可承受当今运转温度更高的发动机系统的材料

发动机小型化、轻量化、涡轮增压化、直喷以及废气再循环,都是对提高燃料经济性、提高发动机效率、降低二氧化碳排放的趋势的反应。但是这些进展是付出了代价才取得的。

它们会产生更多热量,包含更具腐蚀性的气体、液体,及酸性气体/空气混合物,通常是在高压条件下。很多传统结构材料无法再在现代发动机制造的更热、狭小、高压环境下工作。

杜邦针对关键空气管理应用(包括进气歧管和垫圈、进气管、涡轮增压器软管和谐振器、废气再循环密封件、软管、阀门、衬套及传感器密封件)提供业内品种最广泛的塑料和弹性体。

空气管理中的弹性体和塑料解决方案
空气管理系统集成了多种部件,包括涡轮增压器、谐振器、中冷器、进气歧管、废气再循环系统和封闭式曲轴箱强制通风系统,采用进气管、软管、密封件、垫圈、衬套和薄膜来连接并密封这些部件。

在车辆的使用寿命内,这些至关重要的部件需要采用特殊材料来承受高机械应力、极热和极冷及腐蚀性很强的化学环境。它们还必须以可持续方式生产,并以其对发动机气体和液体的较低以至零的渗透性,帮助汽车制造商满足日益严格的全球挥发排放法规,包括美国 PZEV 第三阶段、LEV II 及欧5和欧6。

杜邦:汽车行业的关键合作伙伴
杜邦是目前唯一一家能够针对众多关键空气管理部件(例如进气管)提供一站式橡胶和塑料解决方案的公司,产品线中既有杜邦™ Vamac® 乙烯丙烯酸酯弹性体(AEM)和杜邦™ Viton® 氟弹性体(通常通过杜邦™Kevlar® 对位芳族聚酰胺纤维或杜邦™ Nomex® 间位芳族聚酰胺纤维增强),又有刚性更高的杜邦™ Zytel® PA66 和 PPA 树脂以及最柔软的杜邦™ Hytrel® TPC-ET 热塑性聚酯,这些产品可以集成到焊接、注塑或吹塑成型部件中。与金属部件相比,这样最多可减轻 50% 的重量,降低 20% 以上的成本。

此外,杜邦处于研发的前沿,开发和测试可耐受废气再循环系统中酸性冷凝物的材料,目标是帮助 OEM 减轻车重,并符合法规要求减少微粒和二氧化碳排放。杜邦高性能聚合物事业部已成为汽车行业 OEM 的主要供应商,为空气管理系统提供弹性体和树脂解决方案。

以下是最适用于关键空气管理系统部件的杜邦产品回顾。如需深入了解解决方案组合,请单击此处.

涡轮增压器软管
当今追求体积更小、燃料效率更高、性能更好的发动机的趋势在很大程度上归功于涡轮增压技术。最新涡轮增压柴油和汽油发动机具有卓越的性能,与自然进气发动机相比,可将更多燃料能源转化为动力。

随着发动机功率和性能的提高,温度和压力也大幅上升。涡轮增压柴油发动机的热端涡轮增压软管承受 165°C 到 220°C 的更高温度以及 2.5 bar 的压力。未来几年,更高压缩空气压力发展的趋势预计将产生温度更高的工作环境。

这种温度变化正驱使涡轮增压软管制造商转用性能更高的弹性体。传统 CM、CR、ECO 或 NBR/CR 材料已被标准 AEM、HT-AEM 和 HT-ACM 迅速取代。但即使是这类聚合物也无法连续暴露于 185°C 以上的环境下。

高性能特种氟橡胶(如 Viton®)可在车辆的使用寿命内,在腐蚀性发动机油中承受高达 230°C 的温度。杜邦高性能聚合物事业部已开发出一系列以 Viton® 弹性体为基础的配方,用于 FKM/硅胶涡轮增压器软管,这种软管可将优异的挤塑特性和加工性与耐热老化和耐油老化性能的最佳平衡,以及低温柔韧性和硅粘接的机会结合起来。

