解析汽車(chē)用帶渦輪增壓器的中冷器進(jìn)出氣膠管的

帶渦輪增壓器的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣及出氣中冷系統(tǒng)，一般由空氣濾清器、渦輪增壓器、中冷器及其連接管路等構(gòu)件組成，輸氣管路必須采用橡膠管與鋼管或橡膠管與吹塑管或直接帶波紋的吹塑管連接，借助橡膠或帶波紋的吹塑管良好的柔韌性與減振性，既可以方便管路布局和裝配，又能顯著提高輸氣管路系統(tǒng)緩沖振動(dòng)的能力。新鮮空氣通過(guò)空氣濾清器過(guò)濾和渦輪增壓器增壓后，介質(zhì)氣體經(jīng)壓縮會(huì)較大幅度溫升，溫度一般將達(dá)到150℃～200℃之間，但對(duì)于高增壓比的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，氣體溫度可超過(guò)200℃，甚至達(dá)275℃以上。氣體介質(zhì)經(jīng)中冷器冷卻后又降到60℃以下，從而提高了新鮮空氣的密度，使發(fā)動(dòng)機(jī)可以吸進(jìn)更多的空氣，并能?chē)娙敫嗟娜加?，促進(jìn)燃燒更為充分，達(dá)到降低燃油消耗和排放、提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率的目的。

隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展和越來(lái)越苛刻的環(huán)保要求，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)使用介質(zhì)和環(huán)境中含油和含醇的燃燒氣體通過(guò)曲軸箱通風(fēng)管進(jìn)入整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。雖然發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采取了油氣分離技術(shù)，油氣分離器分為二類(lèi)，一類(lèi)為開(kāi)式結(jié)構(gòu)，另一類(lèi)為閉式結(jié)構(gòu)，開(kāi)式結(jié)構(gòu)指未分離的油氣是直接排放的，不再進(jìn)入整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)，而閉式結(jié)構(gòu)的未分離的油氣沒(méi)有直接排放，需再循環(huán)進(jìn)入整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)，如吉利FE-3/4等車(chē)型采用的1.3T渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)采用的就是閉式油氣分離技術(shù)，即曲軸箱系統(tǒng)產(chǎn)生的油氣經(jīng)油氣分離器后再通過(guò)空氣濾清器出氣膠管再進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)。油氣分離器分離技術(shù)不一，分離效果是太不一樣的，其中國(guó)產(chǎn)油氣分離器分離效果較好的僅能達(dá)到50%，國(guó)外如博世產(chǎn)油氣分離器分離效果最高能達(dá)到80%，即仍有20%～50%含油氣體將再循環(huán)進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)，以避免大部份油氣的直接排放而污染環(huán)境。

由于渦輪增壓器出氣膠管即中冷器的進(jìn)氣膠管在使用過(guò)程中溫度高達(dá)150℃～275℃，如何保證中冷器進(jìn)出氣系統(tǒng)用橡膠連接軟管不會(huì)因高溫油氣產(chǎn)生早期溶脹、爆管、高溫老化后和低溫彈性較低而造成的管口密封不嚴(yán)漏氣漏油等質(zhì)量問(wèn)題，從而影響車(chē)輛的正常運(yùn)行，是一個(gè)值得研究與分析的課題。

一、中冷器進(jìn)氣膠管

中冷器進(jìn)氣膠管使用溫度高達(dá)150℃～275℃，其材料必須滿(mǎn)足優(yōu)異的高低溫性、良好的耐油性及耐氣候性。

（一）橡膠材料的選擇

在應(yīng)用廣泛的橡膠品種中，常見(jiàn)的有天然橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、三元乙丙橡膠、氯化丁基橡膠、硅橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟硅橡膠、氟橡膠。

三元乙丙橡膠、氯化丁基橡膠均比較適合用于長(zhǎng)期使用120℃、短時(shí)使用150℃條件下耐熱老化技術(shù)要求的制品，顯然不適應(yīng)于中冷器進(jìn)氣膠管。而硅橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟硅橡膠、氟橡膠耐高溫都達(dá)到了150℃及以上，其均可作為中冷器進(jìn)氣膠管。

