Compartimentul motor

Compartimentul motor

Cu toate ca literatura de specialitate il descrie ca "sub capota" sau "sub palarie si tinand seama de extremele climatice, compartimentul motor este in esenta un mediu dificil pentru plastic. Inevitabil polimerii bazati pe legatura carbon-carbon sunt materiale sensibile la caludra dar totusi motoarele functioneaza mai eficient la temperaturi inalte. Aceasta aparenta nepotrivire este continuu inrautatita de noile tendinte de design care introduce mai multe componente in spatii mai mici cu o vairatie tot mai restrictionata. Atacul variatelor chimicale la temperatura inalta si improscarea cu noroi si pietre completeaza tabloul mediului ostil.

Compartimentul motor desigur contine cele mai multe din componentele de precizie sofisticate, proiectate in mod traditional in jurul stranselor tolerante dimensionale ale ingineriei metalelor. Mai mult industria auto si-a dezvoltat o cultura a fiabilitatii si eficacitatii costului de productie in care riscurile mari nu sunt deloc incurajate. Avand in vedere acesti factori putem spune ca orice aplicatie de plastic a devenit parte a compartimentului motor, aflandu-se acolo din motive serioase.

In ultimii 40 ani a fost o crestere constanta in variante si scop a rezervoarelor din plastic de sub capota. Rezervoarele spalatorului de parbriz a fost primele ---- de tot mai multe aplicatii.

Referitor la intrebarea "De ce plastic ?" din Capitolul I se sugereaza ca in compartimentul motor directia principala pentru aceste aplicatii au fost reducerea coroziunii, zgomotului si mentenantei impreuna cu potentialul consolidarii partilor si asamblarii usoare.

Oricum au fost multe carcase unde aplicatiile din plastic nu s-au dezvoltat in productie chiar daca performantele materialelor au fost demonstrate. Motivele sunt complexe dar de obicei implica dificultatea justificarii costurilor foarte ridicate.

In prezent noi polimeri de inalta performanta apar de la furnizorii de materiale. Deseori ei obtin succes in aplicatiile spatiale sau de aparare sau chiar la Formula 1, totusi esueaza in a sterge bariera costurilor industriei motoarelor. Situatia pare mai putin probabil sa se schimbe in anii 1990 decat in 1980. In 1988 BMW a incercat cuantificarea calificarii costurilor pentru componentele motorului: a fost spus ca peste 150°C fiecare depasire a barierei cu 10°C costa 2,6DM/kg (1,3E/kg). Totusi acest lucru poate fi manipulat sau actualizat, concluzia fiind ca cel mai scump plastic de inalta performanta nu va atinge o prezenta semnificativa in productia de serie. Industria de motoare se va descurca si fara ele.

Sistemul de racire.

Ventilatoarele din plastic si carcasele de ventilatoare au aparut in folosinta la inceputul anilor 60. Erau evidente avantajele inlocuirii metalelor de fabricatie laborioasa cu o piesa injectata din plastic. Recent descoperit PP care oferea termobilitate la costuri scazute era cel mai bun pentru ventilatoare. Datorita temperaturii ambiante mai ridicate sau o mai mare ---- --- au impus specificatii mai bune pentru material.

Un inceput a fost introducerea ventilatorului cu 5 palete de catre Mercedez in 1968. Alte inovatii similare au urmat. Temperatura crescuta a impus o schimbare catre fibrele de sticla ranforsata cu PP, rezistenta mai mare a impus orientarea spre fibra ranforsata cu nylon pe cand o rezistenta buna la impact a dus la orientarea spre nylon neranforsat. Pentru o clima cu foarte mult praf Peugeot a introdus ventilatorul din nylon 66 ranforsat. Piata in 1990 a fost de-a intregul capturata de PA si PP amandoua ranforsate si neumplute (structuri tubulare).

Pentru carcase de ventilator principala cerinta este rigiditatea deseori in sectiunile chiar subtiri preponderand rezistenta la impact.

Materialele pe baza de sticla ranforsata sunt de aceea aproape universal folosite in special PP ranforsate cu SMC si GMT----crescand evident precum nylonul ranforsat. In 1980 Peugeot a introdus in premiera si dezvoltat intregul panou frontal in care carcasa ventilatorului este consolidata intr-o structura mai larga.

Circulatia agentului de racire.

Cel mai mare succes in folosirea plasticului in sistemul de racire este acela a bazinelor radiatoarelor. Acest lucru a fost dezvoltat in parte de Sofica(acum Valco) in 1970 pentru Volkswagen Pasat.

