凸輪軸模塊是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，目前仍由鋁制成。現(xiàn)在，弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究所的一個(gè)研究小組與他們的合作伙伴合作，成功地利用注射成型工藝，用纖維增強(qiáng)熱固性聚合物制造了一個(gè)凸輪軸模塊。這種輕質(zhì)的設(shè)計(jì)元素有助于降低發(fā)動(dòng)機(jī)重量和降低裝配成本。該模塊目前可用作功能演示。
凸輪軸保證內(nèi)燃機(jī)充油循環(huán)閥的開關(guān)可靠、準(zhǔn)確。這些閥門位于凸輪軸模塊中，其標(biāo)準(zhǔn)材料仍然是鋁金屬。但汽車制造商和供應(yīng)商正在投入巨大的努力，生產(chǎn)輕量化設(shè)計(jì)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及其部件。
減輕重量是減少二氧化碳排放最有效的方法之一。Pfinztal的弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究所的研究人員正在支持汽車工業(yè)的努力，開發(fā)一種由熱固性復(fù)合材料制成的新型凸輪軸模塊。該輕型凸輪軸模塊是與馬勒集團(tuán)和相關(guān)合作伙伴戴姆勒公司、SBHPP/Vyncolit NV和Georges Pernoud合作實(shí)現(xiàn)的。
德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部（BMWi）一直在為該項(xiàng)目提供資金。在選擇合適的聚合物時(shí)，項(xiàng)目合作伙伴選擇了高強(qiáng)度纖維增強(qiáng)熱固性聚合物，因?yàn)樗鼈兡軌虺惺芨邷睾蜋C(jī)械和化學(xué)壓力，例如合成機(jī)油和冷卻劑造成的壓力。研究所的研究員Thomas Sorg說：“我們提供了有關(guān)如何設(shè)計(jì)符合材料和工藝的組件幾何結(jié)構(gòu)的專門知識(shí)，以便它們滿足所有要求。”
“凸輪軸模塊位于氣缸蓋中，因此通常位于動(dòng)力總成的上部安裝空間。在這種情況下，減輕重量是很有意義的，因?yàn)檫@樣做也有助于降低車輛的重心。”
鋁鑄件在鑄造后需要大量的返修，成本高。相反，纖維增強(qiáng)熱固性聚合物允許近凈形狀的制造，因此需要相對較少的返工，這再次降低了生產(chǎn)成本。
此外，在多達(dá)50萬次的成型周期里，熱固性聚合物注射模具的使用壽命明顯高于鋁高壓壓鑄模。此外，與鋁相比，纖維含量高的增強(qiáng)塑料的二氧化碳排放量要低得多，因?yàn)檩p金屬的制造能耗很高。
還有另一個(gè)優(yōu)勢：汽車制造商渴望將噪音降至最低。咔噠咔噠的汽車不僅令人討厭，而且是一個(gè)明顯的競爭劣勢，因此噪音、振動(dòng)和不平順性（NVH）特性在用于評(píng)估車輛質(zhì)量的因素列表中名列前茅。聚合物具有良好的阻尼特性。“這使得優(yōu)化凸輪軸模塊的聲學(xué)性能變得非常容易，”Sorg說。
凸輪軸模塊采用帶有集成軸承的整體式設(shè)計(jì)，換句話說，它是整體制造的，因此縮短了發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠的裝配時(shí)間。汽車制造商從他們的供應(yīng)商那里得到一個(gè)預(yù)裝配的模塊，只需簡單的操作就可以將其安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上。這樣就無需單獨(dú)、耗時(shí)地安裝凸輪軸。這種創(chuàng)新的解決方案還具有一個(gè)額外的優(yōu)勢：凸輪軸軸承高應(yīng)力區(qū)域的鋁嵌件會(huì)吸收直接過來的力量。
盡管熱固性聚合物的硬度僅為鋁的四分之一，但設(shè)計(jì)措施使研究團(tuán)隊(duì)能夠使其實(shí)現(xiàn)最大程度的變形。在發(fā)動(dòng)機(jī)測試臺(tái)上進(jìn)行了600小時(shí)的測試后，輕量化設(shè)計(jì)元素在最先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)中展示了完美的功能。在計(jì)劃的燃油噴射試驗(yàn)的幫助下，項(xiàng)目合作伙伴現(xiàn)在希望能證明其功能性和NVH特性，同時(shí)考慮到燃燒過程中的氣體力。
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