（课件）气门室罩盖应用巴斯夫.ppt

1、塑料气门室罩盖塑料气门室罩盖塑料气门室罩盖塑料气门室罩盖n 内容内容 n 为什么使用塑料的气门室罩盖？为什么使用塑料的气门室罩盖？n 气门室罩盖目前使用的几种材料气门室罩盖目前使用的几种材料n 塑料气门室罩盖部件的设计要求塑料气门室罩盖部件的设计要求 n 气门室罩盖应用的成功案例气门室罩盖应用的成功案例为什么使用塑料的气门室罩盖？为什么使用塑料的气门室罩盖？n 气门室罩盖的主要功能：气门室罩盖的主要功能：n 气门室罩盖又称凸轮轴罩盖，上缸罩盖等。气门室罩盖又称凸轮轴罩盖，上缸罩盖等。n 主要功能：主要功能：n 凸轮轴及其组件防护罩凸轮轴及其组件防护罩n 凸轮轴油密封，防漏油凸轮轴油密封，防漏油

2、。Cam GearsValve CamsUltramid Valve Cover为什么使用塑料的气门室罩盖？为什么使用塑料的气门室罩盖？主要使用的材料：主要使用的材料：包括金属铝，镁，热固性聚酯等。包括金属铝，镁，热固性聚酯等。密封圈密封技术：密封圈密封技术：密封圈嵌入气门室罩盖密封圈嵌入气门室罩盖Carrier gasketsPress-in-placeMolded-in-placeCured-in-place集成功能：可以集成集油器，防护集成功能：可以集成集油器，防护 板，板，进气系统等。进气系统等。n 必须在最大必须在最大150摄氏度时维持密封能力；摄氏度时维持密封能力；n 塑料气门室罩

3、盖产品在注塑后必须保持平一定的整度；塑料气门室罩盖产品在注塑后必须保持平一定的整度；n 在极端温度条件下，塑料气门室罩盖必须通过制冷剂阻尼测试；在极端温度条件下，塑料气门室罩盖必须通过制冷剂阻尼测试；n 噪音和振动性能（噪音和振动性能（NVH）必须好于现有的金属气门室罩盖产品；）必须好于现有的金属气门室罩盖产品；n 塑料材料必须具有良好的抗化学性，如发动机机油，变数箱润滑液，润滑脂及其冷塑料材料必须具有良好的抗化学性，如发动机机油，变数箱润滑液，润滑脂及其冷却液等。却液等。n 塑料气门室罩盖必须抗各种冲击，如机械工具的撞击等。塑料气门室罩盖必须抗各种冲击，如机械工具的撞击等。塑料气门室罩盖的技

4、术要求塑料气门室罩盖的技术要求汽车行业金属塑料化的趋势汽车行业金属塑料化的趋势开发阶段发展阶段成长阶段饱和阶段成熟阶段车体翼子板座椅背和盘前端模块电子部件发动机盖板 风扇和壳体仪表盘支架气门室罩盖电子油门踏板模块脚踏板进气歧管电动门窗安全气囊油底壳和变速箱模块座椅构件节气门体燃油泵集成空气燃油模块地盘组件散热器水室变速箱壳体节气门体空气滤清器气门室罩盖材料的发展气门室罩盖材料的发展冲压金属冲压金属铝铝镁镁热固聚酯热固聚酯聚酰胺聚酰胺材料成本材料成本二次加工二次加工集成设计集成设计部件重量部件重量再次利用再次利用各种气门室罩盖材料的比较各种气门室罩盖材料的比较优势缺陷中等气门室罩盖材料的相对重量

5、的比较0204060801001204-cylinder6-cylinder8-cylinderrelative weightMagnesiumAluminumThermoset(SMC)Thermoplastics(PA)Source:3rd Plastic Engine Part Forum 2000 by ASK System engineering Kunststofftechnik气门室罩盖材料的发展气门室罩盖材料的发展气门室罩盖材料生产成本的比较020406080100120140MagnesiumAluminumThermoset(SMC)Thermoplastics(PA)Re

