Пластиковый автомобильный двигатель

Пластиковый автомобильный двигатель зародился в конце 1970-х годов в результате исследований и работ Мэтью (Матти) Хольцберга из Polimotor Research и его коллег. ^{[ 1 ]} С тех пор Хольцберг и другие вели постоянную работу в этой области.

Ранние работы Хольцберга

Матти Хольцберг впервые попытался изготовить полимерные поршни для двигателя Austin Mini в 1969 году. Поршни проработали всего 20 минут, пока не вышли из строя. Хольцберг исправил это, установив на поршни алюминиевые коронки, и в начале 1970-х годов он продал эти поршни производителям гоночных автомобилей. ^{[ 2 ]}

Полимоторные исследования

Матти Хольцберг основал Polimotor Research Inc. в 1979 году. Она располагалась в Фэр-Лоун, штат Нью-Джерси . В 1980-х годах компания в сотрудничестве со своими поставщиками и спонсорами создала и провела испытания двигателей, состоящих из большого количества полимеров.

Версия первая

Ford Первая версия была основана на 2,3-литровом двигателе Pinto и весила 152 фунта (69 кг) (против 415 фунтов (188 кг) у его чугунного аналога). Он был рассчитан на мощность 318 лошадиных сил (237 кВт) при 9200 об/мин. Он состоял из металлических гильз цилиндров , металлических верхних частей камеры сгорания, металлических головок поршней, подшипников, клапанов и седел, а также стандартного коленчатого вала Pinto объемом 2,3 л . Почти все остальное в двигателе, включая блок, шатуны и юбки поршней, было изготовлено из армированных стекловолокном полиамидоимидных термопластических смол, производимых в то время компанией Amoco Chemicals Co. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Двигатель никогда не устанавливался на автомобиль.

Хотя источники утверждали, что партнером в создании двигателя был Форд, ^{[ 3 ]}^{[ 5 ]} Позже Хольцберг заявил, что «Форд вообще не участвовал». ^{[ 4 ]}

Версия вторая

Другой двигатель, предположительно основанный на двигателях серий Cosworth BDA и YB , весил 168 фунтов (76 кг), что вдвое меньше веса его металлического аналога. ^{[ 4 ]} Пластиковые детали включали блок двигателя, крышку кулачка, патрубки воздухозаборника, стержни впускных клапанов, юбки поршней и пальцы, шатуны, маслосъемные поршневые кольца, толкатели, фиксаторы клапанных пружин и распределительные шестерни. ^{[ 6 ]}

Двигатель эксплуатировался два сезона. Он участвовал в гонках на Lola T616 HU04 и участвовал в Международной ассоциации автоспорта (IMSA) чемпионате Camel GT в категории Camel Lights (группа C2) в 1984 и 1985 годах. Автомобиль несколько раз попадал в пятерку лучших, включая лучший результат третье место в классе на турнире Lime Rock 2 часа 1985 года. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

Патенты Хольцберга

В течение 1980-х годов Хольцберг получил 10 патентов на композитные детали двигателей и методы их производства. Патенты были выданы в период с 1983 по 1988 год и подробно описаны в этом разделе.

Первый выданный патент касался кабелей зажигания со ссылкой на предшествующий уровень техники других неметаллических проводящих материалов и их способность уменьшать радиочастотными помехами проблемы, связанные с . Эти кабели состояли из графита жил из композитного и смолы и защитной силиконовой оболочки. Нити должны были быть скручены вместе и пропущены через жидкий матричный материал, чтобы, наконец, окружиться оболочкой. Две части будут экструдированы вместе, чтобы сформировать кабель и обеспечить хорошо связанную структуру из тысяч отдельных графитовых композитных нитей. ^{[ 8 ]}

Большинство патентов касаются компонентов двигателя из полиамидимида с возможностью использования графита, стекла или титана в качестве композита. Утверждается, что изобретения имеют превосходное соотношение жесткости и веса, до 70% легче традиционных деталей и снижают вибрацию и силы внутри двигателя. Также утверждается, что композитные детали снижают производственные требования благодаря литью под давлением с последующим сокращением отделочных работ.

