发动机及周边零部件详解

汽车发动机及周边零部件的塑料化是汽车轻量化的一个重要方面，但是其难度较大。发动机及周边零部件要能承受－40～140℃环境温度的变化，还要能耐砂石冲击、盐雾腐蚀、各种油和洗涤剂的侵蚀。用于制造汽车发动机及周边零部件的材料必须满足耐高温、刚性高、尺寸稳定性好，以及对振动、冲击有阻尼性等要求，适用的工程塑料主要有玻璃纤维增强PA、玻璃纤维增强PPS及氟塑料表6-15列出了一些用工程塑料制作的发动机周边零部件，可以看出玻璃纤维增强PA是主要采用的材料。表6-16列出了汽车发动机内室部件所用PA品种和生产厂商。

表6-15 用工程塑料制作的发动机周边零部件

表6-16 汽车发动机内室部件所用PA品种和生产厂商

1.进气歧管

进气歧管位于发动机室的中央位置，常用铸铁或铸铝制成。进气歧管塑料化的目的，除减轻质量（减轻40％～60％）外，还由于塑料进气歧管内外表面光滑，空气流动阻力小，从而提高燃油效率，改善发动机的性能。此外，在降低油耗、降噪声方面也起到一定的作用。

1990年德国宝马汽车公司，首先将以玻璃纤维增强PA为原料制造的进气歧管应用在六气缸发动机上；后来，美国福特与杜邦公司合作，共同用玻璃纤维增强PA66制造的进气歧管应用在Modular V6发动机上；随后世界各大汽车公司纷纷跟进，改性PA进气歧管得到广泛的应用。欧洲BMW325i、525i车型，Por-sche，Audi，Benz，Citroen，Renalt等轿车都采用了BASF公司的Ultramid A3HG7玻璃纤维增强PA66制的进气歧管。美国的通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司也于1993年开始使用PA进气歧管。

Rover（罗孚）公司与BMW（宝马）、BASF等公司联合开发的2L-4缸涡轮柴油发动机进气歧管组件，由进气歧管、发动机外壳和空气净化器罩组成。所有部件都使用BASF公司的PA树脂注射成型。进气歧管采用35％玻璃纤维增强PA66，这种材料能承受很高的发动机温度及高温汽油或柴油的侵蚀，并保证高强度和刚性。空气净化器罩使用内肋结构，以降低凸轮轴、气门和喷油嘴产生的噪声，其材料是BASF Ultramid B3GM24（10％玻璃纤维和20％矿物纤维增强PA66）。气门罩由Ultramid A3WGM53（25％玻璃纤维和15％矿物纤维增强PA66）制成。这种进气歧管组件使用标准的注射成型工艺和振动焊接制造，每件仅重6kg。BMW集团的Rover V6车进气歧管采用Du Pont公司的Zytel（33％玻璃纤维增强PA66）制成，这也是该车首次使用塑料进气歧管，比铝质进气歧管约轻30％，制造简便并能输出更大的转矩。

福特公司在杜邦公司的协助下，采用杜邦公司的Zytel材料生产进气歧管并应用到福特公司2000年F-130／350货车的4.6 L发动机上。使用这种进气歧管可减少工件数量和工序，使结构简化，改善发动机性能。

克莱斯勒公司的Dodge Stratus车和Chrysler Sebring车采用Siemens公司的PA进气歧管，材料为BASF Plastics公司的Ultramid（35％玻璃纤维增强PA66），使进气歧管减轻2.7kg。这种材料还可用于制造发动机水箱盖和风扇等部件。Dana公司在为Dirge Neon车和Rover R50车的发动机生产零部件时，采用Du Pont公司的Minlon矿物纤维增强PA制作发动机摇杆盖。

红旗轿车上的4缸发动机使用BASF的PA6材料Capron制成热塑性材料进气歧管，该材料是33％玻璃纤维增强的PA。

制造汽车发动机进气歧管所用的材料，现在几乎全部采用玻璃纤维增强的PA66和PA6。用熔芯法成型进气歧管，大多采用玻璃纤维增强PA66。用振动焊接法成型进气歧管，主要采用后加工性能优良的玻璃纤维增强PA6。振动焊接法是先用聚酰胺树脂注射成为几个单独的壳体，然后再振动焊接，将几个壳体连接在一起，对几个壳体的焊接接触面要求很高。也有少量进气歧管用PA46制造。

