Пластиковый двигатель внутреннего сгорания
Стремясь добиться всё большей экономии топлива, производители автомобилей уменьшают всеми доступными путями их массу, в первую очередь за счёт кузова и шасси. Но кроме последних стараются снизить массу других узлов и агрегатов, в частности двигателя. Широко распространено, а скорее даже стало нормой, использование сплавов алюминия в двигателе внутреннего сгорания, что снижает массу двигателя иногда до 40% относительно аналогичного, где используется чугун. Возможно, настало время сделать ещё один шаг и перейти к частично пластиковому двигателю.
Точно также, видимо, подумали и учёные из института Фраунгофера (Германия), создавая двигатель внутреннего сгорания (новость о котором совсем недавно облетела интернет), некоторые части которого будут изготавливаться из легковесных пластиковых композитов. Немецкие учёные надеются на скорое внедрение двигателя из пластика в производство.
Но всё не так радужно, так как ещё в 1979 году Матти Хольцберг основал компанию Polimotor, в основной задачей которой было создание двигателя с как можно большим количеством пластиковых деталей. Первый полимерный мотор был клоном 2,3-литрового четырехцилиндрового двигателя от «Ford Pinto»: из пластика были сделаны блок цилиндров, поршни, шатуны, картер и большая часть головки цилиндра. Для изготовления головки поршня и вкладышей камеры сгорания (гильзы) использовались алюминий и сталь. Коленчатый вал и клапаны сделаны также из металла. Мощность двигателя из пластмассы была доведена до 300 л. с., а масса снижена до 69 кг (оригинальный мотор выдавал 88 л. с. при массе в 188 кг).
 |
| Пластиковый двигатель на обложке журнала «Popular Science» за 1982 год |
|---|
В 1980-х автомобили с пластиковыми моторами участвовали в автогонках, где показали свою надежность, но заинтересовать крупных автопроизводителей не смогли. Так как стоимость производства специальных композитов, способных выдержать значительные механические и тепловые нагрузки, была в то время слишком высока.
 |
| Матти Хольцберг (Matty Holtzberg) и Джеймс Хунстман (James Huntsman) |
|---|
Подход, предложенный группой NAS (new drive systems) института Фраунгофера ориентирован именно на создание массового двигателя. Поэтому в институте создали экспериментальный одноцилиндровый двигатель, большинство узлов которого изготовлено из армированного волокном специального пластика, который походит для метода инжекционной формовки.
“Мы использовали армированный волокном композитный материал для изготовления кожуха одноцилиндрового опытного двигателя”, – говорит Ларс-Фредрик Берг (Lars-Fredrik Berg), руководитель данного проекта, – “Этот кожух весит на 20 процентов меньше алюминиевого корпуса, а стоимость его изготовления остается на прежнем уровне”.
Преимущество использования пластиковых композитов в двигателе заключается не только в снижении общей массы автомобиля, но и в уменьшении шума, издаваемого двигателем, а также дополнительном сокращении расхода топлива, за счет снижения количества отдаваемого двигателем в окружающую среду тепла – некое приближение к адиабатному двигателю.
 |
| Экспериментальный пластиковый двигатель группы NAS |
|---|
Достичь последнего не так легко, так как существуют проблема устойчивости пластиковых деталей к сильным вибрациям в условиях достаточно высоких температур. Кроме этого, исследователям пришлось решить проблему обеспечения хорошего сцепления пластика с металлом, двух материалов, обладающих различными коэффициентами теплового расширения. Помимо этого, используемые пластики должны быть устойчивы к воздействию машинного масла, бензина, дизельного топлива, этиленгликоля и других химических веществ, воздействию которых может подвергнуться мотор.
“Мы тщательно изучили конструкции различных типов двигателей внутреннего сгорания и идентифицировали области, подвергающиеся сильным тепловым и механическим нагрузкам”, – рассказывает Ларс-Фредрик Берг, – “В этих местах мы используем металлические вставки, позволяющие увеличить износостойкость двигателя в целом”.
В итоге в качестве материала был выбран армированный стекловолокном пластик. Он состоит из 55% волокна и 45% смол, содержащих пластиковые гранулы из специального термореактивного материала. Стеклянные волокна, предварительно смешанные с жидкой смолой, впрыскиваются в форму (метод инжекционной формовки), смешиваясь с полимеризующими материалами. Высокое качество форм позволило отказаться от дополнительной обработки, которая необходима для доводки металлических деталей после отливки.
