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现代车用发动机材料的进展趋势
随着大路建设的进展,交通管理条件的改善,汽车性能的提高,汽车平均行驶速度增大,高速行驶越来越多。汽车不单自身处在高速运动状态下,而且汽车的各种运动零部件就更处在高速运动之中。这就对汽车的各种零部件,提出了各种严苛的要求。
近年来现代汽车及其发动机逐步向轻量化方向进展轻量化的材料具有代表性的有轻金属、高弹力钢、塑料等。在构成材料中,这些材料所占有的比例慢慢增加。特殊是美国被日本和欧洲制小型车占据了市场以后,在汽车的小型轻量化方面投入了巨大的讨论开发费用,以与外国汽车公司相抗争,依据通用汽车公司的战略,今后将转向使用铝和塑料的轻量化材料。在这之前,有很多例追求轻量化极限的车样,例如菲亚特vsS车发动机罩盖使用与聚酯和塑料的特性相适应的材料。以塑料复合材料为主体的复合式发动机在美国汽车公司已试制胜利。这种发动机的特性是大量使用玻璃纤维和碳纤维增加环氧、聚酰亚***、聚酰亚***基树脂77kg,占全体的65%,金属部件仅用于缸套、曲轴、凸轮轴、阀弹簧、排气阀、燃烧室等。
在构造上,波尔舍和奔驰汽车公司采纳五构件发动机,用螺栓、衬垫、粘合剂将28个复合材料板粘合在一起,因此,福特用发动机2300mL有187kg,但试制发动机已被大幅度减轻76kg,而且这种发动机在3000r/min全负荷条件下能连续运转100h,有足够的有用性。各汽车制造厂和讨论所对轻型新材料讨论虽非常盛行,但对大批量生产还存在本钱平衡问题。在汽车界价格激烈竞争的状况下,轻量化带来的本钱提高是不简单得到认可的。要进行轻量化,有必要用铝和塑料来代替铸铁和钢板,但同时本钱也要提升,特殊是轻量化20%以上,将带来本钱大幅度提高是不容质疑的。为此,实施轻量化,应尽可能降低本钱的提高,是设计者们的目标,如凯迪拉克和别克发动机的油底壳,原采纳深冲压钢板,制造时不得不将其分成两局部再作焊接,但改用成型性良好的尼龙,并将它热压成型一体化,就可避开本钱的提高,从而到达轻量化的目的。
机用塑料零件
塑料在汽车发动机的制造中扮演着重要的角色。从空气进气系统、冷却系统到发动机部件,塑料不仅使发动机系统更简单设计和装配,而且也使发动机重量更轻。聚酰***和PP可用来制造空气的净化系统,从不洁空气中分别出尘埃和微粒。近来生产的输气管和节流阀已使用了PBT,制造的塑料摇杆、封盖合二为一,这不仅节省了制造材料和装配本钱,也减轻了发动机的重量,有益于整个发动机的轻量化和提高燃料的采用率。塑料吸进管几乎全部由PA构成。PA外表光滑平整,在使汽车功能最大化的同时,能有效地降低噪音和震惊。塑料在汽车输油管的应用中也有着重要的意义。塑料燃油管
本钱低、并具有耐腐蚀、质轻、外形稳定的特点。为了开发新一代空气、燃气混合舱,可采纳更多的塑料部件,包括空气净化器、电子掌握装置、燃料管、喷射头、模拟压力传感器、气体温度传感器、压力调整器、节流阀等零部件可配置成一个部件单位,因而便利了汽车装配,降低了装备本钱。
对发动机零件来说,采纳塑料调速阀是一项革新。塑料电子调速阀被用来代替目前的机械调速阀。发动机的机油盘由乙烯基酯树脂和PA制成,可以制造包括气流盘、垫圈、过滤器和对接传感器等整体的、简单装配的组件。由于冷却技术的革新,以及塑料在散热板中的应用,散热片比以前更轻,塑料的可塑性使散热片小巧而美观塑料的高耐腐蚀性有利于阻挡塑料散热器泄漏,用的材料就是PA。由于PA耐高温的特性,可使散热器的底盘保持完整而不会产生任何的弯曲,不会削减散热器的气体流淌。PA的轻质和易伸缩性使散热片底盘可由更小的部件组成,因而可以减轻整体质量。由PP制成的散热片和由PA制成的底盘特点相像,目前在制造中都比拟流行。此外,PA和聚苯硫酸PPS都有很强的耐腐蚀性和耐高压的性能,是水泵的抱负材料。
