這一纖維增強熱固性塑料制成的部件可降低發(fā)動機的重量

    來自德國弗勞恩霍夫化學技術(shù)研究所（Fraunhofer ICT）的一個研究小組在與其合作伙伴合作開發(fā)的過程中，采用纖維增強熱固性塑料成功地制成了一個凸輪軸模塊。

 

    這一采用輕量化設計的部件有助于降低發(fā)動機的重量和裝配成本，目前已被用作功能示范。

 

    凸輪軸通常被用來確保內(nèi)燃機中的充油循環(huán)閥精確、可靠地閉合，這些閥位于凸輪軸模塊中。

 

    雖然制造凸輪軸的標準材料依然是鋁金屬，但汽車制造商和供應商們正在努力制造采用輕量化設計的動力系統(tǒng)及其部件。

 

    減重是降低CO2排放最有效的方法之一，為此，F(xiàn)raunhofer ICT 的研究人員們正在利用其全新開發(fā)的由熱固性復合材料制成的凸輪軸模塊來為汽車行業(yè)提供支持。

 

    與馬勒集團及相關(guān)的合作伙伴如戴姆勒、SBHPP/Vyncolit和Georges Pernoud合作，使得這一輕量化的凸輪軸被開發(fā)出來。德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務和能源部（BMWi）一直在為此項目提供資助。

 

    在選擇合適的聚合物時，該項目的合作伙伴們選用了高強度的纖維增強熱固性聚合物，因為它們能承受高溫以及由諸如合成機油和冷卻液等引起的機械應力和化學應力。

 

    Fraunhofer ICT 的研究員Thomas Sorg說：“我們提供了如何設計部件形狀以使其與材料和工藝相適應從而滿足所有要求的相關(guān)經(jīng)驗。該凸輪軸模塊位于氣缸蓋中，這通常處在動力總成的上部安裝空間，因而對此減重具有特別的意義，因為這還有助于降低車輛重心。”

 

 

   鋁鑄件在鑄造后通常需要大量的再加工，導致成本增高。

 

   纖維增強熱固性聚合物由于能夠?qū)崿F(xiàn)近凈形狀的生產(chǎn)，因而減少了相應的再加工量，導致生產(chǎn)成本的降低。

 

   而且，用于注射熱固性聚合物的模具擁有多達50萬個部件的使用壽命，這要明顯高于高壓壓鑄鋁用的模具。

 

   此外，與鋁相比，由高纖維含量增強的塑料所帶來的CO2排放明顯更低，因為制造鋁這種輕金屬的能耗很高。

 

   另外，汽車制造商們渴望降低噪聲，因為發(fā)出咔噠聲的汽車不僅讓人生厭，而且競爭劣勢明顯。

 

   所以，在評估車輛質(zhì)量的因素列表中，NVH性能排名靠前。

 

   在此方面，聚合物則提供了良好的阻尼性。

 

    該凸輪軸模塊采用了集成軸承的整體式設計，也就是說，它可整體制造成型，從而縮短了在發(fā)動機制造工廠中的裝配時間。

 

    汽車制造商們從其供應商處獲得的是預裝配的模塊，因而只需幾個簡單的安裝操作，就能將其安裝到發(fā)動機上，而無需浪費時間單獨安裝凸輪軸。

 

    這一創(chuàng)新的解決方案還有一個優(yōu)勢是：位于凸輪軸軸承高應力區(qū)域的鋁鑲塊能夠直接吸收沖擊力。

 

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   在發(fā)動機試驗臺上的600h試驗

 

   在發(fā)動機試驗臺上進行初始試驗時，這些研究人員及其同事看到了積極的性能表現(xiàn)，并證實了與鋁參照部件相比重量的降低。

 

    模擬計算則為工程師們在開始生產(chǎn)之前設計和驗證原型提供了幫助。

 

    Thomas Sorg強調(diào)說：“與采用輕質(zhì)金屬制造同樣的部件相比，我們采用熱固性聚合物材料來制造凸輪軸模塊顯然要更加容易，而且我們可以采用注塑成型工藝實現(xiàn)低成本的生產(chǎn)。雖然熱固性聚合物的剛性只有鋁的1/4，但采用的設計方法卻使我們實現(xiàn)了最大允許的變形。”

 

    在發(fā)動機試驗臺上經(jīng)過600 h的試驗后，這一輕量化設計的部件在一臺最先進的內(nèi)燃機中展示出了完美的功能。

 

   考慮到燃燒過程中產(chǎn)生的氣體力，該項目合作伙伴想要借助計劃中的燃油噴射試驗來證明功能和NVH性能。