Пластиковый автомобильный двигатель

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

Ранние работы Хольцберга

Матти Хольцберг впервые попытался сделать полимерные поршни для двигателя Austin Mini в 1969 году. Поршни работали всего 20 минут до отказа. Хольцберг исправил это, установив на поршни алюминиевые головки, и продал эти поршни гоночным производителям в начале 1970-х годов. [2]

Полимоторные исследования

Матти Хольцберг основал Polimotor Research Inc. в 1979 году. Компания базировалась в Фэр-Лоуне, штат Нью-Джерси . В 1980-х годах компания в сотрудничестве со своими поставщиками и спонсорами создавала и участвовала в гонках двигателей, в состав которых входил большой процент полимеров.

Версия первая

Первая версия была основана на 2,3-литровом двигателе Ford Pinto и весила 152 фунта (69 кг) (по сравнению с 415 фунтами (188 кг) у его чугунного аналога). Она была разработана для выработки 318 лошадиных сил (237 кВт) при 9200 об/мин. Она состояла из металлических гильз цилиндров , металлических верхушек камер сгорания, металлических головок поршней, подшипников, клапанов и седел, а также стандартного коленчатого вала 2,3 л Pinto . Почти все остальное в двигателе, включая блок, шатуны и юбки поршней, было изготовлено из армированных стекловолокном термопластичных смол полиамида-имида, производимых в то время компанией Amoco Chemicals Co. [ 3] [4] Двигатель никогда не устанавливался на транспортное средство.

Хотя источники утверждали, что Ford был партнёром в создании двигателя, [3] [5] Хольцберг позже заявил, что «Ford вообще не принимал участия». [4]

Версия вторая

Другой двигатель, предположительно основанный на двигателях серий Cosworth BDA и YB , весил 168 фунтов (76 кг), что вдвое меньше веса его металлического аналога. [4] Пластиковые детали включали блок двигателя, крышку кулачкового механизма, воздухозаборные трубы, штоки впускных клапанов, юбки поршней и поршневые пальцы, шатуны, маслосъемные поршневые кольца, толкатели, фиксаторы клапанных пружин и распределительные шестерни. [6]

Двигатель участвовал в гонках в течение двух сезонов. Он участвовал в гонках на Lola T616 HU04 и участвовал в чемпионате Camel GT Международной ассоциации автоспорта (IMSA) в категории Camel Lights (группа C2) в 1984 и 1985 годах. Автомобиль несколько раз попадал в пятерку лучших, включая лучшее третье место в своем классе на гонке Lime Rock 2 hour 1985 года. [6] [7]

патенты Хольцберга

В течение 1980-х годов Хольцберг получил 10 патентов на композитные детали двигателя и методы их производства. Патенты были выданы в период с 1983 по 1988 год и подробно описаны в этом разделе.

Первый патент был выдан на кабели зажигания, ссылаясь на предшествующий уровень техники для других неметаллических проводящих материалов и их способность уменьшать проблемы, связанные с радиочастотными помехами . Эти кабели состояли из графитово -смоляных композитных жил проводника и защитной силиконовой оболочки. Жилы должны были быть скручены вместе и протянуты через жидкий матричный материал, в конечном итоге окруженные оболочкой. Две части должны были быть экструдированы вместе, чтобы сформировать кабель и обеспечить хорошо связанную структуру из тысяч отдельных графитовых композитных нитей. [8]

Большинство патентов касается компонентов двигателя из полиамид-имида с потенциалом для графитового, стеклянного или титанового армирования в качестве композита. Утверждается, что изобретения имеют превосходное соотношение жесткости к весу, на 70% легче традиционных деталей и снижают вибрацию и силы внутри двигателя. Также утверждается, что композитные детали снижают требования к производству за счет литья под давлением с соответствующим сокращением отделочных работ.

