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聚酰胺在涡轮增压器中的应用

时间: 2011-07-15 06:03 来源: 作者: 点击:

利用废气涡轮增压器,使不降低输出功率的情况下减小发动机外形尺寸成为可能。这样也提高了燃料燃烧效率,降低了排气系统中未燃烧燃料的数量。涡轮增压发动机的废气成分中显著降低了氮氧化物的比例,尤其柴油汽车和商用车更是如此。出于这些原因,涡轮增压发动机越来越广泛地用于商用和客运车辆。在中国,随着汽车行业采取新的严格排放标准,计划增加对西方国家柴油车辆的出口,汽车市场中这一趋势也就更加明显。

废气涡轮增压系统的功率重量比,即千瓦(功率输出)/公斤(发动机重量)要优于自吸式发动机。涡轮增压发动机可以缩小体积,这就减少了安装所需空间,而且与自吸式发动机相比,噪音更低。这种情况下,涡轮增压器起到了辅助消音器的作用。

在涡轮增压中引入不同的涡轮几何形状(VTG)技术拓宽了进一步提高柴油发动机效率的可能。这一原理是在实际应用中扩大可用流率范围,同时保持较高的效率。其实现的途径是,利用涡轮叶片前方的导向叶片,通过改变涡轮叶片入口的迎流角和速度来调节涡轮输出。导向叶片由一个杠杆机构启动,通过齿轮、一台直流电机、发动机控制单元(ECU)和传感器组合工作。

涡轮系统,特别是采用VTG技术以后,可以为聚酰胺(PA46)等高性能工程塑料提供应用空间。PA46具有优异的耐高温性,能够承受200℃的工作温度。在这样的工作温度下,PA46可以较好的保持其机械性能,如硬度、耐疲劳性、耐磨性和摩擦性能,因此成为涡轮系统部分零件应用中的理想材料。另外,PA46优异的流动性和可塑性也为其提供了加工优势。

PA46广泛用于中冷器端盖,与传统铝制端盖相比可节省高达30%的成本。在这一应用中,PA46不仅可以减轻20-30%的重量,而且与铝制或其它热塑性塑料制造的端空气箱相比,有最好的强度重量比。端盖可通过卷边固定在空气箱上,节省生产时间和成本,同时无需铝制端盖的焊接过程。使用有超高流动性能的PA46,如DSM的Stanyl材料,使得在较低注塑压力、单浇口、长流程模制中冷器端盖成为可能,这意味着热变形更少,平整度更高,这样避免了使用时的泄漏。注射成型过程可将支架集成到端罩上,用于在车身上固定。

涡轮压缩机侧面到中冷器入口侧的风道将压缩空气送入中冷器入口侧,工作温度可高达200℃,压力高达3bar。传统涡轮系统使用铸造或液压成型的铝制风道,或使用嵌入织物的硅橡胶制成。使用这些材料制成的风道成本昂贵,无法集成支架或传感器。

由PA46制成的双片塑料焊接成型增压风道比铝制(低50%)和硅橡胶风道成本降低。聚酰胺材料密度较轻,因此轻于铝制风道。另外,采用PA46制成的风道无需焊接、铣削和钻孔等二次加工,并且易于集成支架和传感器安装点。

与硅橡胶风道相比,采用PA46制成的风道有几大优势:1)PA46风道的横截面可根据封装面调整,而硅橡胶风道只有圆形横截面;2)PA46可再回收,而硅橡胶风道则无法回收利用。

与其它热塑性塑料相比,PA46材料,如Stanyl,具有优异的耐疲劳性,可制造具有较高安全系数的终端产品。

肘管用于连接涡轮压缩机和风道。与铝制肘管相比,采用PA46材料制成的肘管也具有上述优势。零件可按单层设计完全模制,凭借PA46的耐高温性,可用螺栓直接固定在涡轮压缩机上。

可变涡轮几何形状(VTG)系统为PA46材料发挥其耐高温性、高温下硬度保持和优异的磨损和摩擦特性提供了另一个应用机会。

VTG发动机的端罩包括一个端支架、一个刷握,并且可用作齿轮减速装置的基座。采用PA46制造使其可以在单次注射成型中将所有三种特性集成在一个产品上,承受涡轮增压器的涡轮侧周围的高温。在发动机工作时,短时间内,端罩的刷握部分温度可升高至280-290℃,此时刷握不能出现变形或熔化,否则会造成刷子卡住,发动机完全停止运行。PA46材料,像DSM的Stanyl产品,其热变形温度(HDT)高达290℃,与其它热塑性塑料相比能够更好地承受这样的短期峰值温度。

在涡轮增压器的齿轮减速装置中,发动机的旋转运动通过一组齿轮啮合运转变成线性运动。齿轮需要在高温环境(高于150℃)下工作。PA46材料能够在这样的高温下保持较高的硬度,从而PA46材料制造的齿轮可以减小尺寸,这样就可以制造可紧凑的齿轮组,为狭窄的发动机部分节省宝贵的空间。

动机输入和叶片运动由发动机控制单元(ECU)通过一组传感器在一个闭合环路中控制,传感器监控压缩机的速度和叶片位置。

传感器的功能要求在230℃的峰值温度下保持尺寸稳定性,也包括汽车生命周期中螺纹不得漏油,能够耐汽车中各种液体的腐蚀。传感器在装配期间不得损坏。PA46材料在峰值温度下可保持硬度,其抗蠕变性和应力松弛性能优异,因此制成的传感器可达到上述要求。另外,PA46在高温下也具有优异的抗疲劳性,对腐蚀性液体有优异的耐化学性。其它重要优势包括:通过替代金属而减轻部件重量,其注射成型工艺为产品设计的灵活性和集成化提供了极大的空间。

ECU使用复杂的微处理器技术,表面固定装置通过回流过程焊接到PCB上,在回流过程中峰值温度可高达260℃。ECU外壳材料必须能够承受这样的高温。PA46材料凭借其较高的热变形温度(HDT)和杰出的韧性,能够采用搭扣连接等固定方法,节省成本和空间,成为此类应用的理想材料。

DSM(中国)有限公司

早在1963年,DSM公司的产品就已经销往中国,在中国的投资时间已经超过十年。在中国,DSM生产制造维生素、抗生素、涂料用树脂和结构树脂、工程塑料和纤维半成品。DSM(中国)有限公司总部位于上海,成立于2004年5月1日。

DSM工程塑料亚太部
Tel: +86-21 6386 3080(完)

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