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解析汽車用帶渦輪增壓器的中冷器進出氣膠管的

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解析汽車用帶渦輪增壓器的中冷器進出氣膠管的

發布日期:2017-08-04 作者: 點擊:

解析汽車用帶渦輪增壓器的中冷器進出氣膠管的

帶渦輪增壓器的汽車發動機的進氣及出氣中冷系統,一般由空氣濾清器、渦輪增壓器、中冷器及其連接管路等構件組成,輸氣管路必須采用橡膠管與鋼管或橡膠管與吹塑管或直接帶波紋的吹塑管連接,借助橡膠或帶波紋的吹塑管良好的柔韌性與減振性,既可以方便管路布局和裝配,又能顯著提高輸氣管路系統緩沖振動的能力。新鮮空氣通過空氣濾清器過濾和渦輪增壓器增壓后,介質氣體經壓縮會較大幅度溫升,溫度一般將達到150℃~200℃之間,但對于高增壓比的發動機而言,氣體溫度可超過200℃,甚至達275℃以上。氣體介質經中冷器冷卻后又降到60℃以下,從而提高了新鮮空氣的密度,使發動機可以吸進更多的空氣,并能噴入更多的燃油,促進燃燒更為充分,達到降低燃油消耗和排放、提高發動機功率的目的。

隨著汽車工業的發展和越來越苛刻的環保要求,汽車發動機使用介質和環境中含油和含醇的燃燒氣體通過曲軸箱通風管進入整個發動機系統。雖然發動機普遍采取了油氣分離技術,油氣分離器分為二類,一類為開式結構,另一類為閉式結構,開式結構指未分離的油氣是直接排放的,不再進入整個進氣系統,而閉式結構的未分離的油氣沒有直接排放,需再循環進入整個進氣系統,如吉利FE-3/4等車型采用的1.3T渦輪增壓發動機采用的就是閉式油氣分離技術,即曲軸箱系統產生的油氣經油氣分離器后再通過空氣濾清器出氣膠管再進入發動機進氣系統。油氣分離器分離技術不一,分離效果是太不一樣的,其中國產油氣分離器分離效果較好的僅能達到50%,國外如博世產油氣分離器分離效果最高能達到80%,即仍有20%~50%含油氣體將再循環進入進氣系統,以避免大部份油氣的直接排放而污染環境。

由于渦輪增壓器出氣膠管即中冷器的進氣膠管在使用過程中溫度高達150℃~275℃,如何保證中冷器進出氣系統用橡膠連接軟管不會因高溫油氣產生早期溶脹、爆管、高溫老化后和低溫彈性較低而造成的管口密封不嚴漏氣漏油等質量問題,從而影響車輛的正常運行,是一個值得研究與分析的課題。

一、中冷器進氣膠管

中冷器進氣膠管使用溫度高達150℃~275℃,其材料必須滿足優異的高低溫性、良好的耐油性及耐氣候性。

(一)橡膠材料的選擇

在應用廣泛的橡膠品種中,常見的有天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、三元乙丙橡膠、氯化丁基橡膠、硅橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟硅橡膠、氟橡膠。

三元乙丙橡膠、氯化丁基橡膠均比較適合用于長期使用120℃、短時使用150℃條件下耐熱老化技術要求的制品,顯然不適應于中冷器進氣膠管。而硅橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟硅橡膠、氟橡膠耐高溫都達到了150℃及以上,其均可作為中冷器進氣膠管。

在硅橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟硅橡膠、氟橡膠等具有優異耐高溫料中,唯一不具備良好耐油性的材料為硅橡膠,但硅橡膠又是這四種材中價格最便宜的,其中丙烯酸酯橡膠、氟硅橡膠、氟橡膠價格分別是硅膠的2倍、17倍、6倍左右。這樣在閉式結構油氣分離系統中的中冷器進氣膠管中橡膠材料如果選擇氟硅橡膠、氟橡膠,不具備成本優勢,但丙烯酸酯橡膠耐高溫僅175℃左右,僅適用于小馬力即排氣量1.5T的發動機上。

采取高分子材料改性與結構化差異設計是一條十分有效的途徑。如利用PVC改性用于改善NBR的耐臭氧性能、耐氣候性、耐屈撓性及耐溫性能;利用EPDM改進PP的增韌性等;利用不同材料對膠管進行復合結構設計是較常見的,如三復合油管(FPM+ECO+ECO)。

將耐高溫且價格便宜的硅膠與耐油性優異的氟硅橡膠、氟橡膠進行共混改性,即膠管的內襯耐油的膠層、其它部份為硅膠的“內氟外硅”結構,達到既滿足發動機使用要求,同時又可降低成本的目的,是一種在國內外還未普遍采用的技術。

