Пластиковый автомобильный двигатель - Plastic automotive engine

В Пластиковый автомобильный двигатель берет свое начало в конце 1970-х годов благодаря исследованиям и работе, выполненным Мэтью (Матти) Хольцбергом из Polimotor Research и его сотрудниками.[1] С тех пор Хольцберг и другие постоянно работают в этой области.

Ранние работы Хольцберга

Матти Хольцберг первым попытался изготовить полимерные поршни для Остин Мини двигатель 1969 года. Поршни поработали всего 20 минут до отказа. Хольцберг исправил это, установив на поршни алюминиевые коронки, и он продал эти поршни гонщикам в начале 1970-х годов.[2]

Полимоторное исследование

Матти Хольцберг основал Polimotor Research Inc. в 1979 году. Fair Lawn, Нью-Джерси. Компания в сотрудничестве со своими поставщиками и спонсорами в 1980-х годах создала и запустила двигатели, состоящие из большого процента полимеров.

Версия первая

Первая версия была основана на Ford 2,3-литровый двигатель Pinto и весил 152 фунта (69 кг) (против 415 фунтов (188 кг) его чугун аналог). Он был разработан для выработки 318 лошадиных сил (237 кВт) при 9200 об / мин. Он был сделан из металла гильзы цилиндров, металлические крышки камеры сгорания, металлические головки поршней, подшипники, клапаны и седла, а также приклад 2.3L Pinto коленчатый вал. Почти все остальное в двигателе, включая блок, шатуны и юбки поршней, было сделано из стеклопластика. Полиамид-имид термопласт смолы, производимые в то время Amoco Chemicals Co.[3][4] Двигатель никогда не устанавливался на транспортном средстве.

Хотя источники утверждали, что Ford был партнером в создании двигателя,[3][5] Позднее Хольцберг заявил, что «Форд вообще не участвовал».[4]

Версия вторая

Другой двигатель, предположительно основанный на Cosworth BDA и YB двигатели серии, весили 168 фунтов (76 кг), что вдвое меньше веса своего металлического аналога.[4] Пластиковые детали включали блок цилиндров, крышку кулачка, трубы воздухозаборника, штоки впускных клапанов, юбки поршней и пальцы на запястье, шатуны, поршневые кольца маслосъемника, толкатели, держатели пружин клапана и шестерни газораспределительного механизма.[6]

Двигатель гонялся на протяжении двух сезонов. Он прошел в Лола T616 HU04 и соревновались в Международная ассоциация автоспорта (IMSA) Чемпионат Camel GT в категории Camel Lights (Группа C2) в 1984 и 1985 годах. Автомобиль заработал несколько пятерок лучших, включая лучшее третье место в классе в 1985 году. Лайм Рок два часа.[6][7]

Патенты Хольцберга

В течение 1980-х годов Хольцберг получил 10 патентов на детали двигателя из композитных материалов и методы их производства. Патенты были выданы между 1983 и 1988 годами и подробно рассматриваются в этом разделе.

Первый патент, выданный на кабели зажигания, ссылался на предшествующий уровень техники для других неметаллических проводящих материалов и их способность уменьшать РЧ помехи связанные проблемы. Эти кабели состояли из графит жилы из композитного материала / смолы и защитный силикон оболочка. Нити должны были быть скручены вместе и протянуты через жидкий матричный материал, после чего они были окружены оболочкой. Две части будут экструдированы вместе, чтобы сформировать кабель и обеспечить прочную структуру тысяч отдельных графитовых композитных нитей.[8]

Большинство патентов предназначены для Полиамид-имид компоненты двигателя с возможностью армирования графитом, стеклом или титаном в виде композитных материалов. Заявлено, что изобретения обладают превосходным отношением жесткости к массе, они на 70% легче традиционных деталей и снижают вибрацию и силы внутри двигателя. Также утверждается, что композитные детали снижают требования к производству благодаря литью под давлением и, как следствие, сокращению отделочных работ.