杜邦™ Vamac® 弹性体的重大成功
涡轮增压变革也正在成为高温 Vamac® HT AEM(涡轮增压器软管的关键结构材料)的重要成功案例,尤其是在取代硅胶 (VMQ) 和聚丙烯酸 (ACM) 方面。

Vamac® 弹性体被指定用于连续温度高达 175°C、峰值温度高达 190°C 条件下的涡轮增压器软管。

菲亚特正在将 HT-AEM(包括全新 Vamac® Ultra HT (=VMX 3038))应用于其新涡轮增压软管材料规范 Fiat 9.02132/01 的 F 级别(连续温度 = 170°C)。

涡轮增压进气管和短接头
进气管在包含热、压力/真空、发动机油和窜气的高温、高压环境下工作,这些工作条件可导致许多塑料和橡胶迅速热老化。

一些特定牌号的 Hytrel®、Vamac®、Viton® 和 Zytel® 材料适用于涡轮增压进气管部件。产品和类型的选择取决于功能和工作条件。例如,管道位于中冷器的热端还是冷端?需要多大程度的柔韧性?管道是否会与其他材料结合?我们的全球技术开发专家团队致力于帮助 OEM 针对具体应用选择和开发最佳解决方案。

Air Duct made of DuPont™ Hytrel® for High-Performance Engines Reduces Weight and Cost
马勒和宝马指定采用杜邦™ Hytrel® 聚酯弹性体制成的进气管来减低重量和成本

位于德国斯图加特的系统供应商马勒,采用兼具刚性和弹性的杜邦™ Hytrel® HTR4275 生产全新的双组件进气管,连接宝马3.0升6缸双涡轮增压发动机的中冷器和节气门体。

通过将该部件减少为只有两个基本组件,实现了更轻的重量、更高效的采用杜邦™ Hytrel® 制成的进气管                       生产和装配,并且与玻纤增强尼龙和弹性体的早期型号相比,具有显著                                                                                      的成本优势。这种创新型进气管由两个 Hytrel® 制造的部件组成,用于采用 杜邦™ Hytrel® 制成的进气管可减轻重      发动机冷端,是德国同类产品中首个单一材料解决方案之一。                 量、降低成

增压空气冷却器
增压空气冷却器又称中冷器,用于冷却从涡轮增压器出来、进入发动机之前的发动机空气。此装置中的部件必须适应较广泛的温度变化、受压热空气、振动和机械应力。

事实证明,杜邦™ Zytel® 玻璃增强尼龙 66、Zytel® HTN 和 Zytel® PLUS 尼龙树脂是这种高要求空气管理应用的理想材料,可取代传统材料,并降低重量和成本。

新型杜邦™ Zytel® PLUS 尼龙树脂有助于减轻以下部件的重量并降低成本:增压空气冷却器、排气消声器、涡轮增压进气管、发动机支撑系统、谐振器、气缸罩盖、油底壳、EGR 冷却器、机油模块、恒温器、变速箱部件以及散热器端水箱。即使接触热油、热空气、氯化钙及其他腐蚀性汽车化学品,该材料比传统尼龙能够更长久地保持优异的性能水平。

Vamac® 通常用于中冷器密封件,而 Viton® 已被指定用于满足更严格的技术要求。

EGR 密封件、软管、阀门、衬套和垫圈
EGR 系统旨在减少废气排放物中的氮氧化物 (NOx),该系统能够将已经燃烧的废气再循环到进气口,以稀释进入的空气/燃料混合物,从而使燃烧温度远远低于形成 NOx 的 1300+°C 峰值。但将废气再循环到发动机中会产生对许多密封弹性体具有很强腐蚀性的气体组分。

Vamac® 乙烯丙烯酸酯弹性体和 Viton® 氟弹性体处于柔性软管和软管末端密封件开发的前沿,可为这些关键 EGR 应用提供长期耐高温和耐酸性能。

在峰值温度高达 150°C 的条件下,Vamac® 可提供经济高效的 EGR 软管和密封解决方案,而 Viton® 则被视为峰值温度高达 225°C 的高浓度酸环境下的首选材料。

