发动机塑料进气歧管应用现状和发展趋势

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1、发动机塑料进气歧管应用现状和发展趋势　　摘要：我国在塑料进气歧管制造行业起步比较晚，成型技术比较落后。鉴于此，本文通过对国内外汽车发动机塑料进气歧管现阶段发展情况的分析，综述当前国内外进气歧管塑料材料研究的新情况以及几种常见的成型工艺技术，并结合我国目前塑料进气歧管的发展现状，提出几点思考。关键词：发动机；进气歧管；塑料；现状；趋势中图分类号：S219.031文献标识码：A文章编号：1引言进气歧管是形状复杂的中空制品，是汽车发动机进气系统中最重要的部件之一，决定着发动机的进气效率和各缸充气均匀性，对发动机的动力性和经济性有非常大的影响。传统的进气歧管主要是由

2、铁或铝合金材料铸造而成，制件存在表面粗糙、充气阻力大、质量重等明显的缺点。为了达到减轻质量、降低油耗、提高汽车发动机性能和降低排放等要求，塑料进气歧管应运而生。我国引进塑料进气歧管成型工艺较晚，加深对该成型工艺及技术的研究意义重大。2发动机塑料进气歧管的材质要求7进气歧管的材料不论使用哪种材料都必须能承受住发动机室内的苛刻环境。因此，为了保证进气歧管能长期正常工作，材料的耐热、耐老化、抗拉强度、刚性和抗蠕变性能非常重要。进气歧管必须能承受至少120℃的持续高温，其工作温度峰值为150℃~160℃。进气歧管材料的抗拉强度决定其对发动机回火和真空负荷的承受能力，

3、为了与铝合金相匹配，材料在23℃时的抗拉强度不能低于50~60MPa，刚性表示进气歧管在高负荷下振动情况的一个特征参数。在正常的工作情况下部件的刚度越大，振动就越小。PA66和PA6是制造汽车发动机进气歧管中最常用的材料，PA6弹性优良、耐磨、强度高，摩察系数小、自润滑性好、耐冲击延伸率高，易于加工，且生产成本低。PA66熔点较高，约为255℃，耐高温性能要比PA6好，熔体流动性好，很容易充模成型，PA6+GF30的进气歧管能在130℃环境温度下稳定工作，如表1。表1增强尼龙66和增强尼龙6常用材料性能比较7尼龙材料最大的缺点是吸水性较大，导致制品尺寸和性能

4、的变化，不过在聚酰胺大多分子主链末端含有氨基和羟基在一定的条件下，具有一定的反应活性。因此，可通过化学和物理改性克服其缺点。应用聚硅氧烷等偶联剂，可以使玻璃纤维改性后的聚酰胺主要性能得到很大的提供。如PA6+GF30拉伸强度增加了1.2倍，拉伸模量增了约2倍，悬臂梁冲击强度增加了1.4倍，成型收缩率降低50%，制品精度，尺寸稳定性均有很大的提高。3发动机进气歧管塑料化优势据了解，国外对塑料进气歧管的应用较为广泛，在宝马、现代、日产等高档汽车上，均使用了塑料进气歧管。PA6+GF是制造进气歧管的首选材料，与金属材料相比，塑料进气歧管的平均质量为铝制进气歧管的4

5、5%。图1、图2所示为金属和塑料进气歧管的结构。图1：铝制件结构图2：塑料制件结构塑料进气歧管最主要的优点是成本较低，质量较轻。此外，由于PA6+GF的导热性比铝低，燃油喷嘴和进入的空气温度较低。不仅可以改善热启动性能，提高发动机的功率和扭矩，同时冷启动时可以一定程度避免管内热量散失，加快提高气体温度，而且塑料进气歧管内壁光滑，可减小空气流动阻力，从而改善发动机的性能。[李丹.汽油机塑料进气歧管型腔设计方法研究[D].天津大学,2006年。]4塑料进气歧管制造工艺及其发展塑料进气歧管制造工艺主要有熔芯法、振动摩擦焊、热板焊，激光焊接法。最近还出现了高温诱导焊

6、和热电阻焊。目前国际上塑料进气歧管最成熟的生产工艺是多片振动摩擦焊，生产效率高且成本低。2003年国外塑料进气歧管制造工艺状况如图3、图4所示7图3：欧洲塑料进气歧管制造工艺现状图4：北美塑料进气歧管制造工艺现状4.1熔芯法熔芯法生产塑料进气歧管是应用最早、最成熟的生产工艺，其原理是用低熔点锡铋合金制作歧管内腔芯核，装配在外型注塑模具里注塑，注塑成型后把带有内部金属芯核的进气管放入熔化池将金属芯核熔化。由于金属芯核熔点比较低(110℃)，而尼龙熔点高，经熔化池歧管内部芯核熔化流出，塑料外形保持不变，形成完整的塑料进气歧管。熔芯法生产塑料进气歧管的优点是歧管内

7、部完整光滑，气体流动特性很好，最大限度地保证发动机的性能。熔芯法塑料歧管是一次成型，气密性好，成品率高；熔芯过程可消除注塑过程中塑料歧管残余应力，使熔芯法生产出的塑料进气歧管有良好的机械性能。熔芯法的缺点是在金属芯核的铸芯和熔芯过程中，需消耗大量电能，因而使得熔芯法生产塑料歧管的成本相对较高一些。[周振巍.缸内直喷汽油机复合喷射进气歧管设计[D].天津大学,2008年。]4.2振动摩擦焊7也称为“多片焊接法”，在设计塑料进气歧管时，将复杂的歧管结构拆分为结构相对简单、能一次注塑成型的几片，各片注塑成型后，用摩擦焊机将各片焊接起来，构成完整的塑料进气歧管。在单

8、片塑料进气歧管上合理设计焊接筋结构，如图5，可以保证