采用塑料的质轻、防锈、吸振、设计自由度大的特点,汽车发动机有关的塑料结构件在90年月取得了长足的进步,而且是今后重点进展方向之一。塑料制品不仅能够削减零件质量,在降低噪音方面也起到很好的作用。生产厂家应采用塑料制品成型的特点,尽量使多个零件一体化,削减零件的数目,设法到达一次成型简单零件的目的。
发动机零部件塑料化的开发和进展可以分成两大类。一个是替代金属件的注射成型制品,另一个是聚烯烧、尼龙等的吹塑成型制品。前者是以速度表齿轮、油泵齿轮等的塑料化开头,最近进展的发动机气缸盖、皮带轮罩、冷却风扇、发动机进气歧管等,后者是20%CTF
玻璃纤维增加PA6和PAI1弹性体2种材料一体成型的连接管等。到目前为止发动机零部件开发中最引人注目的是塑料进气歧管和油门脚踏板。
发动机进气歧管欧洲局部车型的发动机进气歧管由塑料制成。进气歧管塑料化的目的是减轻零件质量之外,塑料管内外表比铸铁或铸铝件内外表光滑,因此空气流淌阻力小,从而提高发动机的性能。其次采用塑料的隔热性能提高燃烧效率,能够降低油耗,削减排放污染物。此外塑料的振动衰减效应好,因此塑料歧管的减振和降噪效应好。塑料进气歧管的成型,大局部用低熔点合金芯子法,但其设施投资太大,阻碍着大面积推广使用。外形不太简单的进气歧管可以分割成几个件,分别注射成型之后采纳振动焊接的方法来完成制品的生产,但存在牢靠性差、焊接部位留下毛刺等缺点。日本富士重工开发了一种吹塑成型和注射成型相结合的方法。即事先把吹塑成型的三维外形芯子固定在注射机中,其外部低压注射塑料而完成制品的生产。
散热器为了减轻质量,提高耐腐蚀性和节省铜材,散热器上下水管材料渐渐由塑料取代铜材。塑料水管目前一般采纳30%GF增加的PA66,注射成型,并以机械方式与散热器接合,通过橡胶密封圈使接合面上到达密封的目的,同时起着防振作用。材料要求耐热水、耐长效防冻液、耐蠕变、耐疲惫、耐振动、不变形等。
油门和离合器脚踏板塑料制成的汽车油门和离合器脚踏板,在欧洲汽车上已开头使用。我们国家生产的捷达轿车油门脚踏板是由30%GF增加的PA66注射成型。塑料制品钢板焊接而成的金属脚踏板相比有很多优点,塑料脚踏板
本钱低,减轻质量50%〜75%,吸振性好。塑料脚踏板是整体结构,运动间隙小,灵敏度高。将来的进展趋势是油门、离合器、制动脚踏板联成一体的塑料制品。
发动机气门室罩盖塑料发动机气门室罩盖的优点成型便利、本钱低、质量轻。塑料发动机气门室罩比金属制品本钱降低30%,减轻质量50%,而且降低噪音。塑料材料可选用玻璃纤维和矿物填料混合增加的PA66或PET。这些材料具有低翅曲、热稳定、高抗冲、尺寸稳定的特点。目前国内生产的奥迪C3V6发动机气门室罩就是塑料注射成型的。
燃油箱用户对汽车的要求越来越高,如舒适的车内空间、平稳的行驶性、宽大的后货箱等,其结果是装油箱的地方只有留下一块外形简单的有限空间。因此,燃油箱的外形变得很简单,传统的铁油箱难以制造简单的外形,既便能制造也需要很多的加工工序,并提高制造本钱。目前,已采纳吹模法制造塑料燃油箱。塑料燃油箱的主要优点是设计自由度大,可充分采用空间、质量轻,耐腐蚀性好,尤其是遇到含甲醇汽油以及含氧元素的燃料状况下,更能显出塑料油箱的耐腐蚀性。塑料燃油箱能够吹塑一体成型,因此大大提高生产效率,降低本钱。