2.摇臂盖

摇臂盖又称气门室盖，该部件的塑料化可减重30％，成本降低50％，并大大降低噪声。可选用的材料有玻璃纤维增强PA、玻璃纤维增强PET，如美国杜邦公司的Minlon21 C（PA66＋玻璃纤维和矿物填充剂）、Rynite935（PET＋玻璃纤维），其性能见表6-17。这些材料具有翘曲小、热稳定、高冲击强度和尺寸稳定的特点。

表6-17 发动机气门室置材料性能

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3.散热器水箱

散热器水箱位于发动机附近，在汽油蒸气环境下工作，工作环境温度高、振动严重。散热器上下水箱的工作条件要求材料能耐热水和长效防冻液，以及有较高的抗蠕变、抗疲劳、抗振动等性能，尤其不能有变形翘曲等现象。为减轻质量，提高耐蚀性、耐热水、耐防冻液、抗蠕变、抗疲劳、耐振动不变形等性能散热器上下水池材料逐渐以塑料代铜，其材料采用30％玻璃纤维增强的PA66注射成型，并以机械方式与水箱装配，通过橡胶密封圈使其密封及防振。桑塔纳捷达、小红旗等轿车的散热器水箱，大部分采用PA66＋30％GF来制造。

4.节气门和离合器脚踏板

工程塑料制成的汽车节气门和离合器脚踏板，已在欧洲汽车上使用。我国生产的捷达轿车节气门脚踏板是由30％GF增强的PA66注射成型。塑料制品与钢板焊接而成的金属脚踏板相比有许多优点，塑料脚踏板成本低，减轻质量50％～70％，吸振性好。塑料脚踏板是整体结构，运动间隙小，灵敏度高。将来的发展趋势是做成节气门、离合器、制动踏板连成一体的塑料制品。

工程塑料踏板的材料可采用德国BASF公司的Ultramid A3ZG6和A3WG7 A3ZG6是PA66在增韧的基础上，加30％玻璃纤维增强的材料；A3WG7是PA66在热稳定的基础上，加35％玻璃纤维增强的材料。杜邦公司的ZYTELST801是增韧高强材料，适合于制造加速踏板和离合器、制动踏板。

5.发动机气缸罩

塑料发动机气缸罩盖的优点是成型方便，成本低30％，质量轻（减少50％）和低噪声。材料可选用PA66＋GF或PET＋GF、SMC等。奥迪C3V6发动机和一汽大宇发动机气缸盖罩就是由塑料注射成型制造的。

6.炭罐

随着环境保护要求的提高，我国已经限制汽车燃油蒸发排放污染量，在汽车上增加了炭罐。所谓炭罐实际上是塑料罐内装着活性炭，安装在燃油箱和发动机之间。在停车时，吸附从燃油箱蒸发出来的油气，防止其扩散到大气中去。罐体材料要求耐热、耐油且易焊接，一般采用PA制成。

7.其他工程塑料件

燃油输出管采用PA66＋33％GF材料经注射成型，由于隔热性好，可保持燃油温度不升高，并减轻质量，降低成本。

日本Daicel化学公司生产的一种复合结构供油管，外层为PA11或PA12，内层是含40％聚酰胺和含45％聚四甲基二醇的共聚结构，柔软又具有韧性和强度

塑料模塑的谐振腔式消声器采用PPO／PA合金（NORYL GTX）、玻璃纤维填充PA6和玻璃纤维填充PP。

1995年英国Rover牌汽车采用PA注射成型制作了化油器节气门段。

日本采用PA6、PA11、PA12加入增强填充剂玻璃纤维、氯化钙，制作汽车发动机部分外护板，利用玻璃纤维增强聚氯乙烯制作汽车内板，强度高、质量轻。