Опытный одноцилиндровый двигатель с пластиковыми деталями был показан на выставке «Hannover Messe» (Ганноверская промышленная ярмарка – 13-17 апреля 2015 года). В планах исследователей уже изготовление многоцилиндрового двигателя, на котором будут проанализированы преимущества и недостатки использования пластиковых деталей и узлов.
Читайте также
Обзор гибридного автомобиля «Chevrolet Volt». «Volt» — это серийный гибридный автомобиль с подзарядкой от сети. Он принципиально отличается от «параллельного» гибрида, типа «Toyota Prius».
Общим недостатком всех ступенчатых коробок передач являются потери времени при переключении отдельных ступеней, а без дифференциала на дороге с большим количеством поворотов автомобиль расходует больше топлива.
Сайт о нанотехнологиях #1 в России
Все большее стремление к увеличению топливной экономичности транспортных средств приводит к тому, что выпускаемые автомобили становятся с каждым днем все легче и легче. Основным источником снижения веса автомобиля пока является снижение веса кузова и шасси, но в недалеком будущем возможности этого источника будут полностью исчерпаны. Принимая это во внимание, специалисты из института Фраунгофера, Германия, обратили свое внимание на еще один массивный узел любого автомобиля, на его двигатель внутреннего сгорания, и сейчас ими ведется разработка технологий, позволяющих наладить выпуск двигателей, некоторые части которых будут изготавливаться из легковесных пластиковых композитов.
Первые попытки снижения веса двигателей автомобилей были предприняты в 1960-х года, когда в двигателях вместо тяжелых металлических начали устанавливаться блоки цилиндров, изготовленные из легкого алюминия или его сплавов. В 1980-х годах были сделаны первые попытки использовать в двигателях пластиковые детали и узлы, способные выдерживать высокие температуры и экстремальные нагрузки. Но в то время эти технологии не получили дальнейшего развития и распространения из-за высокой стоимости производства специализированных композитных материалов.
Подход, предложенный группой NAS (new drive systems) института Фраунгофера, позволил создать экспериментальный одноцилиндровый двигатель, большинство узлов которого изготовлено из армированного волокном специального пластика, который походит для метода инжекционной формовки.
«Мы использовали армированный волокном композитный материал для изготовления кожуха одноцилиндрового опытного двигателя» – рассказывает Ларс-Фредрик Берг (Lars-Fredrik Berg), руководитель данного проекта, – «Этот кожух весит на 20 процентов меньше алюминиевого корпуса, а стоимость его изготовления остается на прежнем уровне».
Специалисты института Фраунгофера утверждают, что
использование пластиковых композитов позволит не только снизить вест автомобилей, но и обеспечит снижение шума, издаваемого двигателем, и дополнительное снижение количества потребляемого топлива за счет снижения количества отдаваемого двигателем в окружающую среду тепла.
Однако, для достижения последнего потребуется решить некоторые проблемы с устойчивостью пластиковых деталей к сильным вибрациям в условиях достаточно высоких температур.
Рис. 1.
«Мы тщательно изучили конструкции различных типов двигателей внутреннего сгорания и идентифицировали области, подвергающиеся сильным тепловым и механическим нагрузкам» – рассказывает Ларс-Фредрик Берг, – «В этих местах мы используем металлические вставки, позволяющие увеличить износостойкость двигателя в целом».
Кроме проблем с износостойкостью пластиковых деталей, исследователям пришлось решить проблему обеспечения хорошего сцепления пластика с металлом, двух материалов, обладающих различными коэффициентами теплового расширения. Кроме этого, используемые пластики должны быть устойчивы к воздействию машинного масла, бензина, дизельного топлива, этиленгликоля и других компонентов, входящих в состав антифриза.
В конечном счете, исследователи остановились на армированном стекловолокном пластике, состоящем из 55 процентов волокна и 45 процентов смол, содержащих пластиковые гранулы из специального термореактивного материала. Стеклянные волокна, предварительно смешанные с жидкой смолой, впрыскиваются в форму, смешиваясь с полимеризующими материалами. Высокое качество форм позволило избежать необходимости операций окончательной обработки, которые необходимы для доводки металлических деталей после отливки.