Хотя температура, время и другие переменные процесса различаются в зависимости от детали, общий производственный процесс следующий. Компонент сначала подвергается литью под давлением и ему дают остыть после температуры пластической деформации. Затем его подвергают пост-отверждению путем полимеризации в твердом состоянии при ряде температурных стадий. Это выполняется в инертной атмосфере, которая помогает удалять побочные продукты реакций до тех пор, пока полимер не станет химически стабильным. Во время этого процесса также увеличивается температура теплового отклонения материала. Теперь деталь охлаждается и подвергается постобработке. Последующая обработка может принимать форму механической обработки, вставки или приклеивания металлических деталей или простой очистки детали. ^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}

ООО «Композитное литье»

В 1990 году Матти Хольцберг основал компанию Composite Castings LLC в Уэст-Палм-Бич, штат Флорида . ^{[ 2 ]} К 2011 году они разработали блок двигателя V4 из эпоксидного композита, армированный карбоном, с использованием материалов, предоставленных Toho Tenax . По утверждению Хольцберга, этот блок на 50% легче аналогичной алюминиевой модели. Блоки изготавливаются чистой формы, поэтому для их подготовки к использованию требуется минимальная отделочная работа. Хольцберг утверждает, что это снижает затраты на оснастку и производство на 50% по сравнению с литьем под давлением. ^{[ 19 ]}

Исследования Фраунгофера и Сумитомо

В апреле 2015 года группа Fraunhofer в сотрудничестве с подразделением высокопроизводительных полимеров Sumitomo Bakelite Co объявила о разработке одноцилиндрового исследовательского двигателя с корпусом, изготовленным из стекловолокном ( , армированной фенольной смолы соответствующий состав 55/45). Двигатель весит примерно на 20% меньше, чем аналог из алюминия . В их конструкции используются металлические вставки в местах высоких термических и механических напряжений, например в гильзе цилиндра. ^{[ 20 ]}

Двигатель был представлен на выставке Hannover Messe 2015 . ^{[ 20 ]}

Solvay возрождение Polimotor

В мае 2015 года сообщалось, что бельгийская химическая компания Solvay проявила интерес к возрождению этой концепции при содействии Матти Хольцберга. ^{[ 4 ]} Планируется, что двигатель будет весить менее 148 фунтов (67 кг) и развивать мощность более 420 лошадиных сил (310 кВт), также планируется, что он будет оснащен турбонаддувом. ^{[ 4 ]} Некоторые компоненты будут заменены полимерными аналогами, их можно увидеть в таблице ниже. ^{[ 21 ]}

Часть	Материал	Описание	Ссылка
Кулачковые звездочки	ХОРОШИЙ	30% углеродного волокна	^{[ 22 ]}
Линии нефтеотвода	ПЭК	30% углеродного волокна	^{[ 23 ]}
Выход водяного насоса	ППА	30% стекловолокно	^{[ 24 ]}
Уплотнение водяного насоса	ФКМ		^{[ 24 ]}
Внутренние части водяного насоса	ППС	40% стекловолокно	^{[ 25 ]}
Топливная рейка	ППС	40% стекловолокно	^{[ 26 ]}
Уплотнительные кольца форсунок	ФКМ		^{[ 21 ]}
Впускной канал	ПЭК	30 % углеродное волокно, FDM . производство	^{[ 27 ]}
Пленум камера	ПА6	40% стеклянные бусины, SLS. производство	^{[ 28 ]}^{[ 29 ]}
Корпус масляного насоса	ПЭК	30% углеродного волокна	^{[ 30 ]}
Крышка камеры	ППС		^{[ 21 ]}

Двигатель планировалось установить на шасси Norma M-20 и участвовать в гонках в Лайм-Роке в 2016 году и, возможно, в Ле-Мане в 2017 году. ^{[ 31 ]}^{[ 32 ]} Однако этого не произошло.

