Переваги пластикового клапанного ковпака двигуна для проектування легковажних транспортних засобів

Зниження ваги: як пластикові клапанні ковпаки двигуна забезпечують легку конструкцію на рівні системи

Перевага щільності матеріалу: PPA-GF30 проти алюмінію (1,35 проти 2,7 г/см³)

Перехід від алюмінію до скловолоконного поліфталаміду (PPA-GF30) дозволяє скористатися значною різницею у масі між цими матеріалами. Сама лише густина розповідає цю історію: густина PPA-GF30 становить близько 1,35 грама на кубічний сантиметр порівняно з 2,7 грама на кубічний сантиметр для алюмінію. Це означає, що виробники можуть зменшити масу кришки клапанів приблизно на 40–50 відсотків. Для порівняння: пластикові кришки зазвичай мають масу 0,6–0,8 кг, тоді як їхні алюмінієві аналоги важать 1,2–1,5 кг. Легші компоненти безпосередньо сприяють покращенню експлуатаційних характеристик і підвищенню паливної економічності. Згідно з дослідженням, опублікованим SAE International минулого року, зменшення загальної маси автомобіля на 10 відсотків підвищує паливну економічність на 6–8 відсотків. Ще більш привабливою робить цей замінник матеріалу його стійкість до екстремальних температур у моторному відсіку без тріщин або деформацій. Крім того, він не піддається корозії, як алюміній, тож немає потреби в додаткових етапах нанесення спеціальних покриттів або обробок для захисту від іржі.

Паритет продуктивності: термічна стабільність, міцність та переваги щодо вібрації, шуму й гармонік сучасних пластикових клапанних кришок двигуна

Реалії теплового управління: безперервне використання при температурах до 180 °C із поліфталамідом (PPA) з підвищеною міцністю

Матеріали PPA-GF30 розроблені для тривалої експлуатації в моторному відсіку й здатні витримувати постійні температури до 180 °C. Порівняно з алюмінієм, який рівномірно розподіляє тепло по всій своїй структурі, PPA має значно нижчу теплопровідність — близько 0,25 Вт/(м·К). Ця властивість сприяє локалізації тепла, щоб воно не поширювалося на сусідні деталі, і забезпечує меншу температурну неоднорідність по поверхні будь-якої компоненти, для якої використовується цей матеріал. Випробування за стандартом ISO 16750-4 показують, що ці матеріали не деформуються, не порушують герметичності ущільнень і не руйнуються механічно навіть після 5000 годин роботи при максимальних робочих температурах. Матеріал залишається достатньо стабільним, щоб зберігати свою форму та герметизуючу здатність протягом усього терміну служби, що спрощує проектування моторного відсіку й зменшує потребу в складних рішеннях теплового управління, які інакше були б необхідними.

Заглушення NVH: вбудована демпфівна здатність термопластів зменшує шум клапанного механізму на високих частотах на 3–5 дБ(А)

Кришки клапанів, виготовлені з термопластів, забезпечують зниження рівня шуму завдяки своїм молекулярним демпфуючим властивостям. Ці кришки поглинають вібрації високої частоти, що виникають унаслідок ударів клапанного механізму та гармонік розподільного валу — на відміну від металевих кришок, які, як правило, відбивають ці коливання назад у моторний відсік. За даними реальних вимірювань, рівень шуму зазвичай знижується на 3–5 дБ(А), що сприймається водіями як приблизно на 40 % тихіше навколишнє середовище всередині автомобіля. Це означає, що виробникам більше не потрібно встановлювати додаткові ізоляційні прокладки чи акустичну поролонову обробку. Подавлення шуму працює «з коробки», скорочуючи кількість необхідних деталей і спрощуючи процеси збирання. Особливо вражає те, що ці демпфуючі властивості залишаються стабільними навіть при змінах температури під час експлуатації. Еластомерні компоненти часто руйнуються або стають надто жорсткими після багаторазових циклів нагріву й охолодження, тоді як кришки з термопластів надійно виконують свою функцію протягом тривалого часу.

Виробничі та екологічні переваги пластикових клапанних кришок двигуна

Інтеграція конструкції: складність у єдиній деталі, вбудовані функції та зменшення кількості операцій збірки

Процес лиття під тиском надає конструкторам можливості, які просто неможливі при використанні традиційних металевих відливок у формах. Наприклад, кришки клапанів із поліфталаміду, армованого скловолокном (PPA-GF30), можуть включати такі елементи, як системи вентиляції картера, фланці кріплення, виступи для датчиків, масловіддільники й навіть елементи для фіксації прокладок — все це виготовлюється як єдиний компонент безпосередньо з форми. Це означає, що виробникам більше не потрібно збирати від чотирьох до семи окремих металевих деталей. Потрібно менше болтів, додаткові прокладки не вимагаються, а також значно зменшується кількість параметрів моменту затягування, які слід враховувати під час збирання. За більшістю оцінок, загальний процес збирання скорочується приблизно на 30 %. Теплові випробування показали, що ці литі деталі зберігають свою форму протягом тривалого часу й залишаються повністю герметичними. Крім того, завдяки надзвичайно щільній посадці пластикової кришки на головці блока циліндрів кількість потенційних місць витоку набагато менша порівняно зі старими багатодетальними металевими конструкціями, з якими раніше доводилося мати справу автосервісними майстернями.

Переробка наприкінці терміну експлуатації та нижча вбудована енергія порівняно з алюмінієвим литтям під тиском

Кришки клапанів двигуна, виготовлені з пластику, мають досить вражаючі переваги щодо сталого розвитку протягом усього їхнього життєвого циклу. Використовуваний матеріал PPA підлягає механічній переробці, і зараз у багатьох програмах повернення автомобілів у галузі автопромисловості показники його вторинного використання перевищують 85 %. Проте найбільш вражаючим є значно нижче енергоспоживання під час їхнього виробництва порівняно з традиційним литтям алюмінію. Йдеться про зниження споживання первинної енергії на 45–60 %, оскільки процес переробки відбувається при температурі близько 300 °C замість 660 °C, необхідних для алюмінію, а також практично не потрібна механічна обробка після лиття. Згідно з оцінками життєвого циклу, саме це зниження енергоспоживання дозволяє зберегти близько 12 кг еквіваленту CO₂ на одиницю продукції. А якщо врахувати також зменшення викидів під час експлуатації транспортного засобу завдяки меншій масі автомобіля, то вуглецевий слід пластикових кришок клапанів виявляється на 22 % меншим, ніж у їхніх алюмінієвих аналогів. Ці висновки підтверджені дослідженням, опублікованим минулого року в журналі «Sustainable Materials Journal».