輝門鋁活塞首次應用於BMW M550d xDrive 三渦輪發動機

輝門公司 (NASDAQ:FDML) 開發出了能夠滿足高性能柴油發動機使用要求的高強度、高耐熱性能的鋁活塞。BMW 率先在其3.0 升並配置了三個渦輪增壓器的柴油發動機(N57D30S1)中使用了此活塞，該發動機的升功率達到了 93kW/l (124bhp/l) ，是世界上動力最強的輕型柴油發動機。

目前各個頂級汽車制造商都在開發更高性能的柴油發動機，以提高動力性能、減少二氧化碳排放和提高燃油經濟性，但高於 90kW/l 的升功率輸出給活塞設計帶來了巨大挑戰。輝門動力總成部技術和創新副總裁Gian Maria Olivetti 表示，“提高升功率輸出產生了更高的機械負荷和溫度，這讓活塞的散熱性與其強度變得同等重要。我們的鋁活塞可以在比以前更高的熱力和機械負荷工況下有效運行，而不會有鋼活塞存在的發動機油裂解和積碳形成的危險。輝門利用自身的工藝和材料專業知識生產出具有較高耐久和熱力學性能的鋁活塞，從而滿足高性能柴油發動機的需要。這些改進意味著鋁活塞在未來一段時期內將繼續保持在輕型柴油發動機領域的領先地位。”

針對鋁活塞的一項創新性設計是輝門公司的 Durabowl® 工藝，其使得燃燒室喉口邊緣得到強化，從而可以承受更高的機械負荷和熱負荷。提高位置的內冷油道設計則改善了活塞的熱力學性能，而輝門研發的兩維 (2D) 超聲波檢測工藝對於該技術的實現不可或缺。

輝門的 DuraBowl 工藝通過再次熔化活塞燃燒室喉口周圍的合金，使得鋁合金的金相組織更加細化從而提高材料的疲勞強度。為確保對關鍵參數的控制，每個燃燒室都使用公司專有的電渦流工藝來檢測金屬表面下的缺陷。

提高位置的內冷油道技術使冷卻機油達到盡可能靠近活塞燃燒室的地方，以獲得最大的冷卻效果。輝門活塞產品設計總工程師Arnd Baberg先生表示：“冷卻液的作用使得活塞更耐久並減少了內部摩擦。該技術對於幫助主機廠開發更高效、更加緊湊型柴油發動機，從而改善燃油經濟性和二氧化碳排放起著重要作用。”

要將內冷油道布置在距離活塞喉口和燃燒室距離較近的地方，需要大幅提高鑄造工藝的精度和可靠性。輝門已經研發了一項新的 2D 超聲波檢測技術，使得公司對鑄造工藝有了更深入的了解並實現對質量更加嚴格的控制。

Baberg先生還表示：“標准的一維超聲波檢測技術可以檢測出缺陷但不能量化其尺寸和位置。” “輝門的 2D 超聲波工藝在 30 秒內即可以提供 125,000 個數據點。使用該技術，輝門工程師可以准確判斷缺陷的尺寸和位置，為優化鑄造工藝提供寶貴數據。這些非破壞性測試得出的詳細數據還保證了高精度產品成品零件的質量一致性。”

輝門通過剖析幾百個活塞，然後比對超聲波檢測圖像與破壞性測試方法獲得的結果來驗證該技術。經過大量的研究輝門成功開發了相關應用軟件並確定了許多關鍵實際參數（如探頭尺寸、波長、光束幾何和焦距）。

該新產品活塞由位於德國紐倫堡的輝門鋁活塞研發中心和工廠開發。公司生產各種輕型和重型柴油發動機使用的鋼活塞和鋁活塞。