6、lative Production costs4-cylinder6-cylinder8-cylinderSource:3rd Plastic Engine Part Forum 2000 by ASK System engineering Kunststofftechnik气门室罩盖材料的发展气门室罩盖材料的发展n 已验证的技术已验证的技术n 减少了二次加工操作减少了二次加工操作l 焊接,喷涂，机械加工等n 降低成本成的模块化设计降低了整个系统的成本降低成本成的模块化设计降低了整个系统的成本n 集成化设计集成化设计l 油气分离其，挡油板,进气系统,点火系统，以及点火线圈等n 减重减重n 环保

7、环保l 聚酰胺材料的可回收性塑料气门室罩盖应用发展的动力塑料气门室罩盖应用发展的动力塑料气门室罩盖应用在欧洲的快速发展塑料气门室罩盖应用在欧洲的快速发展塑料气门室罩盖应用在北美发展也在慢慢赶上塑料气门室罩盖应用在北美发展也在慢慢赶上潜在成本可以降低潜在成本可以降低30%重量可以降低重量可以降低30%-50%集成其它功能性部件后的总成本可以比金属件降低集成其它功能性部件后的总成本可以比金属件降低50%巴斯夫成功应用塑料进气歧管的材料聚酰胺的牌号为巴斯夫成功应用塑料进气歧管的材料聚酰胺的牌号为Ultramid Ultramid A3WG7(nylon 66,35%GF)Ultramid A3WGM

8、53(nylon 66,25%GF,15%Mineral)Ultramid B3WG6(nylon 6,30%GF)1996 Renault 4 Cylinder1994 Opel 2.0 L 集成油气集成油气分离器的气门室罩盖分离器的气门室罩盖已有已有10年以上的路上实用经验年以上的路上实用经验!塑料气门室罩盖应用发展的动力塑料气门室罩盖应用发展的动力机械性能机械性能(静态和动态负载条件下静态和动态负载条件下)-高刚性和高强度高刚性和高强度-高韧性高韧性-低蠕变低蠕变-具有机械阻尼性具有机械阻尼性热性能热性能-温度升高条件下，具有长期尺寸稳定性温度升高条件下，具有长期尺寸稳定性-在在(-40

9、C to 130C)温度范围内，材料的稳定性和耐冷热变化温度范围内，材料的稳定性和耐冷热变化性性-耐热发动机油的热老化性耐热发动机油的热老化性化学性化学性-耐化学品（热油，洗涤剂，汽油等）耐化学品（热油，洗涤剂，汽油等）光学性能光学性能-极好的外观极好的外观气门室罩盖材料的技术要求气门室罩盖材料的技术要求Property Units Ultramid A3WG7 Ultramid A3WGM53 Ultramid B3WG6 Resin Type Nylon 66 Nylon 66 Nylon 6 Filler 35%GF 25%GF,15%Mineral 30%GF Density g/cm

10、3 1.41 1.48 1.36 Tensile Strength 23 C,dry MPa 210 150 185 Tensile Elongation 23 C,dry%3 2.3 3.5 Tensile Modulus 23 C,dry MPa 11,500 11,800 9,500 Flexural Strength 23 C,dry MPa 300 225 270 Flexural Modulus 23 C,dry MPa 10,000 10,300 8,600 Charpy Impact Strength 23 C,dry KJ/m2 95 100 95 Charpy Notche

11、d Impact Strength 23 C,dry KJ/m2 14 18 15 巴斯夫巴斯夫Ultramid材料可以满足气门室罩盖各种技术要求材料可以满足气门室罩盖各种技术要求 和设计要求。和设计要求。BASF气门室罩盖材料气门室罩盖材料Ultramid Polyamide密封密封 密封温度范围为-40C 和+130C 之间，最高可达 150C 热膨胀的变化 热油热循环测试结构结构 发动机振动引起的动力负载需要优化结构设计，如集成比较重的部件（如.线圈盖)噪音噪音 设计最小化发动机发出的噪音耐化学性耐化学性 耐各种不同的介质和流体(热油,热水/甘油,洗涤剂,汽油等.)外观外观 无喷涂的发动

