气门室罩盖应用巴斯夫

1、塑料气门室罩盖,柴本忠 汽车市场开发 巴斯夫（中国）有限公司 2008年5月27日,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。,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 gaskets Press-in-place Molded-in-place Cured-

2、in-place 集成功能：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,气门室罩盖材料的发展,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

3、 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 Kunststofftechnik,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

4、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 A3WGM53 (nylon 66, 25% GF, 15% Mineral) Ultramid B3WG6 (nylon 6, 30% GF),1996 Renault 4 Cylinder,1994 Opel 2.0 L 集成油气分离器

5、的气门室罩盖,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 - 极好的外观,气门室罩盖材料的技术要求,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

6、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,1,5,3,x,2,4,1,2,3,4,5,泄漏,气门室罩盖材料部件的技术要求,1,5,3,x,2,4,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

7、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,1,2,3,4,5,CAE (BASF),OEM,Supplier,CAE (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,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,aluminum,polyamide,s,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,密封压力,p,MPa,距离螺栓中心的距离 mm,优化后的压力分布,F,1,bolt,F,2,bo

8、lt,F,1,bolt,F,2,bolt,F,1,bolt,+ F,2,bolt,F,1,bolt,+ F,2,bolt,BASF 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 MPa,BASF 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,2,4,-320,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,Good: Try to achieve minimum o

9、ffset: screw gasket-line Better: Shift “load vector” of screw into “main-axes” of flange- cross-section (avoid twisting),(*),(*) 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,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,BASF 气门室罩盖设计的概

10、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/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,BASF 气门室罩盖设计的概念研究 发动机噪音辐射的研究

11、,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）,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。,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 A3WG5,BASF 实例 Opel,1994 Opel 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 F7R 2.

12、0L, L4, 16V 供应商 :MGI 材料 :Ultramid A3HG7,1996 Renault 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-M15,Ultramid 进气模块 BMW 3.0-liter L6 DI Diesel jointly made by Bosch, Mark IV, IBS-Brocke, Joma, SOP 1998,BASF 实例 BMW ( M47 and M57),1998 BMW CHC 集成模块 由材料 Ultramid A3WGM53,集成功能: -

13、发动机挥发油气 - 油气分离 - 空气过滤 - 空气流量计 - 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 meter made of UltradurB 4300 G6,BASF 实例 BMW (

14、M47 and M57),Cylinder head cover for BMW,Cylinder head cover for BMW 535d 3.0-liter L6 DI Diesel, 200 kW (272 HP) made by Bosch Ultramid A3WGM53 SOP 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 BGVW,BASF 实例 Toyota / Dai