Пластиковый двигатель внутреннего сгорания

Стремясь добиться всё большей экономии топлива, производители автомобилей уменьшают всеми доступными путями их массу, в первую очередь за счёт кузова и шасси. Но кроме последних стараются снизить массу других узлов и агрегатов, в частности двигателя. Широко распространено, а скорее даже стало нормой, использование сплавов алюминия в двигателе внутреннего сгорания, что снижает массу двигателя иногда до 40% относительно аналогичного, где используется чугун. Возможно, настало время сделать ещё один шаг и перейти к частично пластиковому двигателю.

Точно также, видимо, подумали и учёные из института Фраунгофера (Германия), создавая двигатель внутреннего сгорания (новость о котором совсем недавно облетела интернет), некоторые части которого будут изготавливаться из легковесных пластиковых композитов. Немецкие учёные надеются на скорое внедрение двигателя из пластика в производство.

Но всё не так радужно, так как ещё в 1979 году Матти Хольцберг основал компанию Polimotor, в основной задачей которой было создание двигателя с как можно большим количеством пластиковых деталей. Первый полимерный мотор был клоном 2,3-литрового четырехцилиндрового двигателя от «Ford Pinto»: из пластика были сделаны блок цилиндров, поршни, шатуны, картер и большая часть головки цилиндра. Для изготовления головки поршня и вкладышей камеры сгорания (гильзы) использовались алюминий и сталь. Коленчатый вал и клапаны сделаны также из металла. Мощность двигателя из пластмассы была доведена до 300 л. с., а масса снижена до 69 кг (оригинальный мотор выдавал 88 л. с. при массе в 188 кг).

В 1980-х автомобили с пластиковыми моторами участвовали в автогонках, где показали свою надежность, но заинтересовать крупных автопроизводителей не смогли. Так как стоимость производства специальных композитов, способных выдержать значительные механические и тепловые нагрузки, была в то время слишком высока.

Подход, предложенный группой NAS (new drive systems) института Фраунгофера ориентирован именно на создание массового двигателя. Поэтому в институте создали экспериментальный одноцилиндровый двигатель, большинство узлов которого изготовлено из армированного волокном специального пластика, который походит для метода инжекционной формовки.

“Мы использовали армированный волокном композитный материал для изготовления кожуха одноцилиндрового опытного двигателя”, – говорит Ларс-Фредрик Берг (Lars-Fredrik Berg), руководитель данного проекта, – “Этот кожух весит на 20 процентов меньше алюминиевого корпуса, а стоимость его изготовления остается на прежнем уровне”.

Преимущество использования пластиковых композитов в двигателе заключается не только в снижении общей массы автомобиля, но и в уменьшении шума, издаваемого двигателем, а также дополнительном сокращении расхода топлива, за счет снижения количества отдаваемого двигателем в окружающую среду тепла – некое приближение к адиабатному двигателю.

Достичь последнего не так легко, так как существуют проблема устойчивости пластиковых деталей к сильным вибрациям в условиях достаточно высоких температур. Кроме этого, исследователям пришлось решить проблему обеспечения хорошего сцепления пластика с металлом, двух материалов, обладающих различными коэффициентами теплового расширения. Помимо этого, используемые пластики должны быть устойчивы к воздействию машинного масла, бензина, дизельного топлива, этиленгликоля и других химических веществ, воздействию которых может подвергнуться мотор.

“Мы тщательно изучили конструкции различных типов двигателей внутреннего сгорания и идентифицировали области, подвергающиеся сильным тепловым и механическим нагрузкам”, – рассказывает Ларс-Фредрик Берг, – “В этих местах мы используем металлические вставки, позволяющие увеличить износостойкость двигателя в целом”.

В итоге в качестве материала был выбран армированный стекловолокном пластик. Он состоит из 55% волокна и 45% смол, содержащих пластиковые гранулы из специального термореактивного материала. Стеклянные волокна, предварительно смешанные с жидкой смолой, впрыскиваются в форму (метод инжекционной формовки), смешиваясь с полимеризующими материалами. Высокое качество форм позволило отказаться от дополнительной обработки, которая необходима для доводки металлических деталей после отливки.

Опытный одноцилиндровый двигатель с пластиковыми деталями был показан на выставке «Hannover Messe» (Ганноверская промышленная ярмарка – 13-17 апреля 2015 года). В планах исследователей уже изготовление многоцилиндрового двигателя, на котором будут проанализированы преимущества и недостатки использования пластиковых деталей и узлов.

Пластиковый двигатель внутреннего сгорания

Читайте также

Комментарии