12、机部件要求高的表面质量1998 BMW 3.0-liter L6 DI Diesel气门室罩盖材料部件的技术要求气门室罩盖材料部件的技术要求重要区域固定的螺栓跨距一般 100 mm螺栓区域的高机械负载法兰/密封区域的结构刚性法兰的平整度/翘曲平整面的结构硬度153x2412345泄漏蠕变泄漏泄漏noise气门室罩盖材料部件的技术要求气门室罩盖材料部件的技术要求153x24结构解决方案固定螺栓跨度的最小化通过螺栓设计或金属件插入在螺栓区域最小化机械负载优化法兰设计的结构刚性最小化翘曲优化平面的结构刚性12345CAE(BASF)OEMSupplierCAE(BASF)CAE(BASF)改进刚性设

13、计，改进刚性设计，双壁设计双壁设计初始设计初始设计气门室罩盖材料部件的技术要求气门室罩盖材料部件的技术要求BASF 塑料气门室罩盖的概念研究塑料气门室罩盖的概念研究:法兰变形和密封压力分布法兰变形和密封压力分布塑料材料的低刚性需要优化塑料部件塑料材料的低刚性需要优化塑料部件的结构刚性。法兰变形分析和密封压的结构刚性。法兰变形分析和密封压力分析是设计优化的基础。力分析是设计优化的基础。经验经验 距离螺栓中心的距离 mm法兰变形比较：聚酰胺和铝聚酰胺/铝-0,200,20,40,60,811,21,41,61,82-300-280-260-240-220-200-180-160-140-120-1

14、00-80-60-40-20020406080 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300Flange deformation d mm*10-1aluminumpolyamideFboltdsF1boltpF2boltsd根据法兰变形和密封压力的技术要求，根据法兰变形和密封压力的技术要求，CAE分析方法分析方法可以优化部件设计的结构硬度可以优化部件设计的结构硬度-0,100,10,20,30,40,50,60,70,80,911,1-320-280-240-200-160-120-80-4004080120160200240280320360400

15、440480密封压力p MPa距离螺栓中心的距离 s mm优化前的压力分布-320-0,100,10,20,30,40,50,60,70,80,911,11,2-280-240-200-160-120-80-4004080120160200240280320360400440480密封压力p MPa距离螺栓中心的距离 mm优化后的压力分布F1boltF2boltF1boltF2boltF1bolt+F2boltF1bolt+F2boltBASF 塑料气门室罩盖的概念研究塑料气门室罩盖的概念研究:法兰变形和密封压力分布法兰变形和密封压力分布距离螺栓中心的距离 mm密封压力的分布密封压力的分布(螺

16、栓跨度螺栓跨度 160 mm)对密封刚性的影响对密封刚性的影响密封压力 p MPaBASF 塑料气门室罩盖的概念研究塑料气门室罩盖的概念研究:密封性能对密封压力的影响密封性能对密封压力的影响例子例子:密封刚性对密封压力的影响密封刚性对密封压力的影响部件结构硬度的优化需要部件结构硬度的优化需要准确的密封材料（橡胶）的准确的密封材料（橡胶）的技术数据技术数据经验经验在早期的设计阶段要求在早期的设计阶段要求密封材料供应商参与设计密封材料供应商参与设计 2,4-320-0,200,20,40,60,811,21,41,61,822,2-280-240-200-160-120-80-4004080120

17、160200240280320360400440480E seal=2,5 MpasoftE seal=5 Mpahard类型类型设计例子设计例子(草图）草图）密封圈密封圈密封应用密封应用U-ProfileT-ProfileO-Profile盖盖(阀阀,气门室罩盖，等气门室罩盖，等)反向表面 主要金属盖 密封圈压缩的结构限制盖盖(阀阀,气门室罩盖，等气门室罩盖，等)反向表面 主要塑料盖密封圈压缩的结构限制所有密封功能的部件所有密封功能的部件(塑料进气歧管，气门室罩盖,油底壳,油泵,等)反向表面 塑料/金属盖 余量设计的密封圈压缩限制limitlimit密封圈的类型介绍密封圈的类型介绍Sourc

18、e:Glckler Sealing Systems GmbH气门室罩盖的设计建议气门室罩盖的设计建议 密封功能的法兰密封功能的法兰min.Good:Try to achieve minimumoffset:screw gasket-lineBetter:Shift“load vector”of screwinto“main-axes”of flange-cross-section(avoid twisting)补偿量Avoid“twisting”the flange due tooffset:screw gasket-line(*)#1#2#3#4#5#6FLANGEForce of Scre

