聚酰胺在渦輪增壓柴油發(fā)動機中的應用
聚酰胺在渦輪增壓柴油發(fā)動機中的應用
近年來，渦輪增壓柴油發(fā)動機在歐洲客車市場中已經(jīng)占據(jù)了相當大的份額，在全球其他地區(qū)也不斷贏得市場的青睞，這是因為增壓渦輪在保證能量輸出不減少的情況下，可使發(fā)動機的尺寸更小。這大大提高了燃料的燃燒效率，降低了排氣系統(tǒng)中未燃燒的燃料總量。目前，隨著渦輪增壓技術在不斷進步，新的子系統(tǒng)被不斷引入，從整個系統(tǒng)中獲取更大功能和環(huán)境效益的努力仍在繼續(xù)。其中，渦輪增壓中可變渦輪葉片技術的引進便是此類技術的一大進步。該技術通過控制流量速率，使發(fā)動機在從加速到以*高速度運轉(zhuǎn)的過程中能維持高功率。借助于位于渦輪機轉(zhuǎn)輪前的導向葉片，通過改變?nèi)肓鹘呛蜏u輪機轉(zhuǎn)輪的入口速率來調(diào)節(jié)渦輪輸出即可達到上述目的。利用一個簡單的“開/關”制動器便可控制葉片的運轉(zhuǎn)。在更復雜的情況下，還可引入變動控制系統(tǒng)，通過齒輪、直流電機、引擎控制單元(ECU)及傳感器來進行驅(qū)動。
安裝VTG的渦輪機
但是，由于渦輪增壓會產(chǎn)生高溫，再加上發(fā)動機艙尺寸的不斷變小，使得部件和系統(tǒng)設計師們必須選用更高性能的材料以使各部件達到規(guī)定的要求。無疑，渦輪系統(tǒng)，尤其是使用了VTG技術的渦輪系統(tǒng)為聚酰胺（PA46）這類高性能工程塑料提供了發(fā)揮其作用的應用機會。PA46擁有**的高溫耐受性，能夠經(jīng)受超過200℃的環(huán)境溫度，并且在如此高的溫度下仍可保持良好的硬度、抗疲勞性和耐摩擦性。此外，出眾的流動性和可塑性使其在加工工藝上也具有優(yōu)勢。因此，PA46成為渦輪系統(tǒng)中某些應用的理想材料。目前，DSM工程塑料正致力于將其Stanyl PA46應用于該技術領域中。
聚酰胺46已經(jīng)被廣泛用于中冷器的封罐 ，相比于傳統(tǒng)使用鋁制封罐的方法能節(jié)省高達30％的成本
中冷器封罐
相比于傳統(tǒng)的鋁制中冷器封罐，由StanylPA46制成的封罐可節(jié)省高達30％的成本。與鋁材或者其它的熱塑性塑料相比，使用StanylPA46不僅能降低20%～30%的重量，而且具有*高的單位重量強度。它使中冷器的端蓋可經(jīng)卷邊后固定于封罐上，不僅節(jié)省了生產(chǎn)時間，還節(jié)省了在采用鋁端蓋時不可避免的焊接成本。由于StanylPA46具有杰出的流動特性，可以在低壓情況下，使用單個澆口來注滿較長的中冷器封罐。這意味著可以減少熱變形，并且擁有更好的表面，從而可以降低系統(tǒng)運行中發(fā)生滲漏的風險。在注塑過程中，無需更多的投入即可把支架集成到端蓋上，*終固定在車體上。在氣體從渦輪壓縮機傳輸?shù)街欣淦鬟M氣管道的過程中，壓縮空氣可達到200℃的高溫，3bar的壓力。
進（排）氣管道
