汽车发动机零件塑料化技术

汽车发动机零件塑料化技术

边迪李雪健

长城汽车股份有限公司技术中心河北省汽车工程技术研究中心河北保定071000

摘要：发动机是将某一种形式的能量转换为机械能的机器。其功用是将液体或气体的化学能通过燃烧后转化为热能，再把热能通过膨胀转化为机械能并对外输出动力。汽车的动力来自发动机。发动机是汽车的心脏，为汽车的行走提供动力，汽车的动力性、经济性、环保性。汽车发动机作为汽车的核心部分，是一个汽车的灵魂，汽车发动机的好坏直接影响到汽车的价值与功能。本文通过汽车发动机的零件塑料化技术及其经济效益进行分析。

关键词：汽车发动机；零件塑料化；技术

前言：目前，为了节能降耗、提高车速、改进外观和舒适性并且达到降低成本的目的，汽车厂商越来越多地使用塑料及塑料复合材料来替代各种有色金属和钢材。汽车发动机工作温度高，接触燃油、冷却液等复杂的化学物质，最初的发动机设计，大部分采用的是金属制件。随着汽车节能、环保而引发的汽车轻量化需求，以及高性能工程塑料的不断涌现，不只是车身件，发动机的零部件也开始向塑料化发展，特别是发动机周边塑料的应用可以减轻汽车重量及提高燃料经济性等优势，以塑料为原料的零件（进气歧管、空气滤清器总成、气门盖和发动机罩盖）等，有取代铝合金材料的趋势。

一、汽车用塑料的现状和展望

一方面，轻量化与环保是当前汽车材料发展的主要方向；另一方面近阶段钢铁材料仍保持主导地位，但各种材料在汽车上的应用比例正在发生变化。高强度钢和超高强度钢、铝合金、镁合金、塑料和复合材料的用量有了相应的增长，铸铁和中、低强度钢的比例逐步下降，但载重车的用材变化不如轿车明显；而轻量化材料技术与汽车产品设计、制造工艺的结合相对密切，汽车车身结构材料将趋向多材料设计方向；需要更加重视汽车材料的回收技术；电动汽车、代用燃料汽车专用材料及汽车功能材料的研发、应用工作不断加强。主要用于减轻汽车自身质量，进而降低汽车排放、提高燃油经济性发展。尽管钢铁材料在当前仍然占主导地位，但其份额却在逐年减少，而铝合金、镁合金、塑料等轻量化材料的用量则呈持续上升的趋势。在最近投产的某些新车型中，钢铁材料的比例更低，如，奥迪A2中，钢材的比例仅为34%，轻质材料则高达52%。

二、材料

据不完全统计，目前国内外汽车发动机周边部件使用的塑料主要集中在以下几类材料上：尼龙（PA）系列增强材料、聚乙烯材料（PE）、聚丙烯材料（PP）及聚甲醛（POM）等。现在，世界上许多国家的汽车发动机已经采用尼龙66+玻璃纤维增强塑料取代金属材料来制造汽缸罩盖、进气歧管、摇臂池盖（气门室盖）等，如OPEL（Astra1.4/1.6L）欧宝车型；Audi（V62.8L）奥迪车型；MercedesBenz（ActrcsTruck）奔驰车型；Daewoo（1.5L）大宇车型；Ford福特车型；Acceat（1.5L-sohc）现代车型等。

发动机气门室罩盖上的应用在国外已有多年历史。为提高市场竞争力，各车厂开发铝合金改塑料气门室罩盖，与金属气门室罩盖相比，塑料气门室罩盖主要具有减重降耗、减振降噪、低成本和可以满足复杂结构设计等优点。塑料气门室罩盖为保证强度、密封性和耐温性，要对制品的原材料，成型工艺，结构等进行前期设计，满足产品性能要求，拓展市场。塑料发动机进气歧管是近年来开发成功的塑料部件范例，也是各国竞相开发的热门塑料汽车部件。塑料进气歧管不仅质轻，而且由于内壁光滑，可改进气体流动性，提高气体流量，使之进气效率高，隔热效果好，因而大大提高了发动机性能和燃料利用率。塑料进气歧管具有质轻、成本低和设计自由度三大优点，替代金属进气歧管是必然趋势，因此它在汽车上应用份额逐步扩大，现已占主导地位，并将继续提高市场占有率。