Хотя температура, время и другие переменные процесса различаются в зависимости от детали, общий процесс производства следующий. Сначала компонент формуется под давлением и охлаждается после достижения температуры пластической деформации. Затем он подвергается пост-отверждению путем твердофазной полимеризации при серии температурных ступеней. Это выполняется в инертной атмосфере, которая помогает вытеснять побочные продукты реакций до тех пор, пока полимер не станет химически стабильным. Во время этого процесса также увеличивается температура теплового изгиба материала. Теперь деталь охлаждается и подвергается пост-обработке. Пост-обработка может принимать форму обработки, вставки или приклеивания 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 Composite Castings LLC, базирующуюся в Уэст-Палм-Бич, Флорида . [2] К 2011 году они разработали блок двигателя из эпоксидного композита, армированного углеродом V4 , с материалами, поставляемыми Toho Tenax . По заявлению Хольцберга, блок на 50% легче эквивалентной алюминиевой модели. Блоки производятся по чистой форме, поэтому для их подготовки к использованию требуется минимальная отделка. Хольцберг утверждает, что это снижает затраты на оснастку и производство на 50% по сравнению с литьем под давлением. [19]

Исследования Фраунгофера и Сумитомо

В апреле 2015 года группа Fraunhofer в сотрудничестве с подразделением высокопроизводительных полимеров Sumitomo Bakelite Co объявила о разработке одноцилиндрового исследовательского двигателя с корпусом из литой армированной стекловолокном фенольной смолы (состав 55/45 соответственно). Двигатель весит примерно на 20% меньше, чем эквивалент из алюминия . Их конструкция использует металлические вставки в местах высокой термической и механической нагрузки, например, в гильзе цилиндра. [20]

Двигатель был представлен на Ганноверской ярмарке 2015 года . [20]

Возрождение Полимотора компанией Solvay

В мае 2015 года сообщалось, что бельгийская химическая компания Solvay проявила интерес к возрождению концепции при содействии Матти Хольцберга. [4] Планируется, что двигатель будет весить менее 148 фунтов (67 кг) и вырабатывать более 420 лошадиных сил (310 кВт), также планируется установить турбонаддув. [4] Несколько компонентов будут заменены полимерными аналогами, их можно увидеть в таблице ниже. [21]

ЧастьМатериалОписаниеСсылка
Кулачковые звездочкиПАИ30% углеродного волокна[22]
Линии откачки маслаПИК30% углеродного волокна[23]
Выход водяного насосаППА30% стекловолокно[24]
Уплотнение водяного насосаФКМ[24]
Внутренности водяного насосаППС40% стекловолокно[25]
Топливная рейкаППС40% стекловолокно[26]
Уплотнительные кольца инжектораФКМ[21]
Впускной коллекторПИК30% углеродного волокна, изготовлено методом FDM[27]
Пленум-камераПА640% стеклянных шариков, произведенных SLS[28] [29]
Корпус масляного насосаПИК30% углеродного волокна[30]
Крышка кулачкаППС[21]

Планировалось, что двигатель будет установлен на шасси Norma M-20 и примет участие в гонках Lime Rock в 2016 году, а также, возможно, в Ле-Мане в 2017 году. [31] [32] Однако этого не произошло.

