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[橡胶与弹性体] 更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

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发表于 2015-10-18 16:57:29 | 显示全部楼层 |阅读模式
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更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

        图1 大众1.0 L 3缸发动机包含了带有谐振器的空气进气管、具有空气过滤功能的滤清器外壳以及带有与节气门联结的法兰面的进气歧管

        随着聚丙烯在进气歧管中的应用,R?chling Automotive公司已在成本、质量和声学效果上设立了新的基准。与聚酰胺相比,密度更低的聚丙烯使这3个因素得到了改进,与此同时,聚丙烯还提供了足够的耐用性。
        “到目前为止,R?chling Automotive公司首次采用聚丙烯制成的进气歧管在中国和巴西是此类产品中的第一种,也是唯一的一种,在欧洲也是首次被用于3缸发动机,而且还特别满足了声学方面的严苛要求。” R?chling Automotive公司进气系统产品经理Marco Barbolini介绍说,“为了替代聚酰胺,我们克服了诸多的挑战,最终我们得到的回报是改善了声学性能。”
        Barbolini在此提及的两款发动机均被大众汽车公司所采用,它们分别是:在巴西和欧洲使用的1L 3缸汽油发动机,以及在中国使用的1.6L 4缸汽油发动机。
       

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

        图2 空气滤清器外壳与进气歧管之间的声学问题样本

        由于加工步骤的减少,再加上熔体温度和密度的降低,使得聚丙烯进气歧管的成本比聚酰胺降低了15%成为可能,而且聚丙烯材料的来源广泛。“我们已经在每一个目标市场找到了当地的聚丙烯供应商。”Barbolini兴奋地说道。由于聚丙烯无需干燥,而且加工温度和熔体温度较低,因此零部件制造商的生产能耗得以降低,由此也带来了额外的好处,即减少了碳足迹。
        尽管加工温度降低了,但R?chling Automotive公司却确保了聚丙烯的使用温度与以前的聚酰胺一样,可持续承受120℃的温度。然而,这的确要求达到特殊的热稳定性,主要是因为需要关键的热空气耐受力。“而这,正是我们的专业经验得到发挥之处。” Barbolini说。另一方面,在室温和低温下,聚丙烯和聚酰胺都具有同样的刚性。
       

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

        图3 带有滤清器外壳的进气歧管和进气管在耐候性试验室中

        与聚酰胺相比,除了轻15%的优势外,聚丙烯的拉伸强度和拉断伸长率也毫不逊色。虽然在这些性能上聚丙烯不总是与聚酰胺完全一样,但最重要的力学特性足以满足使用要求。在抗化学性方面,聚丙烯也同样具有稳定性,它对乙醇的耐受性甚至优于聚酰胺,而在吸湿性方面也同样如此。
       

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

        图4 整个空气进气系统被放在振动试验台上

        较低的密度还意味着聚丙烯在声音传播方面比聚酰胺更具优势。按照大众汽车公司反馈的信息,尤其当发动机转速和振动频率较高时,聚丙烯可使声压降低10~15 dB。这种良好的声学舒适性也是聚丙烯最终得以取代聚酰胺的原因。当然,采用这种新材料的进气歧管需要在形状上有轻微的变化,以确保达到同样的硬度。
       

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

更低重量和成本的聚丙烯进气歧管

        图5 聚丙烯极大地改善了发动机在高转速和高振动频率下的声学性能聚丙烯进气歧管降低了成本并减轻了15%的质量

        对于整个空气进气系统,R?chling Automotive公司完成了全部的更新开发工作并采用了声学设计原理,尤其是空气滤清器的外壳。这涉及到了对各种尺寸和形状的固定点、耦合元件、空气滤清器外壳的底部和顶部、进气歧管充气腔以及与节气门联结的法兰面的声学效果进行模拟。结果,计算值与测试值之间的关联度是令人满意的。同样地,滤清器的形状、材料、密度和密封性也会影响声学性能。声学方面的技术专家们也同样得益于R?chling Automotive公司自行开发和制造的空气滤清器所带来的消声效果,这就意味着“进气歧管和空气滤清器外壳”整个模块的声学性能作为一个单独的系统而得到了优化。
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