动力总成系统工程:提升性能和减轻重量

在动力总成系统工程方面,杜邦塑料的应用可帮助减轻重量。

在动力总成系统工程方面,塑料件的应用可帮助汽车制造商减轻车重和整合部件,从而提升汽车性能、提高生产力并节省成本。如今,塑料在每辆汽车里的使用高达 20 公斤,具体取决于发动机大小和地区。但仍然有更多使用塑料的机会。

工程塑料的优点

工程塑料和新型高性能复合材料可:

  • 在减重高达 30%-40% 的情况下,提供更多功能。
  • 显著降低大批量生产的模具成本。
  • 带来软件和技术的进步,以改善预测工程。
  • 将先前分散的部件集成在多功能设计中,以节约高达 30% 到 50% 的成本。
  • 承受高达 220°C 和 230°C 的温度,而且使用新型杜邦™ Zytel® PLUS 尼龙有助冷却系统重新设计以抵抗高温。
  • 提供模铸进的配件,以便快速组装,也更容易放入较小的空间内。
  • 提高燃油经济性,降低排量以及噪声、振动和刺耳程度 (NVH)。

塑料可减轻重量,以提高燃油经济性

尼龙之类的工程塑料与金属相比,重量优势最为明显。钢的密度远远抵消了用于薄壁部件的可能性。铝和镁也无法克服其密度劣势。

Zytel® vs. Metal - Weight Factor
好几项研究表明,重量减轻 25 公斤,可使燃油经济性提高 1%。而且这还没有提到成本。

塑料有更低的模具成本

一般由尼龙注塑成型部件的模具,使用次数可以达一百万次以上,而压铸的铝和镁的寿命则短得多,使用次数大约在 70,000 到 100,000 之间。与金属相比,尼龙还具备更大的设计和加工灵活性,因此能为动力Zytel® 与金属 – 重量系数                                      总成系统工程提供优异的解决方案。

铝和镁部件的生产率和成本效益比尼龙平均低 20%-40%。只有在钢部件使用超过一百万次时,才能看到钢材的优势。但在设计和加工灵活性方面钢仍会受到限制,更不用说重量了。

塑料应用于进气管路系统

尼龙进气歧管的加工原型始于二十世纪八十年代中期。从溶芯技术转向两件或多件式振动焊接设计,通用和保时捷汽车率先大量采用该设计,尤其是福特野马 V8。

为满足更高温度的要求,达到高水平的废气再循环率 (EGR),以及实现模块化设计,所以使用称为 PPA 的高温芳香族聚酰亚胺。PPA 可应对 200°C 以上高温,适用于 EGR 入口,并且可整合更多部件。例如,大众汽车的设计就是使用 PPA 将中冷器整合到歧管中。

进气管路系统正在从较重的铝和昂贵的不锈钢和镀锌不锈钢向尼龙 66 和 PPA 这类灵活的、吹塑成型的塑料转型。在这过程中,可以不再使用夹具、支架和硅胶护套,而且塑料装配比金属简单。

无论是操作温度在 -30°C 到 150°C 之间的杜邦™ Hytrel® 热塑性弹性体,还是耐高温尼龙 66,关键是对材料的工程设计,以便提供刚性和韧性的综合性能。

我们位于日内瓦的全球吹塑技术中心可生产 3-D 吸塑管和共挤管。我们使用测试装置验证部件的性能。当前正在用可承受高达 210°C 的高温尼龙 HSLX 树脂开发“高温端”进气管。

塑料应用于变速箱

随着齿轮速度从 4 增加到 6 甚至 8,塑料可帮助降低变速箱的大小和重量。

装有电磁线圈的 TEMIC 电子变速箱控制最适合采用尺寸稳定和高强化的 PPA。

通用汽车使用柔韧的 Hytrel® 弹性体进行密封,并将其用作变速箱充油的挡板,以提高性能以及允许传动液一次加注终身使用。

其它部件包括杜邦™ Vespel® 聚酰亚胺密封圈和尼龙变速箱油底壳。

高抗性油底壳

用于动力总成系统工程的杜邦材料可通过取代较重的金属或压铸产品来减轻车重。我们的材料结合了在很大温度范围内的抗冲击强度与对润滑剂、道路盐和其它车用介质的高耐受性能。

我们做了许多 CAE(电脑辅助工程)工作,比如用于 Buss 和戴姆勒的油底壳。对于此油底壳,我们的模流技术允许在没有压力的情况下模制部件,从而保持部件相应区域所需的强度。我们将实际冲击力分析与我们的动态 CAE 结构分析工具联系在一起。这些工具对部件性能至关重要,并且当我们共同努力进一步在油处理系统中集成各种功能时,将变得更有价值。

玻纤增强PPA

我们了解如何扩展玻纤增强尼龙的极限以改善流动性,这对引擎盖部件等复杂的形状十分重要。材料的螺旋流动长度比传统的 35% 玻纤增强尼龙 66 胜出 20%-30%。

如果需要刚性,请参考长玻纤成分的拉伸模量系数。在我们的高端产品中,像 HTN 51LG50 这样含 50% 长玻纤 PPA的,用于原型悬挂托架,其拉伸模量为 18,000 MPa,如果韧性有损失也只是微乎其微。

预测性工程

在杜邦,我们不止提供材料配方,还会应对原始设备制造商 (OEM) 以及部件和系统供应商的需求,了解材料性能如何随着时间而改进。

使用我们的设计和制造工艺开发工具,可以预测出部件在车辆内的使用寿命。从概念到商业化生产,我们使用这些工具在北美洲、欧洲和亚太地区的开发中心建模、分析、优化以及与 OEM 和供应商沟通。在全球范围内,我们全天候运营,帮助提供针对复杂问题的解决方案。

通过与不同 OEM 的研发小组合作,我们利用这些工具和物理测试设备进一步深入预测性工程领域,以了解防撞性、暴露在高温和化学物质的耐久性能等。

建模分析综合在结构分析中,以便在预测静态和随时间变化的载荷时提高准确性。我们使用 NVH 分析工具预测和调节部件对传递的振动以及气流和冷却液流动的响应。

塑料应用于动力总成系统工程具有无限的可能性

进气歧管、进气管、吸塑管、油底壳、发动机前端罩盖、以 PPA 制成的废气再循环冷却器装置、以包括 PPA 的混合塑料制成的涡轮增压器外壳、甚至以 PPA 和尼龙制成的塑料消音器,都只是减轻引擎盖下的重量和成本的众多机会之一部分。

材料价格和性能必须做出权衡。通常,如果使用方式得当,高价值的材料可降低部件或系统的成本。例如,热老化性能优于传统尼龙的 PPA 适合成型壁厚部件并降低最终成本。

在我们自 2006 年以来推出的产品中,有三分之一以上的产品表现出色。我们正在开发热老化性能和耐化学性更好的新型尼龙产品,并将继续在先进热塑性复合材料中取得进展。

我们将与 OEM 和供应商一起,继续寻找塑料和复合材料的新用途以及加工工艺,同时改进加工工具以测试和预测性能。