Также исследователи пытались использовать более легкие углеродистые соединения. При этом были получены достаточно неплохие результаты за исключением того, что эти соединения обходятся гораздо дороже использованных смол и стекловолокна.
Опытный одноцилиндровый двигатель с пластиковыми деталями будет продемонстрирован общественности на выставке Hannover Messe, которая будет проходить в этом месяце. А чуть позже специалисты института Фраунгофера приступят к изготовлению многоцилиндрового двигателя, на котором будут исследованы все преимущества и недостатки использования пластиковых деталей и узлов.
Создан первый опытный двигатель, в котором использованы пластмассовые детали и узлы
Все большее стремление к увеличению топливной экономичности транспортных средств приводит к тому, что выпускаемые автомобили становятся с каждым днем все легче и легче. Основным источником снижения веса автомобиля пока является снижение веса кузова и шасси, но в недалеком будущем возможности этого источника будут полностью исчерпаны. Принимая это во внимание, специалисты из института Фраунгофера, Германия, обратили свое внимание на еще один массивный узел любого автомобиля, на его двигатель внутреннего сгорания, и сейчас ими ведется разработка технологий, позволяющих наладить выпуск двигателей, некоторые части которых будут изготавливаться из легковесных пластиковых композитов.
Первые попытки снижения веса двигателей автомобилей были предприняты в 1960-х года, когда в двигателях вместо тяжелых металлических начали устанавливаться блоки цилиндров, изготовленные из легкого алюминия или его сплавов. В 1980-х годах были сделаны первые попытки использовать в двигателях пластиковые детали и узлы, способные выдерживать высокие температуры и экстремальные нагрузки. Но в то время эти технологии не получили дальнейшего развития и распространения из-за высокой стоимости производства специализированных композитных материалов.
Подход, предложенный группой NAS (new drive systems) института Фраунгофера, позволил создать экспериментальный одноцилиндровый двигатель, большинство узлов которого изготовлено из армированного волокном специального пластика, который походит для метода инжекционной формовки. «Мы использовали армированный волокном композитный материал для изготовления кожуха одноцилиндрового опытного двигателя» — рассказывает Ларс-Фредрик Берг (Lars-Fredrik Berg), руководитель данного проекта, — «Этот кожух весит на 20 процентов меньше алюминиевого корпуса, а стоимость его изготовления остается на прежнем уровне».
Специалисты института Фраунгофера утверждают, что использование пластиковых композитов позволит не только снизить вес автомобилей, но и обеспечит снижение шума, издаваемого двигателем, и дополнительное снижение количества потребляемого топлива за счет снижения количества отдаваемого двигателем в окружающую среду тепла. Однако, для достижения последнего потребуется решить некоторые проблемы с устойчивостью пластиковых деталей к сильным вибрациям в условиях достаточно высоких температур.
«Мы тщательно изучили конструкции различных типов двигателей внутреннего сгорания и идентифицировали области, подвергающиеся сильным тепловым и механическим нагрузкам» — рассказывает Ларс-Фредрик Берг, — «В этих местах мы используем металлические вставки, позволяющие увеличить износостойкость двигателя в целом».
Кроме проблем с износостойкостью пластиковых деталей, исследователям пришлось решить проблему обеспечения хорошего сцепления пластика с металлом, двух материалов, обладающих различными коэффициентами теплового расширения. Кроме этого, используемые пластики должны быть устойчивы к воздействию машинного масла, бензина, дизельного топлива, этиленгликоля и других компонентов, входящих в состав антифриза.
В конечном счете, исследователи остановились на армированном стекловолокном пластике, состоящем из 55 процентов волокна и 45 процентов смол, содержащих пластиковые гранулы из специального термореактивного материала. Стеклянные волокна, предварительно смешанные с жидкой смолой, впрыскиваются в форму, смешиваясь с полимеризующими материалами. Высокое качество форм позволило избежать необходимости операций окончательной обработки, которые необходимы для доводки металлических деталей после отливки.
Также исследователи пытались использовать более легкие углеродистые соединения. При этом были получены достаточно неплохие результаты за исключением того, что эти соединения обходятся гораздо дороже использованных смол и стекловолокна.
