Все большее стремление к увеличению топливной экономичности транспортных средств приводит к тому, что выпускаемые автомобили становятся с каждым днем все легче и легче. Основным источником снижения веса автомобиля пока является снижение веса кузова и шасси, но в недалеком будущем возможности этого источника будут полностью исчерпаны. Принимая это во внимание, специалисты из института Фраунгофера, Германия, обратили свое внимание на еще один массивный узел любого автомобиля, на его двигатель внутреннего сгорания, и сейчас ими ведется разработка технологий, позволяющих наладить выпуск двигателей, некоторые части которых будут изготавливаться из легковесных пластиковых композитов.
Первые попытки снижения веса двигателей автомобилей были предприняты в 1960-х года, когда в двигателях вместо тяжелых металлических начали устанавливаться блоки цилиндров, изготовленные из легкого алюминия или его сплавов. В 1980-х годах были сделаны первые попытки использовать в двигателях пластиковые детали и узлы, способные выдерживать высокие температуры и экстремальные нагрузки. Но в то время эти технологии не получили дальнейшего развития и распространения из-за высокой стоимости производства специализированных композитных материалов.
Подход, предложенный группой NAS (new drive systems) института Фраунгофера, позволил создать 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" - рассказывает 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".
Специалисты института Фраунгофера утверждают, что использование пластиковых композитов позволит не только снизить вест автомобилей, но и обеспечит снижение шума, издаваемого двигателем, и дополнительное снижение количества потребляемого топлива за счет снижения количества отдаваемого двигателем в окружающую среду тепла. Однако, для достижения последнего потребуется решить некоторые проблемы с устойчивостью пластиковых деталей к сильным вибрациям в условиях достаточно высоких температур.
"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".
Кроме проблем с износостойкостью пластиковых деталей, исследователям пришлось решить проблему обеспечения хорошего сцепления пластика с металлом, двух материалов, обладающих различными коэффициентами теплового расширения. Кроме этого, используемые пластики должны быть устойчивы к воздействию машинного масла, бензина, дизельного топлива, этиленгликоля и других компонентов, входящих в состав антифриза.
В конечном счете, исследователи остановились на армированном стекловолокном пластике, состоящем из 55 процентов волокна и 45 процентов смол, содержащих пластиковые гранулы из специального термореактивного материала. Стеклянные волокна, предварительно смешанные с жидкой смолой, впрыскиваются в форму, смешиваясь с полимеризующими материалами. Высокое качество форм позволило избежать необходимости операций окончательной обработки, которые необходимы для доводки металлических деталей после отливки.
Также исследователи пытались использовать более легкие углеродистые соединения. При этом были получены достаточно неплохие результаты за исключением того, что эти соединения обходятся гораздо дороже использованных смол и стекловолокна.
Опытный одноцилиндровый двигатель с пластиковыми деталями будет продемонстрирован общественности на выставке Hannover Messe, которая будет проходить в этом месяце. А чуть позже специалисты института Фраунгофера приступят к изготовлению многоцилиндрового двигателя, на котором будут исследованы все преимущества и недостатки использования пластиковых деталей и узлов.