三、市场分析

汽车制造工业是我国重点发展的产业，近年以平均每年20%的速度增加。各汽车厂销售直线上升，国际，国内知名的汽车厂商纷纷登上了竞争激烈的中国汽车制造业的大舞台，这也给各汽配公司带来了巨大发展机遇。用塑料件代替金属制件，是当前汽车制造业的发展趋势和主流方向，其具有投资需求少，建设周期短，价格低，美观耐用、减重节能、降低噪音、提高产品性能等优点。

（一）以塑代铝可减轻产品重量

铝的密度：2.77g/cm3，尼龙66+40%玻璃纤维增强塑料的密度：1.41g/cm3，塑料及其复合材料是当前最重要的汽车轻质材料，以塑代铝生产汽车配件，它可减轻零部件约40%的质量。

（二）以塑代铝可降低生产成本

以塑代铝生产的发动机罩盖等产品可以使生产成本降低30%左右。

（三）以塑代铝可节省能源、减少废气污染

塑料配件的大量使用是汽车降低油耗的重要途径，轿车的质量每减轻100千克，每百公里的燃油消耗将减少0.4～1升，汽车的自身质量每减少10%，燃油的消耗可降低6%～8%，同时汽车的废气排放也有明显降低。生产过程中，所产生的工业污染，远远的低于钢铁产业。

（四）以塑代铝可减小震动及噪音

由于工程塑料的重量轻，产品又具有减震设计，所以可以最大限度地减少汽车的震动和降低噪音。

（五）以塑代铝可节省铝资源

我国铝资源缺少，以塑料代替铝材料可以解决我国铝资源紧张，缓解金属资源压力，为创建节约型社会做出一定的贡献，具有明显的社会效益。

（六）以塑代铝可提高产品的性能

以塑代铝可从多方面提高产品的性能，如易于加工及大批量生产；蠕变小，尺寸稳定；具有高抗冲击性及优越的热老化性能；热膨胀小；耐化学性、抗腐蚀；大大提高密封效果及防止漏油等。

四、先进性、可靠性分析

发动机塑料件项目的先进性及可靠性体现在：①功能集成（减少附属件），外形尺寸设计自由度大，可按精确的尺寸成型，充分利用车体结构设计中剩余的空间，设计形状复杂的塑件。②易于成型加工及大批量生产。③蠕变小，尺寸稳定。④高抗冲击性。⑤优越的热老化性能。在-40℃-120℃温度范围内保持良好的热老化性。⑥热膨胀小，热变形温度（0.45Mpa）可达到210-270℃。⑦耐化学性、抗腐蚀。具有优良的抵抗烃类、汽油、油、弱酸、碱等化学药品侵蚀的能力。⑧可喷涂性。可在制件表面涂覆阻隔材料。⑨较高的表面粗糙度和光洁度，可以大大降低内壁对油和气体流动的影响，从而提高制件的工作效率。

以塑代钢、以塑代有色金属将是未来我国市场发展的主要趋势，塑料具有质量轻、耐腐蚀、耐冲击性好、绝缘性好、导热性低、设计空间大、制造成本低等独特优势，自其问世以来，它的前景就被人们普遍看好。随着塑料原料的使用范围的日益扩大，将由目前的通用塑料发展至强度更高、冲击性更好的工程塑料、复合材料或塑料合金。

结语：中国经济社会的持续快速发展，对金属矿石需求也日益增加，面对国际金属矿石价格急剧上涨压力，塑料正凭借其独特的性能优势，正逐渐成为代替金属材料的最佳选择。以塑代金属是新世纪环境保护和可持续发展要求的必然趋势。

参考文献：

[1]孙思峰.汽车发动机塑料进气歧管注塑工艺研究和应用[J].中国科技博览，2015（42）：370.

[2]张啸北.新型汽车发动机零件挺杆用材的研究[J].中国科技博览，2013（02）：07.