A inlocuit traditionalul bazin de cupru -------------prin lipire cu contur printr-o asamblare a aluminiului cu plasticul prin presare directa. Aceasta a constituit o inovatie clara; in mod semnificativ nici Sofica nici VW nu erau implicate direct in sisteme de racire pe baza de apa la timpul respectiv.

Teste foarte dure ulterior realizate au demonstrat ca in conditii de temperatura,--------si inalta presiune, ca fibra de sticla cu nylon 66 ranforsata este catalogat cel mai bun material pentru bazine.

Douazeci de ani mai tarziu si multe milioane de bazine nu au fost necesare sa modifice aceasta teorie decat unele modificari minore pentru a imbunatati rezistenta hidraulica. Cateva modele italiene si franceze au folosit radiatoare cu bazine din PPO datorita avantajelor dimensionale conferite de un material amorf cu coeficient de contractie foarte mic, dar pe termen lung rezistent la oboseala s-a demonstrat a fi inferioara nylonului ranforsat.

Problemele dimensionale intalnite in proiectarea unui bazin fara scurgeri si cu coeficient de contractie mic pot fi destul de serioase.

Doi factori au contribuit la solutionare:

-primul factor consta in folosirea garniturilor, care se acomodeaza la diferentele dimensionale dintre cele doua materiale;

-al doilea factor consta in prevederea anisotropiei materialului de la proiectarea utilajului de injectare.

Sistemul de racire al motorului este un foarte exact mediu continutul de glicol poate depasii 50%, temperatura poate atinge 130°C si presiunea aproape 2 bar. Probabil ca surprinde faptul ca un polimer ca nylon 66 poate sa aiba asemenea performante si asta datorita rezistentei adeziunii dintre sticla si polimer.

Ceilalti factori sunt perioada relativ scurta de functionare a masinii (5000 ore) si faptul ca doar suprafata interioara vine in contact cu agentii chimici agresivi.

Carcasele pompei de apa si termostatelor au fost demult avute in vizor de catre producatorii de plastic.

In zilele noastre rezervoarele de expansiune sunt de asemenea din material plastic. Acestea se obtin din doua parti turnate sub presiune tn sticla ranforsata cu PP si sudate. Tendinta de consolidare a presupus aparitia de sisteme unde vasul de expansiune este legat in imediata apropiere a bazinului de radiator sau chiar turnate impreuna intr-o singura piesa. O alta solutie la Jaguarul XJ6 este un ----- ----- ----------in sticla ranforsata cu naylon. Exista inovatii care simplifica asamblarea prin consolidare, si anume tubulatura este facuta din PP si PA.

Structurile de sub capota.

Aceste structuri care acum constituie un important grup de componente din plastic isi are originea la Peugeot VERA din 1983. Prin 1987 Peugeot a stabilit trei sisteme diferite pentru fabricarea panourilor de ventilatie care au constituit suportul pentru carcasele simple de ----------la structuri mai mari de 2kg care suportau cateva componente functionale si inchizand partea frontala a caroseriei. Modelu 205 a avut un cadru turnat din naylon 66 cu 20% sticlaranforsata care inlocuia 27 parti de metal. Pentru modelul 309 a fost produs un cadru similar dar mai greu.

Citroen-ul GSA, Vise si CX au fost echipate cu carcase turnate in SMC. Acelasi principiu a fost implicat in cele trei versiuni, alegerea facandu-se pe baza cerintelor de material in functie de cerintele de rigiditate, metode de fixare, cantitate, investitie. In mod nesurprinzator modelele diferite au rezulatat in variante diferite.

Cele mai mari structuri de acest fel au fost dezvoltate pentru Peugeot 405 si 605 precum si pentru Citroen XM, acestea fiind presari in SMC cantarind 8kg. Robotizarea a condus la eficientizarea productiei la structuri mari pe care alte 30 componente sunt atasate. Ideea a fost preluata de alti constructori si dezvoltata. In 1992 VW Golf a avut GMT-pp pentru partea frontala. Cu 3,7kg este mai mica decat SMC dar indeplineste alte 16 functii. Invelisul din plastic al motorului cu poliester ranforsat s-au regasit in modelele Golf, cu rezistenta mai mult decat acceptabila si cu o reducere a greutatii de circa 3-4kg. Totusi au existat dubii asupra rigiditatii torsionale iar proiectarea nu era eficienta din punct de vedere al costurilor.

