Пластиковый распредвал уменьшает выбросы углекислого газа

Пластик в автомобилях снижает их вес. Однако в настоящее время модули распределительных валов, которые являются ключевым компонентом силовых агрегатов, все еще изготавливаются из алюминия. Теперь исследовательская группа из Института химической технологии Фраунгофера в сотрудничестве со своими партнерами преуспела в изготовлении модуля распределительного вала из армированных волокном термореактивных полимеров. Этот легкий элемент конструкции помогает снизить вес двигателя и снизить затраты на сборку. В настоящее время он доступен в качестве функционального демонстратора.

Распределительные валы гарантируют, что клапаны цикла зарядки в двигателях внутреннего сгорания открываются и закрываются надежно и точно. Эти клапаны расположены в модуле распределительного вала, стандартным материалом для которого по-прежнему является металлический алюминий. Но производители и поставщики автомобилей придают большое значение производству силовых агрегатов и их компонентов в облегченном исполнении. Снижение веса является одним из наиболее эффективных методов снижения выбросов CO2. Исследователи Fraunhofer ICT в Пфинцтале поддерживают автомобильную промышленность в ее усилиях с помощью недавно разработанного модуля распределительного вала, выполненного из термореактивных композиционных материалов. Этот легкий модуль распределительного вала был реализован в сотрудничестве с группой MAHLE и ассоциированными партнерами Daimler AG, SBHPP/Vyncolit NV и Жоржем Перно из Федерального министерства экономики и энергетики Германии (BMWi) финансирует проект.

Когда дело доходит до выбора подходящего полимера, партнеры по проекту выбрали высокопрочные термореактивные полимеры, армированные волокном, поскольку они способны выдерживать высокие температуры и механические и химические нагрузки, например, вызванные синтетическими моторными маслами и охлаждающими жидкостями, например. “Мы вносим ноу-хау относительно того, как проектировать геометрию компонентов в соответствии с материалом и процессом, чтобы они удовлетворяли всем требованиям”, – говорит Томас Сорг, исследователь Fraunhofer ICT. – “Модуль распределительного вала расположен в головке блока цилиндров, поэтому обычно в верхнем монтажном пространстве трансмиссии имеет смысл уменьшить вес, поскольку это также способствует снижению центра тяжести автомобиля”.

Фокус на защите климата

Отливки из алюминия требуют обширной переработки после отливки, что приводит к высокой стоимости. Термореактивные полимеры, армированные волокном, позволяют получать практически чистую форму, что требует сравнительно небольшой переработки и, что опять же, приводит к снижению производственных затрат. Кроме того, до 500 000 единиц срок службы термореактивных литьевых форм значительно выше, чем у алюминиевых литейных форм высокого давления. Кроме того, пластмассы, армированные с высоким содержанием волокон, имеют гораздо меньший выброс CO2 по сравнению с алюминием, поскольку этот легкий металл очень энергоемкий в производстве.

И есть еще одно преимущество: производители автомобилей стремятся свести к минимуму уровень шума. Гремучие машины не только раздражают, но и являются явным конкурентным недостатком, поэтому характеристики шума, вибрации и резкости (NVH) занимают одно из первых мест в списке факторов, используемых для оценки качества автомобиля. Полимеры имеют хорошие демпфирующие характеристики. “Это позволяет очень легко оптимизировать акустические характеристики модуля распределительного вала”, – говорит Сорг.

Модуль распределительного вала имеет монолитную конструкцию со встроенными подшипниками – другими словами, он изготовлен единым целым, что сокращает время сборки на заводе по производству двигателей. Производители автомобилей получают предварительно собранный модуль от своего поставщика и могут установить его на двигатель, выполнив всего несколько простых операций монтажа. Это исключает необходимость отдельной, трудоемкой установки распределительного вала. Это инновационное решение имеет дополнительное преимущество: алюминиевые вставки в зонах повышенного напряжения подшипников распределительного вала поглощают прямые усилия.

600 часов испытаний на испытательном стенде двигателя

Во время первоначальных испытаний на испытательном стенде двигателя исследователь и его коллеги наблюдали положительные эксплуатационные характеристики, и была продемонстрирована экономия веса по сравнению с алюминиевой контрольной деталью. “Мы можем производить модули распределительных валов из термореактивного полимерного материала гораздо проще, чем их аналоги из легких металлов, и мы можем даже сделать это экономически выгодным в процессе литья под давлением”, – подчеркивает инженер. Имитационные расчеты помогают инженерам спроектировать и проверить прототип до начала производственного процесса. – “Хотя жесткость термореактивного полимера составляет всего четверть от жесткости алюминия, конструктивные меры позволили нам придерживаться максимально допустимой деформации”. После 600 часов испытаний на испытательном стенде двигателя, легкий элемент дизайна продемонстрировал безупречную функциональность в современном двигателе внутреннего сгорания. С помощью запланированных испытаний впрыска топлива партнеры проекта хотят доказать функциональность и характеристики NVH, принимая во внимание газовые силы процесса сгорания.

Катрин Шинделе, руководитель проекта в MAHLE, благодарит весь консорциум и всех участников за очень конструктивное сотрудничество. “Мы очень довольны функциональными прототипами и результатами испытаний. Все, кто работал над проектом, продемонстрировали полную приверженность разработке этого модуля распределительного вала”.

По материалам Techxplore

-=GadzzillA=-

Компьютерный системный администратор, веб-огородник, IT-шник, специалист по строительным материалам, создатель и администратор проекта "Лаборатория Рабочих Столов"

Вас также может заинтересовать...

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

 

Цей сайт використовує Akismet для зменшення спаму. Дізнайтеся, як обробляються ваші дані коментарів.