19、w Fs N373525839843873878Height/width of Flange mm9/1014/109/1014/109/1014/10Gap size;width/depth mm 3/4 3/4 3/4 3/4 3/4 3/4 Attached Wall;Height/width mmnono30/330/330/330/32nd momentum of Inertia mm43361341870287881026610426E-Modulus of Flange MPa (*)350035003500350035003500Max.flange deflection wm

20、ax mm1.71.71.71.71.71.7(adjusted by screw forces)SEALINGWidth/Height of Sealing mm5/45/45/45/45/45/4E-Modul of Sealing MPa2.52.52.52.52.52.5(assumption)RESULTSMax.Contact Pressure pmax MPa1.061.061.061.061.061.06Span A mm/w(x)=p(x)=083117186187194195Suggested max.screw span mm5070100100120120(*)以上数值

21、是Ultramid A3WGM53在温度100C的条件下的值概念设计概念设计结构硬度的变化结构硬度的变化(*)常数最大变形量是根据螺栓受力调整 塑料气门室罩盖的设计建议塑料气门室罩盖的设计建议 密封作用的法兰密封作用的法兰max.加强筋max.最大结构硬度最大结构硬度设计有助于影响设计有助于影响密封圈的密封性能密封圈的密封性能 永远不能使用金属永远不能使用金属设计的扁平密密封设计的扁平密密封BASF 气门室罩盖设计的概念研究气门室罩盖设计的概念研究气缸头的固定气缸头的固定各种传统的螺栓紧固系统具有一定范围（可调节或受限制）的各种传统的螺栓紧固系统具有一定范围（可调节或受限制）的CHC-法兰压缩

22、法兰压缩气缸头金属a)b)c)a)螺栓螺栓b)带金属套管的标准螺栓带金属套管的标准螺栓/插入插入c)带金属紧固部件的标准螺栓带金属紧固部件的标准螺栓metalCHC:塑料h无塑料法兰压缩限制的标准螺栓，无塑料法兰压缩限制的标准螺栓，由于蠕变而表现出螺栓应力的急剧由于蠕变而表现出螺栓应力的急剧下降，最终导致潜在的泄漏危险。下降，最终导致潜在的泄漏危险。经验经验BASF 气门室罩盖设计的概念研究气门室罩盖设计的概念研究 发动机噪音辐射的研究发动机噪音辐射的研究部件的噪音辐射来自内部的噪音源（如阀）和动力受激（如发动机振动）部件的噪音辐射来自内部的噪音源（如阀）和动力受激（如发动机振动）内部噪音内部

23、噪音 -部件的相互反射部件的相互反射 -通过壁的传递通过壁的传递 -结构件的传递快慢结构件的传递快慢符号符号 噪音源噪音源/噪音影响噪音影响塑料气门室罩盖表面/动力变形结构余量发动机受激内部噪音源内部噪音源(如阀如阀)动力受激动力受激(发动机振动发动机振动)部件发出的噪音部件发出的噪音部件的噪音辐射来自内部的噪音源（如阀）和动力受激（如发动机振动）部件的噪音辐射来自内部的噪音源（如阀）和动力受激（如发动机振动）内部噪音源（如阀内部噪音源（如阀)动力受激动力受激(如发动机振动如发动机振动)内部噪音内部噪音-结构件的相互反射结构件的相互反射-透过部件壁的传递透过部件壁的传递-结构件传递的快慢结构件

24、传递的快慢部件发出的噪音部件发出的噪音符号符号 噪音源噪音源/噪音的影响噪音的影响部件隔离，通过橡胶固定部件和密封系统部件设计的优化，如加强筋增加硬度。-避免平的表面-球面或/圆面形状的优点BASF 气门室罩盖设计的概念研究气门室罩盖设计的概念研究 发动机噪音辐射的研究发动机噪音辐射的研究BASF 气门室罩盖设计的概念研究气门室罩盖设计的概念研究气门室罩盖的固定气门室罩盖的固定塑料气门室罩盖塑料气门室罩盖-法兰振动法兰振动/隔离噪音的螺栓固定系统（悬浮系统）隔离噪音的螺栓固定系统（悬浮系统）改进了噪音的阻尼行为和噪音的改进了噪音的阻尼行为和噪音的振动问题。振动问题。特殊措施，橡胶隔离组件特殊措