国内商业化的塑料油箱大多数是采纳超高分子量聚乙烯吹塑成型的单层油箱,满意欧洲规定的ECE34规定,即燃油箱的汽油渗透量不允许超过2g/24ho但美国规定的是整车挥发的碳氢化合物气体量不能超过2g/24h,因此进展了多层塑料油箱技术和其他阻隔技术。日本和德国的复合吹塑机能够生产出五层塑料,即多层塑料油箱,其汽油渗透量不超过2g/24ho
燃油蒸发污染掌握装置碳罐随着环境保护要求的提高,我们国家也从1998年开头实行限制汽车燃油蒸发排放污染量,目前世界上普遍采纳燃油蒸发污染掌握装置碳罐来解决。碳罐实际上是在塑料罐里装着活性碳的一种装置,安置在燃油箱和发动机之间,吸附汽车停驶时从燃油箱蒸发出来的油气,从而防止排放到大气中去,当发动机工作时被吸附的油气再汲取到发动机中去。罐体材料要求耐发动机室的高温并具有很好的熔焊性能及耐油性能,因此一般采纳尼龙—6材料。
机用轻合金材料零件
现代汽车越来越多地使用轻合金材料。如铝质发动机体、铝质缸盖、铝质进气歧管、铝皮车身、铝质制动鼓,甚至还有铝车架等。总的进展趋势是将铸铁件用铝来代替。~。所以大量采纳铝制件是减轻汽车质量的一个方面。除铝制件外,汽车用镁合金制件也越来越引起人们留意。镁在汽车上的应用已有40多年的历史,它比铝更轻。近年来,已用镁合金制造曲轴箱壳、各种阀体、盖板、衬套等多种零件。
由于铝的比重只有铁的1/3,由铁向铝转换也比拟简单,所以把活塞、进气支管、气缸盖、盘轮等都采纳了重量轻的铝合金。美国和欧洲的车用发动机油箱等也将钢板改用为铝合金。但在日本,主要使用的是钢板和塑料,这是由于欧美等国和日本的铝价格差异较大。因此,将来汽车的材料构成比例中,欧美地区的铝将成为主要比率铝是轻量化首选材料。
铝汽缸体、汽缸盖在现代车用发动机上可见,铝汽缸体有全铝型和缸孔中嵌入铸铁缸套型。为降低本钱和更进一步轻量化,提倡采纳全铝型。对此开发耐活塞环滑动,耐磨性优良的铝合金是非常必要的。美国GM公司采纳全铝缸套,法国车的铝汽缸盖已达100%,铝汽缸体已达45%。美国福特公司NGT货车发动机汽缸盖、Zeta4缸机、Modu1arV6/V8机、克莱斯勒公司新V6发动机缸体和缸盖都使用铝合金材料。克莱斯勒公司Jeep吉普5缸机、。日本的日产汽车公司Nissan在Maxima麦克西马车上使用了新型的VQ系列V6发动机,其特点是在制造这种发动机的铸铝缸体时,使用了高压模铸工艺HPDC。这种工艺可改善浇注,增加强度,尤其适于薄壁汽缸,该缸体比原来的缸体轻50%以上。此外,在动力系统中使用铝材的零部件还在扩大。在日本和欧洲的发动机中使用铸铝油底壳可改善刚性结构、降低NVH。日产公司VQ和丰田公司的Lexus凌志IMZ—FEV6发动机均使用了铸铝油底壳。。此外,日产公司VQ汽缸还采纳了铝气门挺杆。由于铝的再生效果显著,本田公司在美国的制造厂还将回收铝用于发动机零件的制造上。
铝散热器汽车的冷气设施冷凝器、蒸发器、机油冷却器、散热器、暖风设施等热交换器中的冷凝器、蒸发器、空冷式机油冷却器几乎100%的用铝制造。铝散热器的难点是耐久性和散热力量。耐久性主要是因腐蚀而漏水的问题。其缘由是冷却液引起的内部腐蚀和盐类引起的外部腐蚀。向冷却水中添加防锈剂可防止内部腐蚀对于盐类引起的外部腐蚀可采纳外表处理和耐蚀合金来防止。
