【课件】气门室罩盖应用巴斯夫

1、塑料气门室罩盖塑料气门室罩盖内容 为什么使用塑料的气门室罩盖？气门室罩盖目前使用的几种材料塑料气门室罩盖部件的设计要求 气门室罩盖应用的成功案例为什么使用塑料的气门室罩盖？气门室罩盖的主要功能：气门室罩盖又称凸轮轴罩盖，上缸罩盖等。 主要功能：凸轮轴及其组件防护罩凸轮轴油密封，防漏油。Cam GearsValve CamsUltramid Valve Cover为什么使用塑料的气门室罩盖？主要使用的材料：包括金属铝，镁，热固性聚酯等。密封圈密封技术：密封圈嵌入气门室罩盖Carrier gasketsPress-in-placeMolded-in-placeCured-in-place集成功能：

2、可以集成集油器，防护 板，进气系统等。必须在最大150摄氏度时维持密封能力；塑料气门室罩盖产品在注塑后必须保持平一定的整度；在极端温度条件下，塑料气门室罩盖必须通过制冷剂阻尼测试； 噪音和振动性能（NVH）必须好于现有的金属气门室罩盖产品；塑料材料必须具有良好的抗化学性，如发动机机油，变数箱润滑液，润滑脂及其冷却液等。塑料气门室罩盖必须抗各种冲击，如机械工具的撞击等。塑料气门室罩盖的技术要求汽车行业金属塑料化的趋势开发阶段发展阶段成长阶段饱和阶段成熟阶段车体翼子板座椅背和盘前端模块电子部件发动机盖板 风扇和壳体仪表盘支架气门室罩盖电子油门踏板模块脚踏板进气歧管电动门窗安全气囊油底壳和变速箱模块

3、座椅构件节气门体燃油泵集成空气燃油模块地盘组件散热器水室变速箱壳体节气门体空气滤清器气门室罩盖材料的发展冲压金属铝镁热固聚酯聚酰胺材料成本二次加工集成设计部件重量再次利用各种气门室罩盖材料的比较优势缺陷中等气门室罩盖材料的相对重量的比较Source : 3rd Plastic Engine Part Forum 2000 by ASK System engineering Kunststofftechnik气门室罩盖材料的发展气门室罩盖材料生产成本的比较Source : 3rd Plastic Engine Part Forum 2000 by ASK System engineering K

4、unststofftechnik气门室罩盖材料的发展已验证的技术减少了二次加工操作焊接,喷涂，机械加工等降低成本成的模块化设计降低了整个系统的成本集成化设计油气分离其，挡油板, 进气系统, 点火系统，以及点火线圈等减重环保聚酰胺材料的可回收性塑料气门室罩盖应用发展的动力塑料气门室罩盖应用在欧洲的快速发展塑料气门室罩盖应用在北美发展也在慢慢赶上潜在成本可以降低30%重量可以降低30% - 50%集成其它功能性部件后的总成本可以比金属件降低50% 巴斯夫成功应用塑料进气歧管的材料聚酰胺的牌号为Ultramid Ultramid A3WG7 (nylon 66, 35% GF) Ultramid A

5、3WGM53 (nylon 66, 25% GF, 15% Mineral) Ultramid B3WG6 (nylon 6, 30% GF)1996 Renault 4 Cylinder1994 Opel 2.0 L 集成油气分离器的气门室罩盖已有10年以上的路上实用经验!塑料气门室罩盖应用发展的动力机械性能 (静态和动态负载条件下)- 高刚性和高强度- 高韧性- 低蠕变- 具有机械阻尼性热性能 - 温度升高条件下，具有长期尺寸稳定性 - 在(-40C to 130C)温度范围内，材料的稳定性和耐冷热变化性 - 耐热发动机油的热老化性化学性 - 耐化学品（热油，洗涤剂，汽油等）光学性能- 极

