【課件】氣門室罩蓋應(yīng)用巴斯夫

1、塑料氣門室罩蓋塑料氣門室罩蓋內(nèi)容 為什么使用塑料的氣門室罩蓋？氣門室罩蓋目前使用的幾種材料塑料氣門室罩蓋部件的設(shè)計(jì)要求 氣門室罩蓋應(yīng)用的成功案例為什么使用塑料的氣門室罩蓋？氣門室罩蓋的主要功能：氣門室罩蓋又稱凸輪軸罩蓋，上缸罩蓋等。 主要功能：凸輪軸及其組件防護(hù)罩凸輪軸油密封，防漏油。Cam GearsValve CamsUltramid Valve Cover為什么使用塑料的氣門室罩蓋？主要使用的材料：包括金屬鋁，鎂，熱固性聚酯等。密封圈密封技術(shù)：密封圈嵌入氣門室罩蓋Carrier gasketsPress-in-placeMolded-in-placeCured-in-place集成功能：

2、可以集成集油器，防護(hù) 板，進(jìn)氣系統(tǒng)等。必須在最大150攝氏度時(shí)維持密封能力；塑料氣門室罩蓋產(chǎn)品在注塑后必須保持平一定的整度；在極端溫度條件下，塑料氣門室罩蓋必須通過制冷劑阻尼測試； 噪音和振動性能（NVH）必須好于現(xiàn)有的金屬氣門室罩蓋產(chǎn)品；塑料材料必須具有良好的抗化學(xué)性，如發(fā)動機(jī)機(jī)油，變數(shù)箱潤滑液，潤滑脂及其冷卻液等。塑料氣門室罩蓋必須抗各種沖擊，如機(jī)械工具的撞擊等。塑料氣門室罩蓋的技術(shù)要求汽車行業(yè)金屬塑料化的趨勢開發(fā)階段發(fā)展階段成長階段飽和階段成熟階段車體翼子板座椅背和盤前端模塊電子部件發(fā)動機(jī)蓋板 風(fēng)扇和殼體儀表盤支架氣門室罩蓋電子油門踏板模塊腳踏板進(jìn)氣歧管電動門窗安全氣囊油底殼和變速箱模塊

3、座椅構(gòu)件節(jié)氣門體燃油泵集成空氣燃油模塊地盤組件散熱器水室變速箱殼體節(jié)氣門體空氣濾清器氣門室罩蓋材料的發(fā)展沖壓金屬鋁鎂熱固聚酯聚酰胺材料成本二次加工集成設(shè)計(jì)部件重量再次利用各種氣門室罩蓋材料的比較優(yōu)勢缺陷中等氣門室罩蓋材料的相對重量的比較Source : 3rd Plastic Engine Part Forum 2000 by ASK System engineering Kunststofftechnik氣門室罩蓋材料的發(fā)展氣門室罩蓋材料生產(chǎn)成本的比較Source : 3rd Plastic Engine Part Forum 2000 by ASK System engineering K

4、unststofftechnik氣門室罩蓋材料的發(fā)展已驗(yàn)證的技術(shù)減少了二次加工操作焊接,噴涂，機(jī)械加工等降低成本成的模塊化設(shè)計(jì)降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本集成化設(shè)計(jì)油氣分離其，擋油板, 進(jìn)氣系統(tǒng), 點(diǎn)火系統(tǒng)，以及點(diǎn)火線圈等減重環(huán)保聚酰胺材料的可回收性塑料氣門室罩蓋應(yīng)用發(fā)展的動力塑料氣門室罩蓋應(yīng)用在歐洲的快速發(fā)展塑料氣門室罩蓋應(yīng)用在北美發(fā)展也在慢慢趕上潛在成本可以降低30%重量可以降低30% - 50%集成其它功能性部件后的總成本可以比金屬件降低50% 巴斯夫成功應(yīng)用塑料進(jìn)氣歧管的材料聚酰胺的牌號為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 集成油氣分離器的氣門室罩蓋已有10年以上的路上實(shí)用經(jīng)驗(yàn)!塑料氣門室罩蓋應(yīng)用發(fā)展的動力機(jī)械性能 (靜態(tài)和動態(tài)負(fù)載條件下)- 高剛性和高強(qiáng)度- 高韌性- 低蠕變- 具有機(jī)械阻尼性熱性能 - 溫度升高條件下，具有長期尺寸穩(wěn)定性 - 在(-40C to 130C)溫度范圍內(nèi)，材料的穩(wěn)定性和耐冷熱變化性 - 耐熱發(fā)動機(jī)油的熱老化性化學(xué)性 - 耐化學(xué)品（熱油，洗滌劑，汽油等）光學(xué)性能- 極

