文档介绍：汽车发动机材料
现代车用发动机材料的发展趋势
随着公路建设的发展,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发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渐渐增加。特别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研究开发费用,以与外国汽车公司相抗争,根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成功。这种发动机的特性是大量使用玻璃纤维和碳纤维增强环氧、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用五构件发动机,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,有足够的实
用性。各汽车制造厂和研究所对轻型新材料研究虽十分盛行,但对大批量生产还存在成本平衡问题。在汽车界价格激烈竞争的情况下,轻量化带来的成本提高是不容易得到认可的。要进行轻量化,有必要用铝和塑料来代替铸铁和钢板,但同时成本也要上升,特别是轻量化20%以上,将带来成本大幅度提高是不容质疑的。为此,实施轻量化,应尽可能降低成本的提高,是设计者们的目标,如凯迪拉克和别克发动机的油底壳,原采用深冲压钢板,制造时不得不将其分成两部分再作焊接,但改用成型性良好的尼龙,并将它热压成型一体化,就可避免成本的提高,从而达到轻量化的目的。
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容易设计和装配,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,从不洁空气中分离出尘埃和微粒。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,这不仅节约了制造材料和装配成本,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利用率。塑料吸进管几乎全部
由PA构成。PA表面光滑平整,在使汽车功能最大化的同时,能有效地降低噪音和震动。塑料在汽车输油管的应用中也有着重要的意义。塑料燃油管成本低、并具有耐腐蚀、质轻、形状稳定的特点。为了开发新一代空气、燃气混合舱,可采用更多的塑料部件,包括空气净化器、电子控制装置、燃料管、喷射头、模拟压力传感器、气体温度传感器、压力调节
器、节流阀等零部件可配置成一个部件单位,因而方便了汽车装配,降低了装备成本。
对发动机零件来说,采用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、容易装配的组件。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止塑料散热器泄漏,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,不会减少散热器的气体流动。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制成的底盘特点相似,目前在制造中都比较流行。另外,PA和聚苯硫醚PPS都有很强的耐腐蚀性和耐高压的性能,是水泵的理想材料。
利用塑料的质轻、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年代取得了长足的进步,而且是今后重点发展方向之一。塑料制品不仅能够减少零件质量,在降低噪音方面也起到很好的作用。生产厂家应利用塑料制品成型的特点,尽量使多个零件一体化,减少零件的数目,设法达到一次成型复杂零件的目的。
发动机零部件塑料化的开发和发展可以分成两大类。一个是替代金属件的注射成型制品,另一个是聚烯烃、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始,最近发展的发动机气缸盖、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
增强PA6和PA11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部分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