25、施，橡胶隔离组件经验经验新的趋势新的趋势:塑料和橡胶密封组件注塑在一起，塑料和橡胶密封组件注塑在一起，(和和BWM CHC)的隔离组件注塑在一起，的隔离组件注塑在一起，以降低成本。以降低成本。金属螺栓金属螺栓金属套管金属套管橡胶件橡胶件(振动隔离）振动隔离）与与CHC橡胶密封连接橡胶密封连接的橡胶组件的橡胶组件(振动隔离振动隔离)气门室罩盖塑料气门室罩盖成功案例成功案例下部下部:喷涂喷涂车型号车型号:Omega,Senator发动机发动机:柴油机柴油机1.8L/2.0L,L4 供应商供应商:热塑性材料热塑性材料材料材料:Ultramid A3WG5BASF 实例实例 Opel1994Opel

26、气门室罩盖气门室罩盖(CHC)集成油气分离器集成油气分离器中部中部:油气分离设计油气分离设计上部上部:无喷涂无喷涂BASF 实例实例 Renault车型车型:Megane发动机发动机:汽油机汽油机 F7R2.0L,L4,16V 供应商供应商:MGI材料材料:Ultramid A3HG71996Renault 集成油气分离器集成油气分离器和点火装置的气门室罩盖和点火装置的气门室罩盖(coils,wires,plugs)气门室罩盖材料气门室罩盖材料Ultramid PA66-GF25-M15Ultramid 进气模块BMW 3.0-liter L6 DI Dieseljointly made by

27、 Bosch,Mark IV,IBS-Brocke,Joma,SOP 1998BASF 实例实例BMW(M47 and M57)1998BMW CHC 集成模块由材料 Ultramid A3WGM53集成功能:-发动机挥发油气-油气分离-空气过滤-空气流量计-进口噪音阻尼-进入气门室罩盖的空气槽（改进涡流）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步集成油器分离器分离曲轴箱中泄

28、漏的油气混合物集成空气滤清器底座集成空气进气端口Mass air flow metermade of UltradurB 4300 G6BASF 实例实例BMW(M47 and M57)Cylinder head cover for BMWCylinder head cover for BMW 535d3.0-liter L6 DI Diesel,200 kW(272 HP)made by Bosch Ultramid A3WGM53SOP 2005集成分步油器分离器传感器界面集成进气口（旋转通道）挡油板油气分离器一级旋风分离二级旋风分离压力控制阀n 主机厂主机厂l Toyota/Daihat

29、sun 应用应用l 气门室罩盖气门室罩盖 l 进气歧管进气歧管n 发动机发动机/车型车型l 1.0L L3 紧凑型车紧凑型车l Yaris,Vitz,Echon 材料材料l Ultramid B3WG6 BGVWBASF 实例实例Toyota/Daihatsun 主机厂主机厂l Hyundain 应用应用l 气门室罩盖气门室罩盖 n 发动机发动机l L4 DOHCn 材料材料l Ultramid 5268GHSB BK102BASF 实例实例Hyundai创新性创新性潜在降低部件成本潜在降低部件成本潜在减少开发时间潜在减少开发时间高BASF是您的是您的发展伙伴发展伙伴流动&翘曲分析,计算机模拟服务t加工优化材料再生在三个区域有工厂流动分析材料测试加工服务具有有限能力具有有限能力的树脂供应商的树脂供应商了解主机厂需求零部件测试能力全球生产基地t了解以及供应商需求全球生产标准全球同一质量和标准项目管理创新性应用概念长期 (燃料电池)创新性概念中期 (油底壳模块)气门室罩盖的支持噪音和舒适开发支持t全球应用加工服务树脂树脂供应商供应商物性数据 改性材料QS-System BASF 具有能满足技术要求和成本要求的材料 Ultramid已成功应用于气门室罩盖 BASF 有技术经验去开发气门室罩盖气门室罩盖气门室罩盖Ultramid 总结总结