在硅橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟硅橡膠、氟橡膠等具有優(yōu)異耐高溫料中，唯一不具備良好耐油性的材料為硅橡膠，但硅橡膠又是這四種材中價(jià)格最便宜的，其中丙烯酸酯橡膠、氟硅橡膠、氟橡膠價(jià)格分別是硅膠的2倍、17倍、6倍左右。這樣在閉式結(jié)構(gòu)油氣分離系統(tǒng)中的中冷器進(jìn)氣膠管中橡膠材料如果選擇氟硅橡膠、氟橡膠，不具備成本優(yōu)勢(shì)，但丙烯酸酯橡膠耐高溫僅175℃左右，僅適用于小馬力即排氣量1.5T的發(fā)動(dòng)機(jī)上。

采取高分子材料改性與結(jié)構(gòu)化差異設(shè)計(jì)是一條十分有效的途徑。如利用PVC改性用于改善NBR的耐臭氧性能、耐氣候性、耐屈撓性及耐溫性能；利用EPDM改進(jìn)PP的增韌性等；利用不同材料對(duì)膠管進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是較常見(jiàn)的，如三復(fù)合油管（FPM+ECO+ECO）。

將耐高溫且價(jià)格便宜的硅膠與耐油性?xún)?yōu)異的氟硅橡膠、氟橡膠進(jìn)行共混改性，即膠管的內(nèi)襯耐油的膠層、其它部份為硅膠的“內(nèi)氟外硅”結(jié)構(gòu)，達(dá)到既滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)使用要求，同時(shí)又可降低成本的目的，是一種在國(guó)內(nèi)外還未普遍采用的技術(shù)。

氟硅聚合物（FVMQ或FPM/VMQ或氟樹(shù)脂與硅膠的共混改性物等）既具有硅橡膠（VMQ）十分優(yōu)異的耐高低性能及綜合性能，同時(shí)具有丙烯酸酯橡膠（AEM）較好的耐油性能。FPM/VM內(nèi)氟外硅膠管結(jié)構(gòu)就是在膠管的內(nèi)層膠復(fù)合成型一至二層FVMQ或FPM/VMQ或氟樹(shù)脂與硅膠的共混改性物，中間層與外膠層仍采用硅橡膠（VMQ）的一種新型結(jié)構(gòu)，解決了傳統(tǒng)硅膠管耐油性不佳及AEM、ACM膠管耐高低溫性欠佳的問(wèn)題，同時(shí)又能滿(mǎn)足汽車(chē)用中冷器進(jìn)出氣連接軟管越來(lái)苛刻使用條件的新型結(jié)構(gòu)的高分子制品。大眾TL52600和通用GMW15408等均對(duì)FPM/VMQ膠管的主要技術(shù)指標(biāo)如層間粘合力等進(jìn)行了具體要求。

（二）增強(qiáng)層材料選擇

膠管的增強(qiáng)層主要承受管體的脈沖壓力。在高溫下，必須使用耐高溫性能優(yōu)異的芳綸纖維。芳綸有對(duì)位結(jié)構(gòu)與間位結(jié)構(gòu)，美國(guó)杜邦公司Kevlar與Nomex芳綸纖維在汽車(chē)膠管上應(yīng)用最為廣泛。芳綸纖維在300℃左右甚至更高的溫度下可長(zhǎng)期使用，強(qiáng)力保持率可高達(dá)70%以上。

（三）膠管結(jié)構(gòu)

FPM/VM內(nèi)氟外硅膠管結(jié)構(gòu)一般為內(nèi)黑外紅，此顏色組合在商用車(chē)上普遍使用，考慮到乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)倉(cāng)部件顏色的一致性及加工的通用性，大部份要求外部為黑色。

FPM/VM內(nèi)氟外硅膠管結(jié)構(gòu)為FPM內(nèi)膠層+芳綸增強(qiáng)纖維層+VMQ外膠層。

二、中冷器出氣膠管

中冷器進(jìn)氣膠管使用溫度一般為60℃左右，其材料以良好的耐油性及耐氣候性為宜。

（一）橡膠材料的選擇

常規(guī)橡膠均可滿(mǎn)足使用溫度與環(huán)境要求，但僅有NBR、NBR/PVC、CR、CM、CIIR、AEM、ACM、FPM、FVMQ等能同時(shí)完全滿(mǎn)足閉式結(jié)構(gòu)油氣分離系統(tǒng)中冷器出氣膠管的耐油特別是柴油機(jī)的要求。