Хотя температура, время и другие переменные процесса различаются между деталями, общий производственный процесс следует ниже. Компонент первый литье под давлением и дают остыть выше температуры пластической деформации. Затем он подвергается дополнительному отверждению путем твердофазной полимеризации при нескольких ступенях температуры. Это выполняется в инертной атмосфере, которая помогает удалить побочные продукты реакции, пока полимер не станет химически стабильным. Во время этого процесса температура отклонения тепла материала также увеличивается. Теперь деталь охлаждается и проходит постобработку. Последующая обработка может принимать форму механической обработки, вставки или склеивания металлических деталей или простой очистки детали.[9][10][11][12][13][14][15][16][17][18]

ООО «Композитные отливки»

В 1990 году Матти Хольцберг основал компанию Composite Castings LLC. Уэст-Палм-Бич, Флорида.[2] К 2011 году они разработали V4 эпоксидный композит, армированный углеродом блок двигателя с материалами, поставляемыми Тохо Тенакс. Хольцберг утверждает, что блок на 50% легче, чем эквивалентная модель из алюминия. Блоки изготавливаются по форме, поэтому требуется минимальная отделочная работа, чтобы подготовить их к использованию. Хольцберг утверждает, что это снижает затраты на инструменты и производство на 50% по сравнению с литьем под давлением.[19]

Исследования фраунгофера и Сумитомо

В апреле 2015 г. Группа фраунгофера в сотрудничестве с подразделением высокопроизводительных полимеров Сумитомо Бакелит Ко объявили о разработке одноцилиндрового исследовательского двигателя с корпусом из литье под давлением стекловолокно усиленный фенольная смола (55/45 соответственно состав). Двигатель весит примерно на 20% меньше, чем его эквивалент. алюминий. В их конструкции используются металлические вставки в местах высоких термических и механических нагрузок, например, в гильзе цилиндра.[20]

Двигатель был представлен на 2015 г. Hannover Messe.[20]

Solvay возрождение Polimotor

В мае 2015 года сообщалось, что бельгийская химическая компания Solvay проявил интерес к возрождению концепции с помощью Матти Хольцберга.[4] Планируется, что двигатель будет весить менее 148 фунтов (67 кг) и вырабатывать более 420 лошадиных сил (310 кВт), также планируется, что он будет оснащен турбонаддувом.[4] Некоторые компоненты будут заменены на полимерные аналоги, их можно увидеть в таблице ниже.[21].

ЧастьМатериалОписаниеСправка
Звездочки кулачкаPAI30% углеродного волокна[22]
Линии очистки маслаPEEK30% углеродного волокна[23]
Выход водяного насосаPPA30% стекловолокна[24]
Уплотнение водяного насосаFKM[24]
Внутреннее устройство водяного насосаPPS40% стекловолокно[25]
Топливная рампаPPS40% стекловолокно[26]
Уплотнительные кольца инжектораFKM[21]
Впускной бегунPEEK30% углеродного волокна, FDM изготовлен[27]
Камера статического давленияPA640% стеклянные бусины, SLS изготовлен[28][29]
Корпус масляного насосаPEEK30% углеродного волокна[30]
Крышка кулачкаPPS[21]

Двигатель планировалось установить на шасси Norma M-20 и участвовать в гонках на Лайм-Рок в 2016 г. Ле-Ман запись в 2017 году.[31][32] Однако этого не произошло.