钛合金连杆Ti—6A1—4V已用于摩托车和四轮电动车的连杆上,比钢制连杆轻15%〜20%。。
钛合金发动机气门用Ti-6A1-4V等制成的气门比钢制气门轻30%〜40%,可提高极限转速20%。排气门因采纳了Ti-24Si合金提高了高温强度,但排气温度在750℃以上时,强度、抗氧化性不稳定。
钛合金弹簧类Ti-13V-11C-3A1等合金的开发,可用于发动机气门弹簧上。
耐热钢、耐热合金耐热材料主要用于燃烧室的高温部位柴油机的预燃室等和排气系统。此外,由于触媒转换器和涡轮增压器的普及,其使用量不断增加。
机用合金钢材零件
排气系统材料作为排放法规的对策,采纳触媒转换器的汽车不断增多。高温下工作的氧化触媒载体必需用耐高温的耐热材料。一般的说,触媒转换器的圆锥部位采纳FCD45的高硅材料、。触媒支撑缓冲垫、波纹型筛网材料采纳铭银铁耐热耐蚀合金750、601等。排气歧管一般采纳一般铸铁,随着排气温度的提升,%~%的耐热铸铁。排气管接头靠近发动机,热冲击大。目前,多数厂家使用耐热不锈钢
FCD45及其改进钢种。为了轻量化和美观的要求,正在考虑用压制成形件取代铸钢件,可采纳热胀系数小且具有高温强度的钢种,以高温强度为主时,那么选用奥氏体不锈钢。挠性管承受700℃以上排气的热冲击,其管子外外表温度高达600℃-700℃,极易产生NaC1引起的高温腐蚀问题,采纳耐高温抗蚀性强的高A1钢和高Si钢成形性、焊接性优良的奥氏体不锈钢,〜
触媒反响器和排气管合金应具有优良的高温抗氧化性、成形性和焊接性。11—〜。反响器中的触媒载体,目前有用陶瓷蜂巢状,但为了缓冲目的,用耐热性优良的细丝编成金属网将其包住。近年来,由于金属蜂巢型触媒载体,因耐冲击性高、排气背压低、可小型化而受到青睬。它一般制成二层或三层结构,外侧温度在500C以下时可用镀铝钢板。但为降低本钱和防锈目的,有用单板和单管制造的倾向。具有较高耐蚀性的18Cr系铁素体不锈钢受到重视。
消声器所用材料是镀铝钢板和减振钢板。消声器内的管子和挡板采纳镀铝钢板也有采纳不锈钢板的倾向,这是为了适应其结构从二层或三层向单层板转化的需要。一般轻型或微型车的尾管,采纳低碳钢或涂有耐热涂料的钢也有的使用镀铝钢和不锈钢。
发动机进气门采sUH11气门杆端部通过淬火来提高耐磨性。排气门主要使用21-4NSUH35、36,为提高气门外表耐蚀、耐磨、耐烧蚀等性能,一般涂覆"司太立硬质合金〃。高功率车的排气门那么采纳钻系合金铁鸨铭钻硬质合金,但由于钻价格昂贵,有用锲合金代用的倾向。
机用铸铁材料的零件
常见灰口铁一般铸铁用于汽缸体、排气歧管、飞轮、摇臂支承、皮带轮、主轴承盖等重视刚性的零件;球墨铸铁是一种本钱低的强韧铸铁主要用于曲轴、气门摇臂等重视韧性的零件。合金铸铁通过添加Ni、Cr、Mn等提高强度、耐磨性,主要用于凸轮轴、气门杆挺等耐磨零件。曲轴有从锻件向铸件转化的趋势,这不仅降低了本钱,还可通过铸造实现中空,到达轻量化效果。而且转向节也由锻钢改由球墨铸铁制造。作为排放对策之一是提高排气温度,提高排气系统零件的耐热性以降低排放排气系统零件必需保证高品质。排气歧管采纳耐热性优良的加硅球墨铸铁。涡轮增压器壳那么采纳含较多银的耐蚀高银铸铁该铸铁耐蚀性、铸造性优良且强度高。
陶瓷基复合材料