氟硅聚合物(FVMQ或FPM/VMQ或氟樹脂與硅膠的共混改性物等)既具有硅橡膠(VMQ)十分優異的耐高低性能及綜合性能,同時具有丙烯酸酯橡膠(AEM)較好的耐油性能。FPM/VM內氟外硅膠管結構就是在膠管的內層膠復合成型一至二層FVMQ或FPM/VMQ或氟樹脂與硅膠的共混改性物,中間層與外膠層仍采用硅橡膠(VMQ)的一種新型結構,解決了傳統硅膠管耐油性不佳及AEM、ACM膠管耐高低溫性欠佳的問題,同時又能滿足汽車用中冷器進出氣連接軟管越來苛刻使用條件的新型結構的高分子制品。大眾TL52600和通用GMW15408等均對FPM/VMQ膠管的主要技術指標如層間粘合力等進行了具體要求。

(二)增強層材料選擇

膠管的增強層主要承受管體的脈沖壓力。在高溫下,必須使用耐高溫性能優異的芳綸纖維。芳綸有對位結構與間位結構,美國杜邦公司Kevlar與Nomex芳綸纖維在汽車膠管上應用最為廣泛。芳綸纖維在300℃左右甚至更高的溫度下可長期使用,強力保持率可高達70%以上。

(三)膠管結構

FPM/VM內氟外硅膠管結構一般為內黑外紅,此顏色組合在商用車上普遍使用,考慮到乘用車發動機機倉部件顏色的一致性及加工的通用性,大部份要求外部為黑色。

FPM/VM內氟外硅膠管結構為FPM內膠層+芳綸增強纖維層+VMQ外膠層。

二、中冷器出氣膠管

中冷器進氣膠管使用溫度一般為60℃左右,其材料以良好的耐油性及耐氣候性為宜。

(一)橡膠材料的選擇

常規橡膠均可滿足使用溫度與環境要求,但僅有NBR、NBR/PVC、CR、CM、CIIR、AEM、ACM、FPM、FVMQ等能同時完全滿足閉式結構油氣分離系統中冷器出氣膠管的耐油特別是柴油機的要求。

EPDM在開式結構的油氣分離系統中用于中冷器出氣膠管已推廣至國內幾乎所用商用車主機廠,但根據具體使用可靠性來看,非異形膠管可靠性較高,但異性模壓膠管出現過批量爆管等質量事故而不得不進行材質更改,同時還未見其在閉式結構的油氣分離系統中應用,主要是EPDM的耐油性不能滿足使用要求。

氯化丁基橡膠工藝性能和物性較差,特別是撕裂性較差、與布層粘合力較差,帶來管體減震與吸震性降低,容易形成膠管層間分離,造成膠管早期破壞,且價格偏貴。

以NBR為內膠層、NBR/PVC為外膠層結構的膠管雖然可以滿足耐油及耐氣候性要求,但當膠管環境溫度較高時,其耐氣候性較差,在氣流的脈沖振動過程中,膠管會早期疲勞,造成爆管。

CR橡膠具有規整的分子排列和可逆的結晶性能,因此以其制成的橡膠制品具有良好的穩定性和耐老化性,也通滿足耐油性要求,但CR存在工加工藝性較差,主要體現為混煉、壓片、壓延及擠出過程中的粘輥、尺寸穩定性差等。同時CR還存在低溫性不好。

根據國內外相關技術資料及應用實例,目前無論是從性能還是從成本等方面考慮,在中冷器出氣系統上使用CM橡膠具有極大的優勢。

氯化聚乙烯橡膠(CM)是一種飽和橡膠,有優秀的耐熱氧老化、臭氧老化、耐酸堿、化學藥品性能。

為保證乘用車整車的可靠性,乘用車中冷器出氣膠管也有采用AEM、ACM與FPM/VMQ內氟外硅結構,其中FPM/VMQ內氟外硅膠管中的硅膠可使用低成本的國產沉淀法硅膠達到降低成本的目的。

(二)增強層材料選擇

滿足中冷器出氣膠管使用要求的纖維材料有:芳綸、滌綸、錦綸、維綸、玻璃纖維等。從性價比考慮,常規采用的一般為滌綸、錦綸、維綸,但擠出膠管結構必須采用芳綸纖維。

(三)膠管結構

中冷器出氣膠管有擠出(針織、纏繞、編織)結構與夾布結構二種。

三、結語

汽車用帶渦輪增壓器的中冷器進出氣膠管的結構與技術,隨著汽車工業的發展,已由傳統的材料向新型改性材料方向發展,高可靠性、低成本的高分子材料的應用,同時又推動了汽車工業的進一步發展。新型的FPM/VM內氟外硅膠管及CM膠管是帶渦輪增壓器的中冷器進出氣膠管的先進技術,在國內外近二年才開始規模應用,如上海通用、奇瑞轎車、華晨轎車、長安轎車已批量使用,具有非常巨大的前景,同時也為吉利(FE/FC/NL/KC)等相關車型產品的改進提供了強有力的技術參考與支撐。

本文網址:http://www.hlsuk.com/news/370.html

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