Daimler Benz a experimentat o solutie din rasini epoxidice ranforsate separat cu fibre ceramice si de carbon: acestea au rezistat la un impact de 50km/h dar au prezentat un dezavantaj din punct de vedere al costurilor. Mai departe experimentele sau canalizat in obtinerea unor rezultate impuse in locuri specifice prin concentrarea uni-directionala a fibrelor. Reducerea greutatii posibile in acest fel si avantajele de performanta vin sa sprijine aceste directii cu toate ca sansele ca ele sa ajunga in productia de serie sunt foarte mici.

Transmisia.

Sistemele de transmisie contin un numar enorm de componente din plastic a caror existenta nu este banuita de publicul motorist.

Daimler Benz a declarat ca o masina poate sa aiba peste 100 parti de plastic in sistemul de transmisie care nu totalizeaza 1kg greutate. Coliviile de rulmenti sunt printre cele mai multe. Acestea se folosesc de la inceputul anilor 1960 iar in prezent se gasesc in asamblari de importanta criciala cum sunt cele de la ambreiaj, diferential, cutie de viteze etc.

Cel mai folosit material este nylon 66. Acest material poate fi folosit pana la temperatura de 90°C pe termen lung cu sarcini care nu sunt excesive. Fibra de sticla cu PA 66 este folosita pana la 120°C si cand incarcarea este prea mare pentru polimeri neranforsati. Peste120°C rezistenta la coroziune pe termen lung a PA 66 este incerta iar in acest interval de temperatura pana la 180°C PES se stabilizeaza in general la ranforsarile din sticla. Mai nou mai putin pretuitul polimer PA 46 cu fibra de sticla ranforsata de inalta performanta ocupa mijlocul intervalului de 120-180°C. Nylon 46 se foloseste pentru peretii cutiilor de viteze care lucreaza in conditii similare.

Compartimentul ambreiaj.

Acesta este o noua zona care contine multe mici, de obicei neobservate dar foarte eficiente si economicoase componente de plastic. Nylonul a fost un important ingredient pentru multi ani pentru rulmentii abreiajului.

Garniturile de frictiune au fost facute din fibre aramid care au inlocuit azbestul.

Hidraulica ambreiajului a depins de plastic multi ani. Rezervoarele de lichid sunt de obicei facute din polipropilena turnata sub presiune si din PA cu sau fara ranforsare.

Mecanismul de schimbare a treptelor.

Acesta este un domeniu in care noutatile sunt binevenite, care combina lubrifierea cu buna rezistenta la rupere si temperatura. La Audi 80 mecanismul de schimbare a treptelor este compus din nylon si PTFE de asemenea siliciu si fibra de sticla; in alta situatie un tub actuator din PPS se misca intr-o carcasa PEI pentru o schimbare automata de treapta.

O alta aplicatie este carcasa cutiei de viteze aceasta a fost realizata din fibra de sticla ranforsata cu PA 66 pentru Renault 5 din anii 1970.

Arborii elicelor.

Avantajele fibrei continui ranforsate au atras proiectanti de automobile de multi ani. Beneficiile sunt considerabile in reducerea sunetului si vibratiilor precum si o evidenta reducere de greutate.

Arborii elicelor au fost confectionati din plastic pentru masinii mici in 1980 de VW si Renault. Foarte multa cercetare a fost facuta pentru Audi Quatro Sport in 1990: arborele elicei din fibra de carbon ranforsata cu rasini epoxidice s-a comportat extrem de bine in conditii foarte dure, realizandu-se inclusiv teste de impact. Costurile erau totusi departe de productia de serie. In 1993 productia versiunii Quatro integrala a lui Renault Espace a inceput prin fabricarea unui exemplar care continea 75% carbon si 25% sticla cu o matrice de rasini epoxidice.

Partile auxiliare ale motorului.

PP a inceput sa fie acceptata de-a lungul anilor 1970 ca un despartitor eficient si ieftin pentru carcasa filtrului de aer expusa la cald si agentii chimici direct deasupra blocului motor. Formele variate au fost folosite ca ranforsari de sticla sau umplere-------pentru proiecte mai mari. Turnarea sub presiune a asigurat aconomicitate in antiteza cu fabricarea pe baza de metal.

In cele mai multe asamblari ale filtrului de aer filtrul in sine este prins cu o spuma PUR de mare densitate care formeaza si o garnitura intre corpul filtrului si carcasa. Tubulatura de aer in general localizata langa galeria de evacuare este turnata din nylon ranforsat cu sticla pentru ca rezista mai bine la deformarea la caldura.

Circulatia uleiului.

