Обозначение DD13/DD15 охватывает ассортимент высококачественных дизельных двигателей для грузового автотранспорта, рабочий объём которых составляет около 13 и 15 литров соответственно. Изготовителем таких двигателей является американская компания Detroit Diesel Corporation – дочернее подразделение концерна Daimler, которое специализируется на выпуске двигателей для грузовиков. Детали из полиамида от BASF для данных двигателей производятся немецкой фирмой ElringKlinger.

Лёгкие трубки из Ultramid устойчивы к высоким температурам

Тенденция к использованию облегчённых компонентов постепенно распространяется и на сегмент грузовых автомобилей. В данном случае, применительно к двигателям DD13/DD15, цель состоит в замене тяжёлых металлических деталей на лёгкий пластик, причём без ущерба для эксплуатационных характеристик. Так, трубка воздухозаборника, изготовленная из полиамидного материала производства BASF, весит на 1,8 кг (или на 50%) меньше по сравнению с аналогичным изделием из алюминия.

Высокая устойчивость специального полиамида Ultramid® A3W2G6 из серии PA 66 к термическому «старению» подтверждается испытаниями в условиях пульсирующего давления и нагрева до 140оС. Трубка воздухозаборника должна выдерживать воздействия давления в интервале от 0,4 до 3,5 бар в течение 3.000 часов – таковы специальные требования, предъявляемые в сегменте коммерческих автомобилей. Источником подобных воздействий является смесь всасываемого свежего воздуха с горячими (имеющими температуру до 230оС) выхлопными газами из системы рециркуляции (EGR). В момент поступления выхлопных газов, помимо возникновения высоких нагрузок, эта смесь может нагреваться до «пиковых» показателей на уровне 200оС.

Модуль маслозаборника со встроенным контрольным клапаном

К материалам модулей маслозаборников для двигателей DD13/DD15 также предъявляются жёсткие требования. Эти компоненты изготавливаются из пластика Ultramid® A3WG7. Помимо подсоединения к трубке и линии подвода масла, данная конструкция включает встроенный контрольный клапан. В ходе испытаний на термическое «старение» материал выдерживал свыше 10 миллионов циклических пульсирующих воздействий масла – с давлением от 5 до 13 бар и при температуре 120оС. Тестирование контрольного клапана на долговечность предусматривало 500 000 циклов воздействия едкой смеси, содержащей не только отработанное масло, но и компоненты моторного топлива. Предполагаемый пробег грузового автомобиля составляет около 1,2 млн. километров. Замена металла на пластик Ultramid при высокой степени функциональной интеграции обеспечивает сокращение затрат и уменьшение веса каждой детали на 0,8 кг (или на 50%).

Проектирование компонентов с применением компьютерного моделирования

С помощью Ultrasim® – универсального инструмента для компьютерного моделирования – специалисты BASF оказали неоценимое содействие разработчикам из фирмы ElringKlinger.

Так, применительно к маслозаборнику, одна из задач заключалась в предотвращении «усталости» материала, вызываемой динамическими воздействиями работающего двигателя. Одновременно требовался очень тщательный подход к сварочным операциям. Сварные соединения являются потенциально «слабыми» участками, и нагрузки на них следует снизить до наименьшего возможного уровня. Для удовлетворения двух этих требований были использованы компьютерные технологии проектирования: соответственно, численная оптимизация топологии (в первом случае) и оптимизация формы (во втором случае). Данный подход, опирающийся на принципы бионики, позволяет «виртуально» поместить пластик именно в тех точках, где это необходимо и где он должен воспринимать нагрузки. Данная работа сопровождалась проверками герметичности, а также серией испытаний в условиях пульсирующих и разрывных давлений. Испытания проводились сотрудниками лаборатории тестирования компонентов в составе концерна BASF.