6、好的外观气门室罩盖材料的技术要求巴斯夫Ultramid材料可以满足气门室罩盖各种技术要求 和设计要求。BASF气门室罩盖材料Ultramid Polyamide密封 密封温度范围为 - 40C 和 + 130C 之间，最高可达 150C 热膨胀的变化 热油热循环测试结构 发动机振动引起的动力负载需要优化结构设计，如集成比较重的部件（如. 线圈盖)噪音 设计最小化发动机发出的噪音耐化学性 耐各种不同的介质和流体 (热油, 热水/甘油, 洗涤剂, 汽油等.)外观 无喷涂的发动机部件要求高的表面质量1998 BMW 3.0-liter L6 DI Diesel气门室罩盖材料部件的技术要求重要区域固定

7、的螺栓跨距一般 100 mm螺栓区域的高机械负载法兰/密封区域的结构刚性法兰的平整度/翘曲平整面的结构硬度153x2412345泄漏蠕变泄漏泄漏noise气门室罩盖材料部件的技术要求153x24结构解决方案固定螺栓跨度的最小化通过螺栓设计或金属件插入在螺栓区域最小化机械负载优化法兰设计的结构刚性最小化翘曲优化平面的结构刚性12345CAE(BASF)OEMSupplierCAE(BASF)CAE(BASF)改进刚性设计，双壁设计初始设计气门室罩盖材料部件的技术要求BASF 塑料气门室罩盖的概念研究: 法兰变形和密封压力分布塑料材料的低刚性需要优化塑料部件的结构刚性。法兰变形分析和密封压力分析是

8、设计优化的基础。经验 距离螺栓中心的距离 mm法兰变形比较：聚酰胺和铝聚酰胺 / 铝 -0,200,20,40,60,811,21,41,61,82-300-280-260-240-220-200-180-160-140-120-100-80-60-40-20020406080100120140160180200220240260280300Flange deformation d mm * 10-1aluminumpolyamideFboltdsF1boltpF2boltsd根据法兰变形和密封压力的技术要求，CAE分析方法可以优化部件设计的结构硬度 -0,100,10,20,30,40,50

9、,60,70,80,911,1-320-280-240-200-160-120-80-4004080120160200240280320360400440480密封压力p MPa距离螺栓中心的距离 s mm优化前的压力分布 -320-0,100,10,20,30,40,50,60,70,80,911,11,2-280-240-200-160-120-80-4004080120160200240280320360400440480密封压力p MPa距离螺栓中心的距离 mm优化后的压力分布F1boltF2boltF1boltF2boltF1bolt + F2boltF1bolt + F2boltB

10、ASF 塑料气门室罩盖的概念研究: 法兰变形和密封压力分布距离螺栓中心的距离 mm密封压力的分布 (螺栓跨度 160 mm)对密封刚性的影响密封压力 p MPaBASF 塑料气门室罩盖的概念研究: 密封性能对密封压力的影响例子: 密封刚性对密封压力的影响部件结构硬度的优化需要准确的密封材料（橡胶）的技术数据经验在早期的设计阶段要求密封材料供应商参与设计 2,4-320-0,200,20,40,60,811,21,41,61,822,2-280-240-200-160-120-80-4004080120160200240280320360400440480E seal = 2,5 Mpasoft

11、E seal = 5 Mpahard类型设计例子(草图）密封圈密封应用U - ProfileT - ProfileO - Profile盖 (阀, 气门室罩盖，等) 反向表面 主要金属盖 密封圈压缩的结构限制盖 (阀,气门室罩盖，等) 反向表面 主要塑料盖密封圈压缩的结构限制所有密封功能的部件(塑料进气歧管，气门室罩盖,油底壳, 油泵,等) 反向表面 塑料/金属盖 余量设计的密封圈压缩限制limitlimit密封圈的类型介绍Source: Glckler Sealing Systems GmbH气门室罩盖的设计建议 密封功能的法兰min.Good:Try to achieve minimumo

12、ffset: screw gasket-lineBetter:Shift “load vector” of screwinto “main-axes” of flange-cross-section (avoid twisting)补偿量Avoid “twisting” the flange due tooffset: screw gasket-line(*)(*) 以上数值是Ultramid A3WGM53在温度100C的条件下的值概念设计结构硬度的变化(*) 常数最大变形量是根据螺栓受力调整 塑料气门室罩盖的设计建议 密封作用的法兰max.加强筋max.最大结构硬度设计有助于影响密封圈的密

