汽車中使用塑料可以減輕車輛重量。不過(guò)，目前，動(dòng)力系統(tǒng)關(guān)鍵組件凸輪軸模塊仍然是鋁制部件。據(jù)外媒報(bào)道，德國(guó)弗勞恩霍夫化工技術(shù)研究所（Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT）的一支研究團(tuán)隊(duì)與伙伴合作，利用纖維增強(qiáng)型熱固性聚合物打造了一個(gè)凸輪軸模塊。此種輕量化設(shè)計(jì)元素有助于減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量、降低組裝成本，目前只是一種功能演示產(chǎn)品。
（圖片來(lái)源：弗勞恩霍夫化工技術(shù)研究所）
凸輪軸能夠確保內(nèi)燃機(jī)充氣閥可靠且準(zhǔn)確地開(kāi)啟和關(guān)閉。此類閥門位于凸輪軸模塊內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)制造材料仍是鋁金屬。不過(guò)，汽車制造商和供應(yīng)商都在大力實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)及其零部件的輕量化設(shè)計(jì)。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(shù)研究所的研究人員正采用一種由熱固性復(fù)合物材料制成的凸輪軸模塊，為汽車行業(yè)提供支持。該輕型凸輪軸模塊由ICT與馬勒集團(tuán)（MAHLE Group）、戴姆勒公司、SBHPP/Vyncolit NV和Georges Pernoud合作研發(fā)，德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部（BMWi）也一直在為該項(xiàng)目提供資金支持。
在選擇合適的聚合物時(shí)，該項(xiàng)目的合作伙伴們選擇了高強(qiáng)度、纖維增強(qiáng)型熱固性聚合物，因?yàn)榇朔N聚合物可承受高溫，以及合成機(jī)油和冷卻劑等造成的機(jī)械和化學(xué)壓力。ICT的研究人員Thomas Sorg表示：“我們提供有關(guān)如何設(shè)計(jì)組件的幾何形狀以適應(yīng)材料和工藝的專業(yè)知識(shí)，讓組件最終能夠滿足所有要求。該凸輪軸模塊位于氣缸蓋內(nèi)，通常安裝在動(dòng)力系統(tǒng)上部，因此減輕其重量非常重要，因?yàn)檫€能夠降低車輛的重心?！?/p>
鋁鑄件在鑄造之后需要多次返工，因而成本很高。纖維增強(qiáng)型熱固性聚合物可實(shí)現(xiàn)近終形（near-net-shape）的制造，相對(duì)而言，幾乎無(wú)需返工，可降低生產(chǎn)成本。此外，熱固性聚合物注塑模具的使用壽命明顯長(zhǎng)于鋁高壓壓鑄模具。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）的制造過(guò)程耗能很大。
此種聚合物還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，能夠滿足汽車制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(xiàng)明顯的競(jìng)爭(zhēng)劣勢(shì)，因而NVH（噪音、振動(dòng)和不平順性）也是評(píng)估車輛質(zhì)量的重要因素，而該聚合物擁有良好的阻尼特性，可優(yōu)化凸輪軸模塊的聲學(xué)性能。
（圖片來(lái)源：弗勞恩霍夫化工技術(shù)研究所）
該款凸輪軸模塊采用整體式設(shè)計(jì)，集成了軸承。由于采用了一體化生產(chǎn)，因而減少了發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠的裝配時(shí)間。汽車制造商從供應(yīng)商處收到一個(gè)預(yù)先組裝好的模塊，只需幾個(gè)簡(jiǎn)單的操作就可以將其安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上，無(wú)需再花費(fèi)時(shí)間單獨(dú)安裝凸輪軸。該創(chuàng)新解決方案還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：凸輪軸軸承高應(yīng)力區(qū)的鋁插件會(huì)吸收直接力量。
在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)該凸輪軸進(jìn)行初始測(cè)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(zhǔn)部件相比，減輕了重量。研究人員表示：“與利用輕金屬制成凸輪軸模塊相比，我們可以利用熱固性聚合物材料更輕易地制出凸輪軸模塊，而且在注塑過(guò)程中，能夠以更經(jīng)濟(jì)的方式進(jìn)行生產(chǎn)。”研究人員還利用仿真技術(shù)，在制造過(guò)程開(kāi)始前設(shè)計(jì)和驗(yàn)證產(chǎn)品原型。“雖然熱固性聚合物的剛度只有鋁的四分之一，但是我們采用的設(shè)計(jì)法實(shí)現(xiàn)了最大允許變形度?！苯?jīng)過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上的600小時(shí)測(cè)試，配備于最先進(jìn)內(nèi)燃機(jī)中的凸輪軸模塊采用了輕量化設(shè)計(jì)元素，展示出完美的功能。在燃油噴射測(cè)試計(jì)劃的幫助下，項(xiàng)目合作伙伴想要在考慮到燃燒過(guò)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。