Ссылки

^ «На шаг ближе к машине без железа» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Это двигатель будущего? Подробно о Матти Хольцберге и его композитном блоке двигателя» . Проверено 18 июля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б Киблер, Джек (сентябрь 1982 г.). «Невозможный пластиковый двигатель Форда». Популярная наука .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Пластиковый гоночный двигатель возвращается в рамках проекта Polimotor 2» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «Ford занимается производством пластиковых двигателей» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Боб Ремер рассказывает историю IMSA T616-Polimotor, гоночного автомобиля с пластиковым двигателем!» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «1985 Лайм-Рок, 2 часа» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ США 4369423 , Мэтью В. Хольцберг, «Композитный автомобильный кабель зажигания», опубликовано 18 января 1983 г.
^ США 4432925 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитное поршневое кольцо и процесс», опубликовано 21 февраля 1984 г., передано Standard Oil Company.
^ US 4433964 , Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке, «Композитные газораспределительные механизмы и процесс», опубликовано 28 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company.
^ США 4430969 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный коромысло и процесс», опубликовано 14 февраля 1984 г., передано Standard Oil Company.
^ США 4430906 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный штифт и процесс», опубликованный 14 февраля 1984 г., передан компании Standard Oil.
^ США 4453505 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный толкатель и процесс», опубликовано 12 июня 1984 г., передано компании Standard Oil.
^ US 4432311 , Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке и др., «Композитный фиксатор клапанной пружины и процесс», опубликовано 21 февраля 1984 г., передано компании Standard Oil Company.
^ США 4433652 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный клапан и процесс», опубликован 28 февраля 1984 г., передан компании Standard Oil Company.
^ США 4458555 , Мэтью В. Хольцберг и Билли В. Коул, «Композитный шатун и процесс», опубликован 10 июля 1984 г., передан компании Standard Oil Company.
^ US 4726334 , Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке, «Композитный корпус цилиндра и процесс», опубликовано 23 февраля 1988 г., передано корпорации Amoco.
^ US 4440069 , Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке и др., «Композитный поршень и процесс», опубликовано 3 апреля 1984 г., передано Standard Oil Company.
^ «Раскрыт блок двигателя из углеродного волокна: CompositesWorld» . www.compositesworld.com . Проверено 21 июля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Фраунгофер - Новости исследований 04/2015» (PDF) . Fraunhofer.de . Фраунгофера . Проверено 21 июля 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Полимотор 2 — первый в отрасли полностью пластиковый двигатель» (PDF) . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «Torlon® PAI выбран в качестве новаторской кулачковой звездочки в автомобильном проекте Polimotor 2» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «Высокоэффективный полимер KetaSpire® PEEK компании Solvay выбран для линии маслоотделителя в автомобильном проекте Polimotor 2» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Проект полностью полимерного гоночного двигателя Polimotor 2 выбирает Solvay Amodel® PPA и Tecnoflon® FKM для компонентов и уплотнений водяного охлаждения» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «Ryton® PPS от Solvay помогает охлаждать двигатель Polimotor 2, обеспечивая высокую надежность внутренних компонентов водяного насоса Pierburg» . Проверено 21 октября 2016 г.
^ «Проект полностью полимерного гоночного двигателя Polimotor 2 выбирает Solvay Ryton® PPS и Tecnoflon® FKM для требовательной системы впрыска топлива» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «Компания Polimotor 2 выбирает высокопроизводительный материал KetaSpire® PEEK от Solvay для изготовления направляющей топливозаборника, напечатанной на 3D-принтере» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «Порошки Sinterline® Technyl® улучшают Полимотор 2 с помощью технологии 3D-печати» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «Технология Solvay Sinterline® в сочетании с MMI Technyl® Design формирует будущее функциональных автомобильных деталей, напечатанных на 3D-принтере» . Проверено 29 ноября 2016 г.
^ «Solvay объявляет, что в проекте полностью пластикового двигателя Polimotor 2 корпус масляного насоса будет отлит из ультраполимера AvaSpire® PAEK» . Проверено 6 июля 2016 г.
^ «Материалы Solvay являются прорывной инновацией в области цельнопластикового автомобильного двигателя «Полимотор 2»» . Проверено 10 июня 2016 г.
^ «Воскресение пластикового двигателя» . Проверено 10 июня 2016 г.

[1] «На шаг ближе к машине без железа» . Проверено 10 июня 2016 г.

[:0-2] Jump up to: ^а ^б «Это двигатель будущего? Подробно о Матти Хольцберге и его композитном блоке двигателя» . Проверено 18 июля 2016 г.

[Popular_Science_8/82-3] Jump up to: ^а ^б Киблер, Джек (сентябрь 1982 г.). «Невозможный пластиковый двигатель Форда». Популярная наука .

[Engine_Labs-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и «Пластиковый гоночный двигатель возвращается в рамках проекта Polimotor 2» . Проверено 10 июня 2016 г.

[5] «Ford занимается производством пластиковых двигателей» . Проверено 10 июня 2016 г.

[Lola_Heritage-6] Jump up to: ^а ^б «Боб Ремер рассказывает историю IMSA T616-Polimotor, гоночного автомобиля с пластиковым двигателем!» . Проверено 10 июня 2016 г.

[7] «1985 Лайм-Рок, 2 часа» . Проверено 10 июня 2016 г.

[8] США 4369423 , Мэтью В. Хольцберг, «Композитный автомобильный кабель зажигания», опубликовано 18 января 1983 г.

[9] США 4432925 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитное поршневое кольцо и процесс», опубликовано 21 февраля 1984 г., передано Standard Oil Company.