6、好的外觀氣門室罩蓋材料的技術(shù)要求巴斯夫Ultramid材料可以滿足氣門室罩蓋各種技術(shù)要求 和設(shè)計(jì)要求。BASF氣門室罩蓋材料Ultramid Polyamide密封 密封溫度范圍為 - 40C 和 + 130C 之間，最高可達(dá) 150C 熱膨脹的變化 熱油熱循環(huán)測試結(jié)構(gòu) 發(fā)動機(jī)振動引起的動力負(fù)載需要優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如集成比較重的部件（如. 線圈蓋)噪音 設(shè)計(jì)最小化發(fā)動機(jī)發(fā)出的噪音耐化學(xué)性 耐各種不同的介質(zhì)和流體 (熱油, 熱水/甘油, 洗滌劑, 汽油等.)外觀 無噴涂的發(fā)動機(jī)部件要求高的表面質(zhì)量1998 BMW 3.0-liter L6 DI Diesel氣門室罩蓋材料部件的技術(shù)要求重要區(qū)域固定

7、的螺栓跨距一般 100 mm螺栓區(qū)域的高機(jī)械負(fù)載法蘭/密封區(qū)域的結(jié)構(gòu)剛性法蘭的平整度/翹曲平整面的結(jié)構(gòu)硬度153x2412345泄漏蠕變泄漏泄漏noise氣門室罩蓋材料部件的技術(shù)要求153x24結(jié)構(gòu)解決方案固定螺栓跨度的最小化通過螺栓設(shè)計(jì)或金屬件插入在螺栓區(qū)域最小化機(jī)械負(fù)載優(yōu)化法蘭設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)剛性最小化翹曲優(yōu)化平面的結(jié)構(gòu)剛性12345CAE(BASF)OEMSupplierCAE(BASF)CAE(BASF)改進(jìn)剛性設(shè)計(jì)，雙壁設(shè)計(jì)初始設(shè)計(jì)氣門室罩蓋材料部件的技術(shù)要求BASF 塑料氣門室罩蓋的概念研究: 法蘭變形和密封壓力分布塑料材料的低剛性需要優(yōu)化塑料部件的結(jié)構(gòu)剛性。法蘭變形分析和密封壓力分析是

8、設(shè)計(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)。經(jīng)驗(yàn) 距離螺栓中心的距離 mm法蘭變形比較：聚酰胺和鋁聚酰胺 / 鋁 -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根據(jù)法蘭變形和密封壓力的技術(shù)要求，CAE分析方法可以優(yōu)化部件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)硬度 -0,100,10,20,30,40,50

9、,60,70,80,911,1-320-280-240-200-160-120-80-4004080120160200240280320360400440480密封壓力p MPa距離螺栓中心的距離 s mm優(yōu)化前的壓力分布 -320-0,100,10,20,30,40,50,60,70,80,911,11,2-280-240-200-160-120-80-4004080120160200240280320360400440480密封壓力p MPa距離螺栓中心的距離 mm優(yōu)化后的壓力分布F1boltF2boltF1boltF2boltF1bolt + F2boltF1bolt + F2boltB

10、ASF 塑料氣門室罩蓋的概念研究: 法蘭變形和密封壓力分布距離螺栓中心的距離 mm密封壓力的分布 (螺栓跨度 160 mm)對密封剛性的影響密封壓力 p MPaBASF 塑料氣門室罩蓋的概念研究: 密封性能對密封壓力的影響例子: 密封剛性對密封壓力的影響部件結(jié)構(gòu)硬度的優(yōu)化需要準(zhǔn)確的密封材料（橡膠）的技術(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)在早期的設(shè)計(jì)階段要求密封材料供應(yīng)商參與設(shè)計(jì) 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類型設(shè)計(jì)例子(草圖）密封圈密封應(yīng)用U - ProfileT - ProfileO - Profile蓋 (閥, 氣門室罩蓋，等) 反向表面 主要金屬蓋 密封圈壓縮的結(jié)構(gòu)限制蓋 (閥,氣門室罩蓋，等) 反向表面 主要塑料蓋密封圈壓縮的結(jié)構(gòu)限制所有密封功能的部件(塑料進(jìn)氣歧管，氣門室罩蓋,油底殼, 油泵,等) 反向表面 塑料/金屬蓋 余量設(shè)計(jì)的密封圈壓縮限制limitlimit密封圈的類型介紹Source: Glckler Sealing Systems GmbH氣門室罩蓋的設(shè)計(jì)建議 密封功能的法蘭min.Good:Try to achieve minimumo

12、ffset: screw gasket-lineBetter:Shift “l(fā)oad vector” of screwinto “main-axes” of flange-cross-section (avoid twisting)補(bǔ)償量Avoid “twisting” the flange due tooffset: screw gasket-line(*)(*) 以上數(shù)值是Ultramid A3WGM53在溫度100C的條件下的值概念設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)硬度的變化(*) 常數(shù)最大變形量是根據(jù)螺栓受力調(diào)整 塑料氣門室罩蓋的設(shè)計(jì)建議 密封作用的法蘭max.加強(qiáng)筋max.最大結(jié)構(gòu)硬度設(shè)計(jì)有助于影響密封圈的密