在傳統(tǒng)的渦輪增壓系統(tǒng)中，所用的各種進（排）氣管道通常為：鑄造成型管道，或者液壓成型的鋁制管道，或者是內(nèi)嵌織物的硅橡膠管道。這些材料制成的管道不僅昂貴，而且無法整合支架或傳感器。采用Stanyl PA46材料，通過雙模焊接成型技術，使得所制成的管道比使用鋁或硅橡膠要便宜得多。與鋁管道相比，可節(jié)省成本高達50％，而且重量更輕。與硅橡膠管道相比，PA46管道的優(yōu)點是：管道的交叉部分可適應不同的空間，而硅橡膠管道的交叉部分只能是圓形；PA46可循環(huán)利用，而硅橡膠組件不可再利用。相比于其他熱塑性塑料，Stanyl PA46杰出的抗疲勞特性確保了*終產(chǎn)品具有更高的**系數(shù)。目前，DSM工程塑料已成功地用Stanyl PA46開發(fā)出了2個熱空氣管道。在滿足客戶特定設計要求的前提下，還降低了系統(tǒng)的成本。
彎管將渦輪壓縮機和空氣管道連接起來。使用StanylPA46制成的管道能提供鋁彎管不具備的優(yōu)點。組件不僅可以一次模塑成型，還可以被直接焊接到渦輪壓縮機上面，由此可見StanylPA46具有超強的耐熱性
由PA46注塑成型的傳感器能在150℃～160℃的恒溫下持續(xù)長達5000h。
即使與具有腐蝕性的ATF油相混合，其可耐受的峰值溫度仍高達170℃～180℃
驅(qū)動系統(tǒng)
StanylPA46所具有的高耐熱性，高溫下的硬度保持力，以及**的耐磨損性和低摩擦性能等，使其也非常適用于可變渦輪增壓系統(tǒng)中的驅(qū)動系統(tǒng)。通常，VTG發(fā)動機的端蓋包括尾架和碳刷架，并可作為齒輪減速裝置的基座。使用StanylPA46，可一次注塑成型具有這三種功能的耐高溫集成部件。
一般，發(fā)動機在工作時，位于端蓋碳刷架區(qū)域的溫度在短期內(nèi)可高達280℃～290℃，此時碳刷架一旦變形或熔化，就會干擾碳刷，使得發(fā)動機停止工作。StanylPA46的熱變形溫度高達290℃，與其他熱塑性塑料相比，更易承受這個峰值溫度。
以100萬次循環(huán)作為疲勞壽命，Stanyl PA46能夠承受比其他材料多50%～100%的壓力
在旋轉(zhuǎn)電動驅(qū)動（REA）的齒輪減速裝置中，通過齒輪系統(tǒng)將發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，從而改變渦輪葉片的位置。此時，齒輪在高頻率和高溫（高于150°C）環(huán)境下運作。由于Stanyl PA46能夠在這樣的高溫下保持原有的硬度，并顯示出**的耐磨性，使得制成的齒輪具有**的承受力和使用壽命。
傳感器
在發(fā)動機輸入和葉片運動的過程中，需要通過一系列傳感器來監(jiān)控壓縮機的轉(zhuǎn)速以及葉片的位置。為此，對傳感器的功能性要**，在230℃的峰值溫度下保持尺寸的穩(wěn)定性，并對自動變速具有耐受性，還要避免在使用過程中油經(jīng)過螺紋而滲漏。由StanylPA46制成的傳感器完全滿足了這些要求，其能在峰值溫度下保持原有的硬度，并具有抗蠕變和減輕壓力的能力。
ECU外殼
目前，引擎控制單元(ECU)使用了復雜的微處理器技術，其表面裝置通過回流焊接法焊接于PCB上。此方法的峰值溫度高達265℃，因此要求ECU外殼材料必須能夠耐受此溫度。StanylPA46憑借其較高的熱變形溫度（HDT）以及出眾的韌性，成為此應用的理想材料，它不僅節(jié)約了成本，還迎合了節(jié)省空間的表面組裝方法的需求。
在與渦輪增壓器技術相關的解決方案中，DSM工程塑料的Stanyl使得降低系統(tǒng)成本成為可能。目前，DSM工程塑料正致力于在此領域的進一步發(fā)展：提高各組件的溫度耐受性并減少其對空間的需求。該公司擁有一支全球性的、專注于渦輪部件開發(fā)的團隊，并且還為這項研究設立了專項基金，此舉將為汽車制造商以及系統(tǒng)提供商帶來*大利益。