EPDM在開(kāi)式結(jié)構(gòu)的油氣分離系統(tǒng)中用于中冷器出氣膠管已推廣至國(guó)內(nèi)幾乎所用商用車(chē)主機(jī)廠(chǎng)，但根據(jù)具體使用可靠性來(lái)看，非異形膠管可靠性較高，但異性模壓膠管出現(xiàn)過(guò)批量爆管等質(zhì)量事故而不得不進(jìn)行材質(zhì)更改，同時(shí)還未見(jiàn)其在閉式結(jié)構(gòu)的油氣分離系統(tǒng)中應(yīng)用，主要是EPDM的耐油性不能滿(mǎn)足使用要求。

氯化丁基橡膠工藝性能和物性較差，特別是撕裂性較差、與布層粘合力較差，帶來(lái)管體減震與吸震性降低，容易形成膠管層間分離，造成膠管早期破壞，且價(jià)格偏貴。

以NBR為內(nèi)膠層、NBR/PVC為外膠層結(jié)構(gòu)的膠管雖然可以滿(mǎn)足耐油及耐氣候性要求，但當(dāng)膠管環(huán)境溫度較高時(shí)，其耐氣候性較差，在氣流的脈沖振動(dòng)過(guò)程中，膠管會(huì)早期疲勞，造成爆管。

CR橡膠具有規(guī)整的分子排列和可逆的結(jié)晶性能，因此以其制成的橡膠制品具有良好的穩(wěn)定性和耐老化性，也通滿(mǎn)足耐油性要求，但CR存在工加工藝性較差，主要體現(xiàn)為混煉、壓片、壓延及擠出過(guò)程中的粘輥、尺寸穩(wěn)定性差等。同時(shí)CR還存在低溫性不好。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料及應(yīng)用實(shí)例，目前無(wú)論是從性能還是從成本等方面考慮，在中冷器出氣系統(tǒng)上使用CM橡膠具有極大的優(yōu)勢(shì)。

氯化聚乙烯橡膠（CM）是一種飽和橡膠，有優(yōu)秀的耐熱氧老化、臭氧老化、耐酸堿、化學(xué)藥品性能。

為保證乘用車(chē)整車(chē)的可靠性，乘用車(chē)中冷器出氣膠管也有采用AEM、ACM與FPM/VMQ內(nèi)氟外硅結(jié)構(gòu)，其中FPM/VMQ內(nèi)氟外硅膠管中的硅膠可使用低成本的國(guó)產(chǎn)沉淀法硅膠達(dá)到降低成本的目的。

（二）增強(qiáng)層材料選擇

滿(mǎn)足中冷器出氣膠管使用要求的纖維材料有：芳綸、滌綸、錦綸、維綸、玻璃纖維等。從性?xún)r(jià)比考慮，常規(guī)采用的一般為滌綸、錦綸、維綸，但擠出膠管結(jié)構(gòu)必須采用芳綸纖維。

（三）膠管結(jié)構(gòu)

中冷器出氣膠管有擠出（針織、纏繞、編織）結(jié)構(gòu)與夾布結(jié)構(gòu)二種。

三、結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)用帶渦輪增壓器的中冷器進(jìn)出氣膠管的結(jié)構(gòu)與技術(shù)，隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，已由傳統(tǒng)的材料向新型改性材料方向發(fā)展，高可靠性、低成本的高分子材料的應(yīng)用，同時(shí)又推動(dòng)了汽車(chē)工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。新型的FPM/VM內(nèi)氟外硅膠管及CM膠管是帶渦輪增壓器的中冷器進(jìn)出氣膠管的先進(jìn)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外近二年才開(kāi)始規(guī)模應(yīng)用，如上海通用、奇瑞轎車(chē)、華晨轎車(chē)、長(zhǎng)安轎車(chē)已批量使用，具有非常巨大的前景，同時(shí)也為吉利（FE/FC/NL/KC）等相關(guān)車(chē)型產(chǎn)品的改進(jìn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)參考與支撐。