13、封性能 永远不能使用金属设计的扁平密密封BASF 气门室罩盖设计的概念研究气缸头的固定各种传统的螺栓紧固系统具有一定范围（可调节或受限制）的CHC-法兰压缩气缸头金属a)b)c)a) 螺栓b) 带金属套管的标准螺栓/插入c) 带金属紧固部件的标准螺栓metalCHC:塑料h无塑料法兰压缩限制的标准螺栓，由于蠕变而表现出螺栓应力的急剧下降，最终导致潜在的泄漏危险。经验BASF 气门室罩盖设计的概念研究 发动机噪音辐射的研究部件的噪音辐射来自内部的噪音源（如阀）和动力受激（如发动机振动）内部噪音 - 部件的相互反射 - 通过壁的传递 - 结构件的传递快慢符号 噪音源 / 噪音影响塑料气门室罩盖表面

14、/动力变形结构余量发动机受激内部噪音源(如阀)动力受激(发动机振动)部件发出的噪音部件的噪音辐射来自内部的噪音源（如阀）和动力受激（如发动机振动）内部噪音源（如阀)动力受激(如发动机振动)内部噪音- 结构件的相互反射- 透过部件壁的传递- 结构件传递的快慢部件发出的噪音符号 噪音源 / 噪音的影响部件隔离，通过橡胶固定部件和密封系统部件设计的优化，如加强筋增加硬度。- 避免平的表面- 球面或/圆面形状的优点BASF 气门室罩盖设计的概念研究 发动机噪音辐射的研究BASF 气门室罩盖设计的概念研究气门室罩盖的固定塑料气门室罩盖-法兰振动/隔离噪音的螺栓固定系统（悬浮系统）改进了噪音的阻尼行为和噪

15、音的振动问题。特殊措施，橡胶隔离组件经验新的趋势: 塑料和橡胶密封组件注塑在一起，(和BWM CHC)的隔离组件注塑在一起，以降低成本。金属螺栓金属套管橡胶件(振动隔离）与CHC橡胶密封连接的橡胶组件(振动隔离)气门室罩盖塑料气门室罩盖成功案例下部: 喷涂车型号 :Omega, Senator发动机 :柴油机1.8L / 2.0L, L4 供应商 :热塑性材料材料 : Ultramid A3WG5BASF 实例 Opel1994Opel 气门室罩盖(CHC) 集成油气分离器中部:油气分离设计上部:无喷涂BASF 实例 Renault车型 :Megane发动机 :汽油机 F7R2.0L, L4,

16、 16V 供应商 :MGI材料 :Ultramid A3HG71996Renault 集成油气分离器和点火装置的气门室罩盖 (coils, wires, plugs)气门室罩盖材料Ultramid PA66-GF25-M15Ultramid 进气模块BMW 3.0-liter L6 DI Dieseljointly made by Bosch, Mark IV, IBS-Brocke,Joma, SOP 1998BASF 实例BMW ( M47 and M57)1998BMW CHC 集成模块由材料 Ultramid A3WGM53集成功能:- 发动机挥发油气- 油气分离- 空气过滤- 空气流

17、量计- 进口噪音阻尼- 进入气门室罩盖的空气槽（改进涡流）BASF Experience: BMW ( M47 and M57)Cylinder head cover for BMW 3.0-liter L6 DI Diesels, made by Bosch from Ultramid A3WGM53, SOP 1998集成3步集成油器分离器分离曲轴箱中泄漏的油气混合物集成空气滤清器底座集成空气进气端口Mass air flow metermade of UltradurB 4300 G6BASF 实例BMW ( M47 and M57)Cylinder head cover for BMW

18、Cylinder head cover for BMW 535d3.0-liter L6 DI Diesel, 200 kW (272 HP)made by Bosch Ultramid A3WGM53SOP 2005集成分步油器分离器传感器界面集成进气口（旋转通道）挡油板油气分离器一级旋风分离二级旋风分离压力控制阀主机厂Toyota / Daihatsu应用气门室罩盖 进气歧管发动机 / 车型1.0L L3 紧凑型车Yaris, Vitz, Echo材料Ultramid B3WG6 BGVWBASF 实例Toyota / Daihatsu主机厂Hyundai应用气门室罩盖 发动机L4 DOHC材料Ultramid 5268GHSB BK102BASF 实例Hyundai创新性潜在降低