Componentelor care vin in contact cu uleiul si din jurul uleiului motorului le sunt impuse cel putin 5000 ore de functionare la temperaturi de 130°C in conditii normale, uneori atingand si 160°C. Pentru componentelor din afara carcasei temperatura de functionare se afla in intervalul de 110-130°C. Capacele de ulei se gasesc de obicei in ulei si sunt realizate din nylon 66. PP a fost utilizata pentru capace mai mari care incorporeaza si supapele de aerisire.

Carcasele filtrului de ulei sunt realizate din nylon ranforsat si fenoli.

Pompa de ulei.

Acest domeniu a atras atentia fabricantilor fara ca acestia sa masoare recompensa pentru efortul depus.

Principalele dificultati constau in temperatura inalta (160°C) si tendinta de scurgeri la limita imbinarii intre plastic si metal. Mai trebuie luat in considerare si faptul ca majoritatea pompelor sunt relativ simple si ieftine la fabricatie.

Analiza masuratorilor sistemului de ungere si racire din punct de vedere al temperaturilor indica faptul ca o schimbare spre o pompa de ulei compozita ar permite motorului sa atinga temperatura optima de lucru mai repede dar acest fapt nu justifica costurile.

Plasticul neranforsat nu este suficient de rigid si insuficient de rezistent.

Nylon 66 ranforsat cu sticla a fost acceptat pentru un timp in state la inceputul anilor 1980 dar a fost repede retras. Cateva versiuni de SMC cu ester vinilic ca matrice au fost facute pentru vehicule grele si Porche 944 in 1987. Competitia a fost pentru aluminiu SMC-ul a aratat o treime in reducerea greutatii si costurilor si a supravietuit testului la impact.

Invelisul amortizorului.

Cilindrul de protectie al amortizoarelor din plastic au fost in vizorul specialistilor de multi ani. A avut un start in state in 1981 cand AMC a introdus nylon-ul 66 ranforsat cu fibra de sticla. Ca si alte concepte a cedat datorita scurgerilor. Se folosesc in Europa pentru Citroen AX impreuna cu Poliaramid iar VW a ales PET-ul ranforsat pentru motorul VR-6.

Totusi BMC-ul este preferat datorita stabilitatii dimensionale si la supraancalzire, inclusiv de catre Ford.

Cilindrul de protectie din plastic este preferat deoarece costurile de fabricatie sunt rezonabile. Acoperisul pentru valve la V6-3litri al lui Ford Taurus este realizat din ester vinilic cu BMC. De mentionat ca acest lucru reduce greutatea cu 40% precum si vibratiile si zgomotul.

Invelisul motorului.

In zilele noastre multe modele includ un invelis la motor recunoscand relevanta acestuia la vanzare dand un aspect deosebit compartimentul motor.

Are si rolul practic de a proteja componentele mici in special circuitul electric, de praf si deteriorari. Nylon umplut cu minerale se foloseste pe scara larga in SUA.

Galeria de admisie.

Una din cele mai bune realizari din plastic in compartimentul motor de-a lungul anilor 1980-1990 a fost realizarea galeriei de admisie in special pentru motoarele cu injectie. Aceasta prezinta clare avantaje precum

reducerea costurilor

reducerea greutatii cu 50%;

-suprafata interioara mult mai fina.

Mai mult conductibilitatea termica scazuta duce la o mai rapida incalzire a motorului, temperaturi de ardere mai mari si emisii mai scazute de HC.

Problemele intalnite la galeriile de admisie arata ca procesul este costisitor si dificil. Materialul preferat este PA 66 ranforsat cu 35% fibra de sticla . Primul succes in productie a fost in 1990 cu BMW 6 cilindri. Ford si-a dat seama de o mai buna rezistenta la vibratii, oboseala si impact si au adoptat-o pentru motoarele ----- ----- ----

Sistemul a fost adoptat si de BMW V8 in 1992 cantarind 3,5kg. Acesta a fost unul dintre cele mai complexe realizari.

Rover a avut succes cu o galerie facuta din sticla Du Pont ranforsata cu nylon. Aceasta elimina problema greutatii dar se poate executa doua conditii: suprafetele de imbinare sunt simple si presiunea interna nu este prea mare. BASF a spus in 1992 ca Peugeot folosea pentru motoare diesel nylon-ul ranforsat cu sticla.

Compartimentul sistemului de alimentare.

Varietatea de combustibil existenta in lume incepe sa aiba un efect in alegerea plasticului pentru aceste compartimente. Nylon-ul rezista excelent la petrol. PA 66 are o comportare  satisfacatoare la 8515 petrol/etanol dar nu este acceptabila la un combustibil cu 15% metanol. Pentru asemenea combustibil este ales acetal sau mai costisitorul PPS sau PES.