Ссылки

  1. ^ "На шаг ближе к автомобилю без железа" . Получено 10 июня 2016 г.
  2. ^ ab "Это двигатель будущего? Подробно с Матти Хольцбергом и его композитным блоком двигателя" . Получено 18 июля 2016 г.
  3. ^ abcde "Пластиковый гоночный двигатель возвращается в рамках проекта Polimotor 2" . Получено 10 июня 2016 г.
  4. ^ "Ford в венчурном капитале для пластикового двигателя" . Получено 2016-06-10 .
  5. ^ ab "Боб Ремер рассказывает историю IMSA T616-Polimotor, гоночного автомобиля с пластиковым двигателем!" . Получено 10 июня 2016 г. .
  6. ^ "1985 Lime Rock 2 Hours" . Получено 2016-06-10 .
  7. ↑ US 4369423, Мэтью В. Хольцберг, «Композитный автомобильный кабель зажигания», опубликовано 18 января 1983 г. 
  8. ↑ US 4432925, Matthew W. Holtzberg & Lawrence D. Spaulding, «Композитное поршневое кольцо и процесс», опубликовано 21 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  9. ↑ US 4433964, Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке, «Композитные зубчатые передачи и процесс», опубликовано 28 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  10. ↑ US 4430969, Matthew W. Holtzberg & Lawrence D. Spaulding, «Композитный коромысло и процесс», опубликовано 14 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  11. ↑ US 4430906, Matthew W. Holtzberg & Lawrence D. Spaulding, «Композитный палец запястья и процесс», опубликовано 14 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  12. ↑ US 4453505, Matthew W. Holtzberg & Lawrence D. Spaulding, «Композитный толкатель и процесс», опубликовано 12 июня 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  13. ^ US 4432311, Matthew W. Holtzberg; Lawrence D. Spaulding & Steven J. Henke et al., «Композитный держатель пружины клапана и процесс», опубликовано 21 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  14. ↑ US 4433652, Matthew W. Holtzberg & Lawrence D. Spaulding, «Композитный клапан и процесс», опубликовано 28 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  15. ↑ US 4458555, Matthew W. Holtzberg & Billy W. Cole, «Композитный шатун и процесс», опубликовано 10 июля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  16. ↑ US 4726334, Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке, «Композитный корпус цилиндра и процесс», опубликовано 23 февраля 1988 г., передано Amoco Corporation 
  17. ^ US 4440069, Matthew W. Holtzberg; Lawrence D. Spaulding & Steven J. Henke et al., «Composite piston and process», опубликовано 3 апреля 1984 г., передано The Standard Oil Company 
  18. ^ "Раскрыт блок двигателя из углеродного волокна: CompositesWorld". www.compositesworld.com . Получено 21 июля 2016 г.
  19. ^ ab "Fraunhofer - Research news 04/2015" (PDF) . fraunhofer.de . Fraunhofer . Получено 21.07.2016 .
  20. ^ abc "Polimotor 2 - Первый в отрасли полностью пластиковый двигатель" (PDF) . Получено 10 июня 2016 г.
  21. ^ "Torlon® PAI выбран для прорывного кулачкового шкива в автомобильном проекте Polimotor 2" . Получено 10 июня 2016 г.
  22. ^ "Высокопроизводительный полимер KetaSpire® PEEK компании Solvay выбран для линии поглотителей масла в автомобильном проекте Polimotor 2" . Получено 10 июня 2016 г.
  23. ^ ab "Проект гоночного двигателя Polimotor 2 из полимеров выбирает Amodel® PPA и Tecnoflon® FKM от Solvay для компонентов и уплотнений водяного охлаждения" . Получено 10 июня 2016 г.
  24. ^ "Ryton® PPS от Solvay помогает охлаждать двигатель Polimotor 2, обеспечивая высокую надежность внутренних компонентов водяного насоса Pierburg" . Получено 21 октября 2016 г.
  25. ^ "Проект гоночного двигателя Polimotor 2 из полимеров выбирает Ryton® PPS и Tecnoflon® FKM от Solvay для сложной системы впрыска топлива" . Получено 10 июня 2016 г.
  26. ^ "Polimotor 2 выбирает высокопроизводительный KetaSpire® PEEK компании Solvay для 3D-печатного топливозаборника" . Получено 10 июня 2016 г.
  27. ^ "Порошки Sinterline® Technyl® усиливают работу Polimotor 2 с помощью технологии 3D-печати" . Получено 10 июня 2016 г.
  28. ^ "Технология Sinterline® компании Solvay в сочетании с MMI Technyl® Design формируют будущее функциональных автомобильных деталей, напечатанных на 3D-принтере" . Получено 29 ноября 2016 г.
  29. ^ "Solvay объявляет о проекте полностью пластикового двигателя Polimotor 2, корпус масляного насоса которого будет отлит из ультраполимера AvaSpire® PAEK" . Получено 06.07.2016 .
  30. ^ "Материалы Solvay являются прорывной инновацией полностью пластикового автомобильного двигателя "Polimotor 2"" . Получено 10 июня 2016 г.
  31. ^ "Воскрешение пластикового двигателя" . Получено 2016-06-10 .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Пластиковый_автомобильный_двигатель&oldid=1049347873"