مواد ترموپلاستیک در موتورهای توربوشارژ

به گزارش پدال نیوز به نقل از صمت ،برای تحقق هدف دوم یعنی کاهش وزن گاهی به‌کارگیری مواد ترموپلاستیک (thermoplastics) به عنوان مواد سازنده در طراحی ابزار و وسایل، ویژگی‌هایی همچون وزن کمتر و عملکرد بهتر را نسبت به استفاده از فلزات درپی دارد. رایج‌ترین ماده ترموپلاستیکی که در ساخت اجزای موتور مورداستفاده قرار می‌گیرد، پلی‌آمید (Polyamid) است که به صورت رایج در تولید، منیفولد (چندراهه) هوای ورودی مورد استفاده قرار می‌گیرند و در واقع نزدیک به 30 سال است که از پلی‌آمیدهایی همچون PA6 و PA66 در ساخت اجزای خودرو استفاده می‌شود. این مواد استحکام مکانیکی منحصر به فردی دارند و قادر هستند در محیط‌هایی با محدوده دمایی 180 تا 200 درجه سانتیگراد کارکردی مطلوب داشته باشند.
 
 
مواد ترموپلاستیک در موتورهای توربوشارژ
در موتورهای توربوشارژ، توربینی در مسیر گازهای خروجی قرار می‌گیرد تا کمپرسوری که قرار است هوای ورودی را با فشار بیشتر به سیلندرها تزریق کند، به حرکت درآورد بنابراین دمای هوای ورودی به علت اعمال فشار سریع، بالا می‌رود و احتمال احتراق خود به خودی را هنگام تزریق بنزین افزایش می‌دهد. حال برای جلوگیری از این اتفاق نیاز به یک وسیله کمکی احساس می‌شود که امروز با به‌کارگیری کولر هوای شارژ (charge air cooler) که نوعی اینترکولر(intercooler) است بین توربوشارژر و منیفولد هوای ورودی این نیاز برطرف شده است. این نیاز زمانی احساس می‌شود که در بعضی از طراحی‌های موتور توربوشارژ، دمای هوایی که از توربوشارژر خارج می‌شود به بزرگی 230 درجه سانتیگراد است که حتی در شرایط اعمال فشار زیاد این دما می‌تواند به 260 درجه سانتیگراد نیز برسد. CAC یا اینترکولر وسیله‌ای است که عمل تبادل گرما را به شکل «هوا به هوا» و «هوا به مایع» در موتورهای توربوشارژ و سوپرشارژ انجام می‌دهد. درواقع اینترکولر در شرایط نزدیک به حالت هم‌فشار با کاهش دمای هوای ورودی و افزایش چگالی آن باعث می‌شود هوای بیشتری وارد موتور شود که این امر افزایش عملکرد حجمی را درپی دارد. امروز توسعه اینترکولرهای «هوا به مایع» به علت کاهش طول لوله هوا که کاهش افت فشار آن را در پی دارد رونق یافته است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که بهترین ماده سازنده برای طراحی منیفولد هوای ورودی (AIM) برای موتور توربوشارژ ماده‌ای است که بتواند دو خواسته کاهش وزن و استحکام در برابر دمای بالا را پاسخگو باشد که یکی از این گزینه‌ها، می‌تواند مواد ترموپلاستیک باشد.
شرکت هلندی DSM (Dutch State Mines) که یکی از پیشگامان تولید قطعات موتور است توانسته مجموعه‌ای از مواد ترموپلاستیک با کارآیی بالا را برای تولید منیفولد هوای ورودی ارائه دهد.
همچنین این شرکت هلندی توانسته است که یکی از آخرین توسعه‌ها در موتورهای توربوشارژ یعنی  الحاق اینترکولر به منیفولد هوای ورودی و استفاده از مایع به جهت خنک کردن موثرتر هوا به جای استفاده از سیستم «هوا به هوا» را ارائه دهد. این فناوری منجر به کاهش طول لوله‌گذاری می‌شود که در گذشته این لوله‌گذاری به دلیل رساندن سیستم «هوا به هوا» به جلوی خودرو انجام می‌شد. شرکت DSM در این فناوری جدید از ماده Stanyl polyamide 46 که ابداع خود شرکت است استفاده می‌کند که در واقع این ماده، پلی‌آمیدی است که به طور ذاتی خواص گرمایی بهتری نسبت به پلی‌آمیدهای معمولی را دارا بوده و از 40 درصد فایبر گلاس فشرده تشکیل شده است.
 
 
الحاق اینترکولر «هوا به مایع» (LCAC) به منیفولد هوای ورودی (AIM)
درواقع الحاق اینترکولر «هوا به مایع» (LCAC) به منیفولد هوای ورودی (AIM) از جنس  Stanyl polyamide 46 منجر به برداشتن یک گام موثر در بهبود عملکرد موتور، کاهش تاخیر در عمل توربوشارژ شده است که البته هنوز کمبودهایی در این فناوری احساس می‌شود. برای نمونه این الحاق باعث تغییر هندسه منیفولد می‌شود که این تغییر هندسه می‌تواند منجر به کاهش سختی و استحکام منیفولد شده و این امر در دماهای بالا می‌تواند اثرگذار تر باشد. همچنین هندسه جدید باید از موادی ساخته شود که اگر برای نگهداری سایر قسمت‌ها نیاز به اعمال فرآیند جوش باشد، محدودیتی را ایجاد نکند.
 
علی اسراری - کارشناس ارشد ایران‌خودرو
سید مرتضی قدمگاهی - کارشناس ارشد ایران‌خودرو
علیرضا میرزامحمدی - کارشناس ارشد صنعت خودرو