[10] US 4433964 , Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке, «Композитные газораспределительные механизмы и процесс», опубликовано 28 февраля 1984 г., передано The Standard Oil Company.

[11] США 4430969 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный коромысло и процесс», опубликовано 14 февраля 1984 г., передано Standard Oil Company.

[12] США 4430906 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный штифт и процесс», опубликованный 14 февраля 1984 г., передан компании Standard Oil.

[13] США 4453505 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный толкатель и процесс», опубликовано 12 июня 1984 г., передано компании Standard Oil.

[14] US 4432311 , Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке и др., «Композитный фиксатор клапанной пружины и процесс», опубликовано 21 февраля 1984 г., передано компании Standard Oil Company.

[15] США 4433652 , Мэтью В. Хольцберг и Лоуренс Д. Сполдинг, «Композитный клапан и процесс», опубликован 28 февраля 1984 г., передан компании Standard Oil Company.

[16] США 4458555 , Мэтью В. Хольцберг и Билли В. Коул, «Композитный шатун и процесс», опубликован 10 июля 1984 г., передан компании Standard Oil Company.

[17] US 4726334 , Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке, «Композитный корпус цилиндра и процесс», опубликовано 23 февраля 1988 г., передано корпорации Amoco.

[18] US 4440069 , Мэтью В. Хольцберг; Лоуренс Д. Сполдинг и Стивен Дж. Хенке и др., «Композитный поршень и процесс», опубликовано 3 апреля 1984 г., передано Standard Oil Company.

[19] «Раскрыт блок двигателя из углеродного волокна: CompositesWorld» . www.compositesworld.com . Проверено 21 июля 2016 г.

[Fraunhofer_1-20] Jump up to: ^а ^б «Фраунгофер - Новости исследований 04/2015» (PDF) . Fraunhofer.de . Фраунгофера . Проверено 21 июля 2016 г.

[Solway_Polimotor_2-21] Jump up to: ^а ^б ^с «Полимотор 2 — первый в отрасли полностью пластиковый двигатель» (PDF) . Проверено 10 июня 2016 г.

[Solway_2-22] «Torlon® PAI выбран в качестве новаторской кулачковой звездочки в автомобильном проекте Polimotor 2» . Проверено 10 июня 2016 г.

[Solway_4-23] «Высокоэффективный полимер KetaSpire® PEEK компании Solvay выбран для линии маслоотделителя в автомобильном проекте Polimotor 2» . Проверено 10 июня 2016 г.

[Solway_5-24] Jump up to: ^а ^б «Проект полностью полимерного гоночного двигателя Polimotor 2 выбирает Solvay Amodel® PPA и Tecnoflon® FKM для компонентов и уплотнений водяного охлаждения» . Проверено 10 июня 2016 г.

[Solway_9-25] «Ryton® PPS от Solvay помогает охлаждать двигатель Polimotor 2, обеспечивая высокую надежность внутренних компонентов водяного насоса Pierburg» . Проверено 21 октября 2016 г.

[Solway_6-26] «Проект полностью полимерного гоночного двигателя Polimotor 2 выбирает Solvay Ryton® PPS и Tecnoflon® FKM для требовательной системы впрыска топлива» . Проверено 10 июня 2016 г.

[Solway_3-27] «Компания Polimotor 2 выбирает высокопроизводительный материал KetaSpire® PEEK от Solvay для изготовления направляющей топливозаборника, напечатанной на 3D-принтере» . Проверено 10 июня 2016 г.

[Solway_7a-28] «Порошки Sinterline® Technyl® улучшают Полимотор 2 с помощью технологии 3D-печати» . Проверено 10 июня 2016 г.

[Solway_7b-29] «Технология Solvay Sinterline® в сочетании с MMI Technyl® Design формирует будущее функциональных автомобильных деталей, напечатанных на 3D-принтере» . Проверено 29 ноября 2016 г.

[Solway_8-30] «Solvay объявляет, что в проекте полностью пластикового двигателя Polimotor 2 корпус масляного насоса будет отлит из ультраполимера AvaSpire® PAEK» . Проверено 6 июля 2016 г.

[Solway_1-31] «Материалы Solvay являются прорывной инновацией в области цельнопластикового автомобильного двигателя «Полимотор 2»» . Проверено 10 июня 2016 г.

[Engineering_Materials-32] «Воскресение пластикового двигателя» . Проверено 10 июня 2016 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]

[ 25 ]

[ 26 ]

[ 27 ]

[ 28 ]

[ 29 ]

[ 30 ]

[ 31 ]

[ 32 ]