Опытный одноцилиндровый двигатель с пластиковыми деталями будет продемонстрирован общественности на выставке Hannover Messe, которая будет проходить в этом месяце. А чуть позже специалисты института Фраунгофера приступят к изготовлению многоцилиндрового двигателя, на котором будут исследованы все преимущества и недостатки использования пластиковых деталей и узлов.
Создан первый опытный двигатель, в котором использованы пластмассовые детали и узлы
Все большее стремление к увеличению топливной экономичности транспортных средств приводит к тому, что выпускаемые автомобили становятся с каждым днем все легче и легче. Основным источником снижения веса автомобиля пока является снижение веса кузова и шасси, но в недалеком будущем возможности этого источника будут полностью исчерпаны. Принимая это во внимание, специалисты из института Фраунгофера, Германия, обратили свое внимание на еще один массивный узел любого автомобиля, на его двигатель внутреннего сгорания, и сейчас ими ведется разработка технологий, позволяющих наладить выпуск двигателей, некоторые части которых будут изготавливаться из легковесных пластиковых композитов.
Первые попытки снижения веса двигателей автомобилей были предприняты в 1960-х года, когда в двигателях вместо тяжелых металлических начали устанавливаться блоки цилиндров, изготовленные из легкого алюминия или его сплавов. В 1980-х годах были сделаны первые попытки использовать в двигателях пластиковые детали и узлы, способные выдерживать высокие температуры и экстремальные нагрузки. Но в то время эти технологии не получили дальнейшего развития и распространения из-за высокой стоимости производства специализированных композитных материалов.
Подход, предложенный группой NAS (new drive systems) института Фраунгофера, позволил создать экспериментальный одноцилиндровый двигатель, большинство узлов которого изготовлено из армированного волокном специального пластика, который походит для метода инжекционной формовки. «Мы использовали армированный волокном композитный материал для изготовления кожуха одноцилиндрового опытного двигателя» — рассказывает Ларс-Фредрик Берг (Lars-Fredrik Berg), руководитель данного проекта, — «Этот кожух весит на 20 процентов меньше алюминиевого корпуса, а стоимость его изготовления остается на прежнем уровне».
Специалисты института Фраунгофера утверждают, что использование пластиковых композитов позволит не только снизить вест автомобилей, но и обеспечит снижение шума, издаваемого двигателем, и дополнительное снижение количества потребляемого топлива за счет снижения количества отдаваемого двигателем в окружающую среду тепла. Однако, для достижения последнего потребуется решить некоторые проблемы с устойчивостью пластиковых деталей к сильным вибрациям в условиях достаточно высоких температур.
«Мы тщательно изучили конструкции различных типов двигателей внутреннего сгорания и идентифицировали области, подвергающиеся сильным тепловым и механическим нагрузкам» — рассказывает Ларс-Фредрик Берг, — «В этих местах мы используем металлические вставки, позволяющие увеличить износостойкость двигателя в целом».
Кроме проблем с износостойкостью пластиковых деталей, исследователям пришлось решить проблему обеспечения хорошего сцепления пластика с металлом, двух материалов, обладающих различными коэффициентами теплового расширения. Кроме этого, используемые пластики должны быть устойчивы к воздействию машинного масла, бензина, дизельного топлива, этиленгликоля и других компонентов, входящих в состав антифриза.
В конечном счете, исследователи остановились на армированном стекловолокном пластике, состоящем из 55 процентов волокна и 45 процентов смол, содержащих пластиковые гранулы из специального термореактивного материала. Стеклянные волокна, предварительно смешанные с жидкой смолой, впрыскиваются в форму, смешиваясь с полимеризующими материалами. Высокое качество форм позволило избежать необходимости операций окончательной обработки, которые необходимы для доводки металлических деталей после отливки.
Также исследователи пытались использовать более легкие углеродистые соединения. При этом были получены достаточно неплохие результаты за исключением того, что эти соединения обходятся гораздо дороже использованных смол и стекловолокна.
Опытный одноцилиндровый двигатель с пластиковыми деталями будет продемонстрирован общественности на выставке Hannover Messe, которая будет проходить в этом месяце. А чуть позже специалисты института Фраунгофера приступят к изготовлению многоцилиндрового двигателя, на котором будут исследованы все преимущества и недостатки использования пластиковых деталей и узлов.
