蓋世汽車訊 汽車中使用塑料可以減輕車輛重量。不過，目前，動力系統關鍵組件凸輪軸模塊仍然是鋁製部件。據外媒報道，德國弗勞恩霍夫化工技術研究所（Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT）的一支研究團隊與夥伴合作，利用纖維增強型熱固性聚合物打造了一個凸輪軸模塊。此種輕量化設計元素有助於減輕發動機重量、降低組裝成本，目前只是一種功能演示產品。

（圖片來源：弗勞恩霍夫化工技術研究所）

凸輪軸能夠確保內燃機充氣閥可靠且準確地開啓和關閉。此類閥門位於凸輪軸模塊內，標準制造材料仍是鋁金屬。不過，汽車製造商和供應商都在大力實現動力系統及其零部件的輕量化設計。減輕重量也是減少二氧化碳排放量的最有效方法之一。弗勞恩霍夫化工技術研究所的研究人員正採用一種由熱固性複合物材料製成的凸輪軸模塊，爲汽車行業提供支持。該輕型凸輪軸模塊由ICT與馬勒集團（MAHLE Group）、戴姆勒公司、SBHPP/Vyncolit NV和Georges Pernoud合作研發，德國聯邦經濟事務和能源部（BMWi）也一直在爲該項目提供資金支持。

在選擇合適的聚合物時，該項目的合作伙伴們選擇了高強度、纖維增強型熱固性聚合物，因爲此種聚合物可承受高溫，以及合成機油和冷卻劑等造成的機械和化學壓力。ICT的研究人員Thomas Sorg表示：“我們提供有關如何設計組件的幾何形狀以適應材料和工藝的專業知識，讓組件最終能夠滿足所有要求。該凸輪軸模塊位於氣缸蓋內，通常安裝在動力系統上部，因此減輕其重量非常重要，因爲還能夠降低車輛的重心。”

鋁鑄件在鑄造之後需要多次返工，因而成本很高。纖維增強型熱固性聚合物可實現近終形（near-net-shape）的製造，相對而言，幾乎無需返工，可降低生產成本。此外，熱固性聚合物注塑模具的使用壽命明顯長於鋁高壓壓鑄模具。而與鋁相比，纖維含量高的塑料部件的二氧化碳排放量也低得多，因此此種輕型金屬（鋁）的製造過程耗能很大。

此種聚合物還有一個優勢，能夠滿足汽車製造商將噪音排放降至最低的要求。咔嗒作響的汽車不僅讓乘客心煩，也是一項明顯的競爭劣勢，因而NVH（噪音、振動和不平順性）也是評估車輛質量的重要因素，而該聚合物擁有良好的阻尼特性，可優化凸輪軸模塊的聲學性能。

（圖片來源：弗勞恩霍夫化工技術研究所）

該款凸輪軸模塊採用整體式設計，集成了軸承。由於採用了一體化生產，因而減少了發動機製造廠的裝配時間。汽車製造商從供應商處收到一個預先組裝好的模塊，只需幾個簡單的操作就可以將其安裝到發動機上，無需再花費時間單獨安裝凸輪軸。該創新解決方案還有一個優點：凸輪軸軸承高應力區的鋁插件會吸收直接力量。

在發動機試驗檯上對該凸輪軸進行初始測試，研究人員就觀察到其具備良好的工作性能，而且與鋁基準部件相比，減輕了重量。研究人員表示：“與利用輕金屬製成凸輪軸模塊相比，我們可以利用熱固性聚合物材料更輕易地製出凸輪軸模塊，而且在注塑過程中，能夠以更經濟的方式進行生產。”研究人員還利用仿真技術，在製造過程開始前設計和驗證產品原型。“雖然熱固性聚合物的剛度只有鋁的四分之一，但是我們採用的設計法實現了最大允許變形度。”經過在發動機試驗檯上的600小時測試，配備於最先進內燃機中的凸輪軸模塊採用了輕量化設計元素，展示出完美的功能。在燃油噴射測試計劃的幫助下，項目合作伙伴想要在考慮到燃燒過程中氣體力量的情況下，證明該凸輪軸模塊的功能和NVH特性。

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