在车用发动机上陶瓷基复合材料尤其有着广泛的应用。如活塞局部采纳陶瓷材料后,可使燃烧室中实现局部隔热,从而削减冷却系统的容量和尺寸。在高强度柴油机中可有效降低活塞环槽区的温度,有时可取消对活塞的特地冷却。由于陶瓷材料的质量较轻配气机构中的气门、挺柱、摇臂及弹簧座改用陶瓷后,允许发动机以提高转速来提高功率,或者在转速不变的状况下降低气门弹簧的弹力而降低功率损耗。气门座、摇臂头等易磨损部件用陶瓷材料后,可以削减磨损,延长使用寿命。在柴油机的涡流室安装陶瓷镶块后,改善了发动机低负荷时的燃烧,也改善了低温启动性能,降低了燃烧噪声和
HC的排放量。涡轮增压器零件中使用陶瓷最普遍的是增压器涡轮,与金属涡轮相比,陶瓷涡轮质量轻,转动惯量仅为金属涡轮的31%,“涡轮滞后”现象得以改善,使增压器的动态性能提高了36%,能在金属涡轮不能承受的高温下工作,并且由于热膨胀系数小,预先减小涡壳与蜗轮之间的间隙以提高效率。此外,气缸盖、活塞销以及排气管等皆可用陶瓷来制造。
橡胶软管
橡胶软管胶管,是用来输送流体的连接软管,在汽车有限的空间配管,要求有好的挠性,易装配。为了防止胶管膨胀并有耐压性能,胶管有加强层以增加其刚性,保证管内流体畅通。胶管按输送流体的种类不同可分五种水管、燃油管、空气管、刹车管、一般油管。汽车用胶管包括燃油管、制动软管、动力转向管以及各种变形水管。NBR、ACM、CSM***磺化聚乙烯、CO均聚型***醴橡胶,都具有良好的耐油性、气密性和耐磨性,均可作为汽车软管的内层胶。胶管是由内外胶层和骨架层组成的中空管状制品,骨架层大多是纺织物,也有用金属制的。胶管广泛用来输送各种气体、液体;粘流体、粉粒及块状物体等。常见胶管的选材:胶管有纯胶管、织物层胶管以及多织物层胶管,在织物层中还有中间胶层。随着含氧元素燃料的增加,胶管已开头采纳低渗透性的CSM、***硅胶来取代NBR,外层大多采纳耐候性优良的EPDM。空调管多采纳丁基橡胶,防止制冷剂渗透。制动软管除要求耐制动液外,还必需具备优异的耐老化性。
橡胶密封制品油封、密封圈
橡胶密封制品有油封、0型圈、各种断面密封圈、垫、条等。依据使用特点分静态和动态两种。用来防止流体从机械的静止部件或运动部件泄漏,并防止外界灰尘、泥沙及水进入机械内部。
1油封油封又称唇形油封。广泛用于车用发动机系统。油封的质量好坏集中反映在漏油上。,即11h才漏一滴油。不同橡胶材料作油封的性能不同其中聚硫橡胶、丁腊橡胶是制作油封的抱负材料。与其它材料相比,橡胶油封的优点是体积小、本钱低、效果好,安装便利、适用温度范围广。
2密封圈密封圈包括油封以外的全部密封元件。用于动态时称盘根,用于静态时称作垫片或垫圈。液压系统中应用最多的是。型密封圈。适于制作密封圈的橡胶材料有硅橡胶、***橡胶、丁睛橡胶、聚硫橡胶以及聚氨酯橡胶等。硅橡胶使用温度宽一70℃~230℃、电绝缘性、耐磨性都好。***橡胶可在200℃-250。。连续工作、耐磨性强、耐高真空性好。丁月青橡胶耐油性好,使用温度在120C以下。聚硫橡胶耐油最好,耐溶剂也好,气密性好。聚氨酯橡胶耐磨性好、弹性高、耐溶剂、耐辐射、易水解,适作气动密封圈。
车用发动机的性能、寿命、平安性等,与采纳的材料息息相关。只有采纳高性能、高水平的材料,配以先进的设计和生产技术,才能生产出高性能、高水平的车用发动机。车用发动机要降低使用费用,必需提高牢靠性、减轻自身质量,降低燃料消耗。而采纳高强度合金材料、轻金属材料、工程塑料等,是实践证明的有效途径也是现代汽车发动机的进展趋势。
工程
作业
工程名称:汽车发动机材料的新方向指导老师:贾宝栋
班级:汽检092班
姓名:陈满义2022070202赵羽2022070211
彭飞2022070217付威2022070228