использованная литература

  1. ^ «На шаг ближе к автомобилю без железа». Получено 2016-06-10.
  2. ^ а б «Это двигатель будущего? Подробно с Матти Хольцбергом и его композитным блоком двигателя». Получено 2016-07-18.
  3. ^ а б c d е "Пластиковый гоночный двигатель возвращается в качестве проекта Polimotor 2". Получено 2016-06-10.
  4. ^ "Форд в венчурном бизнесе пластикового двигателя". Получено 2016-06-10.
  5. ^ а б «Боб Ремер рассказывает историю IMSA T616-Polimotor, гоночного автомобиля с пластиковым двигателем!». Получено 2016-06-10.
  6. ^ "1985 Лайм Рок 2 часа". Получено 2016-06-10.
  7. ^ США 4369423, Мэтью В. Хольцберг, "Составной автомобильный кабель зажигания", опубликовано 18 января 1983 г. 
  8. ^ США 4432925, Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, "Композитное поршневое кольцо и процесс", опубликовано 21 февраля 1984 г. Standard Oil Company 
  9. ^ США 4433964 Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке, "Составные зубчатые колеса и процесс", опубликовано 28 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  10. ^ США 4430969, Мэтью У. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитное коромысло и процесс», опубликовано 14 февраля 1984 г., передано Standard Oil Company. 
  11. ^ США 4430906, Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Составная булавка для запястья и процесс», опубликовано 14 февраля 1984 г., передано Standard Oil Company 
  12. ^ США 4453505, Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный толкатель и процесс», опубликовано 12 июня 1984 г., передано Standard Oil Company 
  13. ^ США 4432311 Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке и др., «Композитный фиксатор пружины клапана и процесс», опубликованный 21 февраля 1984 г., передан The Standard Oil Company 
  14. ^ США 4433652, Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Составной клапан и процесс», опубликовано 28 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  15. ^ США 4458555, Мэтью В. Хольцберг и Билли У. Коул, «Шатун и процесс из композитного материала», опубликовано 10 июля 1984 г., передано Standard Oil Company 
  16. ^ США 4726334 Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке, "Корпус и процесс композитного цилиндра", опубликовано 23 февраля 1988 г. Amoco Corporation 
  17. ^ США 4440069 Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке и др., "Композитный поршень и процесс", опубликовано 3 апреля 1984 г., передано Standard Oil Company 
  18. ^ «Представлен блок двигателя из углеродного волокна: CompositesWorld». www.compositesworld.com. Получено 2016-07-21.
  19. ^ а б «Фраунгофер - Новости исследований 04/2015» (PDF). fraunhofer.de. Фраунгофер. Получено 2016-07-21.
  20. ^ а б c «Полимотор 2 - первый в отрасли двигатель из пластика» (PDF). Получено 2016-06-10.
  21. ^ «Torlon® PAI выбран в качестве передовой звездочки кулачка в автомобильном проекте Polimotor 2». Получено 2016-06-10.
  22. ^ «Высокопроизводительный полимер KetaSpire® PEEK компании Solvay, выбранный для линии очистки масла в автомобильном проекте Polimotor 2». Получено 2016-06-10.
  23. ^ а б «Проект Polimotor 2 All-Polymer Race Engine выбирает Solvay Amodel® PPA и Tecnoflon® FKM для компонентов водяного охлаждения и уплотнений». Получено 2016-06-10.
  24. ^ «Ryton® PPS компании Solvay помогает охлаждать двигатель Polimotor 2, обеспечивая высоконадежные внутренние компоненты водяного насоса Pierburg». Получено 2016-10-21.
  25. ^ «Полимерный гоночный двигатель Polimotor 2 выбирает Solvay Ryton® PPS и Tecnoflon® FKM для требовательной системы впрыска топлива». Получено 2016-06-10.
  26. ^ «Polimotor 2 выбирает высокоэффективный KetaSpire® PEEK компании Solvay для напечатанного на 3D-принтере топливозаборника». Получено 2016-06-10.
  27. ^ «Sinterline® Technyl® Powders Boost Polimotor 2 с технологией 3D-печати». Получено 2016-06-10.
  28. ^ «Технология Solvay Sinterline® в сочетании с MMI Technyl® Design формирует будущее функциональных автомобильных деталей, напечатанных на 3D-принтере». Получено 2016-11-29.
  29. ^ «Solvay объявляет о проекте полностью пластикового двигателя Polimotor 2, который будет отливать корпус масляного насоса из полимера AvaSpire® PAEK Ultra». Получено 2016-07-06.
  30. ^ «Материалы Solvay представляют собой прорывную инновацию цельнопластикового автомобильного двигателя« Полимотор 2 »». Получено 2016-06-10.
  31. ^ «Воскрешая пластиковый двигатель». Получено 2016-06-10.