試制和測試中,開發出了滿足諸多條件的產品。

而且,作為美蓓亞三美全球生產的母工廠,輕井澤工廠與myonic和PMDM的開發同步,通過反復進行試制,將新型滾珠軸承組件落實到了可以投入量產的設計。主力生產基地泰國邦芭茵工廠也在一絲不茍的嚴格品質管理之下,為世界各地的普通汽車和環保汽車生產著支撐其動力核心的高耐熱軸承組件。

采訪

絕對的技術實力與堅實的全球合作

滾珠軸承事業部 輕井澤工廠

美蓓亞三美作為日本第一家微型滾珠軸承專業制造商,自1951年創業以來,一直引領著全世界微型滾珠軸承的開發和生產,持續進行著迎合時代需求的研發。本次的高耐熱性滾珠軸承組件也通過運用美蓓亞三美長期培育的技術,實現了高性能產品的量產化。通過一件產品的開發和生產,德國、日本、泰國的技術人員們朝著同一個目標攜手并進,在美蓓亞三美集團中實現了有機合作。哪怕是再復雜的滾珠軸承,憑借美蓓亞三美的技術實力,只要有設計圖就能制造。作為微型滾珠軸承制造的領先企業,我們可以自豪地說:沒有我們造不了的微型滾珠軸承。

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