13、封性能 永遠(yuǎn)不能使用金屬設(shè)計(jì)的扁平密密封BASF 氣門室罩蓋設(shè)計(jì)的概念研究氣缸頭的固定各種傳統(tǒng)的螺栓緊固系統(tǒng)具有一定范圍（可調(diào)節(jié)或受限制）的CHC-法蘭壓縮氣缸頭金屬a)b)c)a) 螺栓b) 帶金屬套管的標(biāo)準(zhǔn)螺栓/插入c) 帶金屬緊固部件的標(biāo)準(zhǔn)螺栓metalCHC:塑料h無塑料法蘭壓縮限制的標(biāo)準(zhǔn)螺栓，由于蠕變而表現(xiàn)出螺栓應(yīng)力的急劇下降，最終導(dǎo)致潛在的泄漏危險(xiǎn)。經(jīng)驗(yàn)BASF 氣門室罩蓋設(shè)計(jì)的概念研究 發(fā)動機(jī)噪音輻射的研究部件的噪音輻射來自內(nèi)部的噪音源（如閥）和動力受激（如發(fā)動機(jī)振動）內(nèi)部噪音 - 部件的相互反射 - 通過壁的傳遞 - 結(jié)構(gòu)件的傳遞快慢符號 噪音源 / 噪音影響塑料氣門室罩蓋表面

14、/動力變形結(jié)構(gòu)余量發(fā)動機(jī)受激內(nèi)部噪音源(如閥)動力受激(發(fā)動機(jī)振動)部件發(fā)出的噪音部件的噪音輻射來自內(nèi)部的噪音源（如閥）和動力受激（如發(fā)動機(jī)振動）內(nèi)部噪音源（如閥)動力受激(如發(fā)動機(jī)振動)內(nèi)部噪音- 結(jié)構(gòu)件的相互反射- 透過部件壁的傳遞- 結(jié)構(gòu)件傳遞的快慢部件發(fā)出的噪音符號 噪音源 / 噪音的影響部件隔離，通過橡膠固定部件和密封系統(tǒng)部件設(shè)計(jì)的優(yōu)化，如加強(qiáng)筋增加硬度。- 避免平的表面- 球面或/圓面形狀的優(yōu)點(diǎn)BASF 氣門室罩蓋設(shè)計(jì)的概念研究 發(fā)動機(jī)噪音輻射的研究BASF 氣門室罩蓋設(shè)計(jì)的概念研究氣門室罩蓋的固定塑料氣門室罩蓋-法蘭振動/隔離噪音的螺栓固定系統(tǒng)（懸浮系統(tǒng)）改進(jìn)了噪音的阻尼行為和噪

15、音的振動問題。特殊措施，橡膠隔離組件經(jīng)驗(yàn)新的趨勢: 塑料和橡膠密封組件注塑在一起，(和BWM CHC)的隔離組件注塑在一起，以降低成本。金屬螺栓金屬套管橡膠件(振動隔離）與CHC橡膠密封連接的橡膠組件(振動隔離)氣門室罩蓋塑料氣門室罩蓋成功案例下部: 噴涂車型號 :Omega, Senator發(fā)動機(jī) :柴油機(jī)1.8L / 2.0L, L4 供應(yīng)商 :熱塑性材料材料 : Ultramid A3WG5BASF 實(shí)例 Opel1994Opel 氣門室罩蓋(CHC) 集成油氣分離器中部:油氣分離設(shè)計(jì)上部:無噴涂BASF 實(shí)例 Renault車型 :Megane發(fā)動機(jī) :汽油機(jī) F7R2.0L, L4,

16、 16V 供應(yīng)商 :MGI材料 :Ultramid A3HG71996Renault 集成油氣分離器和點(diǎn)火裝置的氣門室罩蓋 (coils, wires, plugs)氣門室罩蓋材料Ultramid PA66-GF25-M15Ultramid 進(jìn)氣模塊BMW 3.0-liter L6 DI Dieseljointly made by Bosch, Mark IV, IBS-Brocke,Joma, SOP 1998BASF 實(shí)例BMW ( M47 and M57)1998BMW CHC 集成模塊由材料 Ultramid A3WGM53集成功能:- 發(fā)動機(jī)揮發(fā)油氣- 油氣分離- 空氣過濾- 空氣流

17、量計(jì)- 進(jìn)口噪音阻尼- 進(jìn)入氣門室罩蓋的空氣槽（改進(jìn)渦流）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步集成油器分離器分離曲軸箱中泄漏的油氣混合物集成空氣濾清器底座集成空氣進(jìn)氣端口Mass air flow metermade of UltradurB 4300 G6BASF 實(shí)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集成分步油器分離器傳感器界面集成進(jìn)氣口（旋轉(zhuǎn)通道）擋油板油氣分離器一級旋風(fēng)分離二級旋風(fēng)分離壓力控制閥主機(jī)廠Toyota / Daihatsu應(yīng)用氣門室罩蓋 進(jìn)氣歧管發(fā)動機(jī) / 車型1.0L L3 緊湊型車Yaris, Vitz, Echo材料Ultramid B3WG6 BGVWBASF 實(shí)例Toyota / Daihatsu主機(jī)廠Hyundai應(yīng)用氣門室罩蓋 發(fā)動機(jī)L4 DOHC材料Ultramid 5268GHSB BK102BASF 實(shí)例Hyundai創(chuàng)新性潛在降低