因估计汽油涡轮车会急剧增加而涉足涡轮增压器领域,随着TPMS(胎压监测器)的强制配备而开发气压传感器,为普及怠速停止机构而配备电容器……德国大陆公司的战略性举措引人关注。与经常“承包”整车厂商业务的日本部件厂商不同,该公司对与整车厂商竞争的产品也大胆开发,并采取了具有攻击性的销售策略。记者在德国对该公司的业务情况进行了采访。
1998年涉足制动器领域,2007年涉足仪表业务。德国大陆公司是一家至今仍在不断扩充产品线的部件厂商。今年9月,该公司还涉足了汽油发动机用涡轮增压器业务。因为该公司看好随着发动机的不断小型化,涡轮增压汽油发动机市场将不断增长的前景。有调查显示,2011年到2016年的5年时间内该市场将增长235%。
大陆公司涉足新业务时,一贯的做法是收购相关技术的企业,涉足制动器时收购了Alfred Teves,涉足仪表时则收购了西门子威迪欧(SIEMENS VDO),但涡轮增压器却是在公司内部从零起步开发的。经过长期的耐热测试及实车行驶测试等之后,终于得以进入该市场(图1、2)。
图1:在德国雷根斯堡市的研究设施内继续进行高温疲劳测试的涡轮增压器
2:装在德国大众的“高尔夫”上试运转
但大陆公司未就是否被高尔夫采用作出表态。
大陆的涡轮增压器分为“SK1”及“SK2”两种。SK1的涡轮直径为35.5mm,压缩机直径为39mm,主要面向功率低于100kW的发动机。而SK2是以功率低于160kW的发动机为对象的高端机型。SK1已从2011年9月开始在位于德国拉尔市(Lahr)的Schaeffler公司的工厂生产。而SK2预定2013年开始生产。
其产品的一大特点是采用锻造方式制造Al(铝)合金压缩机转子。压缩机转子一般采用名为橡胶铸造的方法将叶轮部分铸造为与Z终形状接近的形状。Z后还要进行机械精加工,但加工量较少。
针对这一点,大陆公司的涡轮增压器将材料锻造成完全没有叶轮的圆锥台形,再用加工中心切削成叶轮的形状(图3)。因加工量较大,该公司承认“成本略微上涨”(大陆涡轮增压器工程部负责人Achim Koch),但称为了提高可靠性,仍大胆采用了这种方法。这种制造方法在少量生产的涡轮增压器中就十分少见,量产品更是没有先例。而且,涡轮转子一般是通过铸造Ni(镍)类耐热合金制造的。
图3:压缩机生产工艺
左端为锻造品。从锻造品开始进行5道工序的切削。
大陆产品的另一特点是,将轴承座上设置的冷却水路扩大到了原来的两倍以上(图4)。大多数汽油发动机用涡轮增压器都是作为产量占压倒性优势的柴油发动机用涡轮增压器的派生机型设计的。柴油发动机的排气温度低于汽油发动机,即便水路较窄也能充分发挥功能。尽管派生机型在可能的范围内扩大了水路,但扩大程度仍然有限。
图4:分解样机
轴承座的水路(箭头部分)很宽。
大陆的涡轮增压器一开始就面向汽油发动机开发。汽油发动机的排气温度高于柴油发动机,涡轮转子及涡轮壳的温度高达1050℃。因此,要通过扩大水路来充分冷却轴承部分。
根据胎纹变形计算胎内气压
大陆长期以来从事的TPMS(胎压监测器)业务今年也取得了巨大进展。该公司开发出了在轮胎胎纹面内侧粘贴使用传感器的TPMS。打算在2011年内安装在向拥有大量卡车的运输企业出租的轮胎上开始实用化(图5)。2012年开始面向乘用车生产。据该公司介绍,车型目前还在商谈之中(图6)。继美国规定TPMS配备义务之后,2012年欧盟、2013年韩国也将开始强制配备,日本也在做相关的考虑。鉴于这种情况,大陆公司打算为TPMS的普及做好准备。
图5:TPMS传感器
实际为不透明状态,装在树脂壳内。
图6:配备在丰田“iQ”上演示。大陆公司未就“iQ”是否为候选车型做出表态。
传感器采用测量径向加速度的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)传感器。将座标轴固定于车轴,传感器在不接触路面时会描绘出基本为正圆的轨迹,而在接触路面时,由于胎纹变形,与路面紧贴,则会描绘基本为直线的轨迹(图7)。这时,正圆与直线的接合处会因传感器“着地”、“离地”而产生加速度。随着这一过程的推进,传感器会出现峰值输出。这样便可根据峰值与峰值的时间间隔和转速来计算做直线运动的长度,也就是接地长度。而通过接地长度可得知轮胎的变形程度,从而获得胎内气压值。
图7:测量气压的原理
用加速度传感器测量 “着地”与“离地”的间隔,并转换为气压。
该产品的价格尚未确定,但大陆公司称肯定要比已有产品便宜。安装在气门上的机型检测的是压力本身,因此传感器的精度直接关系到监测器的精度,而此次的检测方法不对传感器本身做高精度要求。其原因在于精度由峰值的时间间隔决定,只需检测“峰值数值的出现”即可。
此次将结合加速度传感器和温度传感器的MEMS传感器与处理电路一起集成在了一块芯片中。传感器的构成部件只有胎压监测器芯片、电池以及向车辆传输计测结果的天线这三个部分。重量方面,安装在轮胎气门上的已有传感器原为1个37g,目前正在开发的改进型为26~27g,而粘贴在轮胎内侧的机型仅为11g。
大陆公司虽然也是轮胎厂商,但并不打算将该TPMS与自制轮胎“搭售”,也会向竞争对手的轮胎厂商积极供货。
使用电容器的怠速停止机构
怠速停止机构也是今后需求将会剧增的产品。大陆公司公开了配备有EDLC(双电层电容器)的怠速停止机构的内容。法国标致雪铁龙集团已开始在柴油车上采用该机构(图8)。过去在怠速停止后重新启动时,如果仅仅依靠12V的铅蓄电池,启动马达的起动电流会使电压降至8V左右(图9)。这不仅导致灯光类及仪表变暗,还有可能造成车载导航仪系统等断电。
图8:法国雪铁龙展示的“DS”。怠速停止装置装在用胶带固定黑色外罩的部分。
图9:电压变化
只在起动启动马达时,补充降低的电压。
大陆公司开发的装置可预先在EDLC中蓄电,在启动的瞬间与铅蓄电池串联,使电压保持在11V左右。由于只在启动时使用,因此容量较小。EDLC由美国麦克斯维尔科技生产,呈直径25×长72mm的圆柱形,控制装置由大陆公司自行生产(图10、11)。
图10:EDLC由美国麦克斯维尔科技制造。
图11:控制装置控制装置由大陆自主生产。