未来发动机耐高温高压中冷器软管的开发目前

目前，中冷器软管由氟橡胶(FKM)和硅橡胶(VMQ)制成，具有高热阻和高耐久性的特点。未来中冷器软管将在更加严苛的环境(高温高压)中使用，使用当前材料存在耐久性风险。FKM力学性能的改善工作侧重于关注导致其性能不足的内部FKM交联点的低耐久性问题。目前，交联法具有很强的耐酸性，且无法改性。在保留现有网络耐酸水平的情况下，研究添加1个新型特殊的交联网络。采用炭黑凝胶作为该新型网络的增强剂，调整聚合物类型和混合比例，从而获得目标值。同时，开发出1种新型的FKM ，并采用该新型材料制成软管样件。试验样件通过了台架试验验证。结果显示， FKM的力学性能无法支持其在高温环境下工作。在高温下， FKM 内层的材料属性无法满足未来发动机的高温高压环境要求。通过改善材料在高温下的力学性能，同时保持材料的耐高温性和成形性，最终通过采用炭黑凝胶强化网络实现了开发目标。0 前言为了同时获得高成本性能和高耐久性能，现代重型商用车广泛采用配备了中冷器的涡轮增压柴油机。这些柴油机是人员和货物运输工具的必要动力，具有热效率高、CO2排放低的优点。较高的压缩比、发动机小型化和降速被认为是柴油机获得更高热效率的有效方式。要满足这些要求，必须改善将最终的高温高压气体传输至中冷器的中冷器软管的性能。在现代重型商用车中，窜气和高温压缩空气都要流经中冷器软管。中冷器软管为叠层结构，具有优良热阻和化学性能的氟橡胶(FKM)内层和优良热阻性能的高热阻芳纶纤维硅橡胶(VMQ)外层。图1为中冷器软管的横截面结构图。

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1 当前零部件在高温高压工况下的评价1.1 软管台架的试验装置图2为软管台架的试验装置图。试验采用未来发动机的环境条件，即向软管内施加更高的温度和压力，在所有方向上采用当前水平的振幅。为消除局部应力集中，评价材料本身的性能，试验采用几乎无集中应力的直波纹管形软管。因为使用闭式通风器(窜气还原装置)会导致恰好位于涡轮增压器前的含酸窜气还原，中冷器软管还必须具有耐酸性和耐油性。在未来发动机更加严苛的高温高压工况下，为避免酸性物质穿透FKM 内层，从而损坏不具耐酸性的VMQ外层，研究人员添加了1个能够在加压条件下喷射不同浓度酸性物质的喷雾装置。

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1.2 当前材料在未来发动机工况下中冷器软管的试验结果图3为零部件在高温高压工况下经过软管台架测试后的外观情况。VMQ外层与初始状态无差别，但在FKM内层的波纹管处出现了裂纹。

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1.3 FKM裂纹形成原因评估图4总结了FKM内层裂纹的形成原因。在较高的温度和压力条件下，软管台架试验表明，材料机械强度的缺失会导致裂纹的产生。在针对未来发动机条件下的软管台架试验装置上，且在相应的试验中仅增大压力或振动，裂纹在FKM内层上形成(图3) 。简而言之，当环境温度升高至未来发动机水平，压力增大会导致软管膨胀及振动，并导致软管上下运动，它们共同作用导致了裂纹的形成。在高温环境下， FKM内层承受了极端应变，且超出了断裂阈值的延伸率。为了确定高温环境下FKM延伸系数的恶化程度，研究人员对FKM和VMQ进行了高温抗拉延伸率试验。