EGR valve bushings of Vespel® at Gustav Wahler
Gustav Wahler 的 EGR 阀套由杜邦™ Vespel® 部件制造

在严苛的 EGR 应用中,由 Vespel® TP 聚酰亚胺制成的阀套,凭借该材料的刚性、抗拉强度、耐摩擦磨耗性能、以及在 220°C 高温条件下对热废气的耐受性,而取代了金属部件。阀套由德国埃斯林根的 Gustav Wahler 公司制造,对 EGR 插装式阀门的圆柱形操作杆进行定位与导向。这些阀门用于4缸和6缸分层汽油发动机中,阀套可以在数百万次的Gustav Wahler 的 Vespel® EGR 阀套               开合中有效支撑阀门平稳运行。

Gustav Wahler 采用 Vespel® TP 聚酰亚胺注塑成型的低磨损、低摩擦 EGR 阀套,适用于4缸和6缸汽油发动机,与同类的金属衬套相比,它可以提高设计灵活性,减轻重量,消除接触性腐蚀,更耐受腐蚀性废气。

涡轮增压器谐振器
涡轮增压器谐振器的作用相当于消声器,用于减少涡轮增压器发出的脉动性涡轮增压噪声,并可将声音的频率转换到更低、更舒适的音区。谐振器必须在高压和高温下工作,Zytel® HTN PPA 适合这样的条件。

Zytel® HTN 已被指定用于由 Umfotec公司开发、模制的高温涡轮增压器谐振器外壳,并作为标准配置安装到由德国一家大型 OEM 生产的 1.6 升和 2.0 升涡轮增压柴油发动机上。

传感器密封件
氧传感器(即 λ 传感器)密封件在发动机性能和减少污染方面发挥着关键作用,它通过监测废气中的氧浓度,以调节空气/燃料混合物来减少排放。该装置安装在催化转化器前的排气歧管下管内部或附近,暴露于高温腐蚀性废气环境中。

Viton® 氟弹性体(有时是杜邦™ Kalrez® 全氟化弹性体部件)因符合以下要求而用于氧传感器密封件:具有优异的长期密封性能,并且耐受温度在 225°C 到 300°C 之间的高温废气。

进气歧管和垫圈
进气歧管 (AIM) 将空气分配到直喷式发动机的气缸,或分配空气/燃料混合物到非直喷式发动机。考虑到更严格的排放要求、对更长的燃料系统使用寿命、更高的发动机温度和新歧管材料的需求,对汽车设计师而言,这是一个越来越难以应对的密封挑战。AIM 装置通常采用铝或铸铁制成,但发展趋势是塑料和弹性体密封材料。

杜邦™ Viton® AL 是最适合 AIM 垫圈的氟弹性体,它具有以下方面的优异性能:远远超过 HNBR、VMQ(硅胶)和 FVMQ(氟硅胶)的低渗透性,耐压缩形变,可长期保持密封力。在商业上使用的所有弹性体中,它具有最低的燃料渗透性,符合 LEVII 和 PZEV 排放法规。

杜邦™ Viton® GAL-S 和 Viton® GLT-S 对于提高低温性能,尤其是在提高对腐蚀性生物柴油和酸性废气烟雾的耐受性方面(这些烟雾通过 EGR 高压回路在进气歧管中再循环),是首选的氟橡胶。

在商业上使用的所有弹性体中,Viton® AIM 垫圈和 O 形圈具有最低的燃料渗透性,符合 LEVII 和 PZEV 排放法规,并能简化 AIM 结构。

采用 Viton® 制成的 AIM 密封件可在 -40°C 到 +230°C 的温度范围内保持弹性和密封力,即使是在接触热空气、汽油和柴油燃料(包括含甲醇、乙醇和含氧添加剂的混合物)时也是如此。在 -40°C 的极低温度下保持密封力有助于防止空气内漏。

百余种材料和产品
杜邦汽车为全球汽车行业提供百余种材料及产品,并通过它的全球应用开发网络,致力于提供经济高效的解决方案,帮助减轻车重,提高燃料经济性,减少二氧化碳排放,通过集成部件功能简化装配和降低成本,并帮助将发明成果以经济高效的方式迅速推向市场。