플라스틱 자동차 엔진

플라스틱 자동차 엔진은 1970년대 후반 폴리모터 리서치의 매튜 홀츠버그와 그의 동료들이 수행한 연구와 작업으로 기원을 두고 있다.^[1] 그 이후로 홀츠버그 등은 꾸준히 현장에서 일을 해 왔다.

홀츠버그의 초기 작품

Matti Holtzberg는 1969년에 처음으로 오스틴 미니 엔진의 폴리머 피스톤을 만들려고 시도했다. 피스톤은 고장이 날 때까지 20분 동안만 달렸다. Holtzberg는 1970년대 초, 이 피스톤을 알루미늄 크라운으로 고정시킴으로써 이것을 교정했고 그는 이 피스톤들을 경주 건설업자들에게 팔았다.^[2]

폴리모터 연구

Matti Holtzberg는 1979년에 Polimotor Research Inc.를 설립했다. 그것은 뉴저지 주의 페어 잔디에 기반을 두고 있었다. 그 회사는 1980년대에 공급 업체와 스폰서들과 협력하여 많은 수의 폴리머로 구성된 엔진을 만들고 레이싱했다.

버전 1

버전 1은 포드의 2.3리터 핀토 엔진을 기반으로 했으며 무게는 152파운드(69kg)(주철 대비 415파운드(188kg))이었다. 9200rpm에서 318마력(237kW)을 생산할 수 있도록 설계됐다. 금속 실린더 슬리브, 금속 연소실 상단, 금속 피스톤 크라운, 베어링, 밸브 및 시트, 스톡 2.3L 핀토 크랭크샤프트로 구성되었다. 블록, 로드, 피스톤 스커트를 포함한 엔진의 다른 거의 모든 것은 아모코 화학사가 당시 제조한 유리 강화 폴리아미드-이미드 열가소성 플라스틱 수지로 만들어졌다.^[3][4] 그 엔진은 결코 차량에 설치되지 않았다.

소식통들은 포드가 엔진 제작의 파트너였다고 주장했지만,^[3][5] 홀츠버그는 이후 "포드는 전혀 관여하지 않았다"^[4]고 말한 것으로 전해졌다.

버전 2

Cosworth BDA와 YB 시리즈 엔진을 기반으로 하는 또 다른 엔진의 무게는 168파운드(76kg)로 금속의 무게의 절반이었다.^[4] 플라스틱 부품에는 엔진 블록, 캠 커버, 흡기 트럼펫, 흡기 밸브 스템, 피스톤 스커트 및 손목 핀, 커넥팅 로드, 오일 스크레이퍼 피스톤 링, 태핏, 밸브 스프링 리테이너 및 타이밍 기어가 포함되었다.^[6]

그 엔진은 두 계절에 걸쳐 경주를 했다. 롤라 T616 HU04 부문에서 경주를 하였으며 1984년과 1985년에 국제자동차스포츠협회(IMSA)의 카멜 GT 챔피언십에 출전하였다. 이 차는 1985년 라임록에서 2시간 동안 수업 중 3위를 차지하며 최고 5위 안에 들었다.^[6][7]

홀츠베르크 특허

1980년대 내내 홀츠버그는 복합 엔진 부품과 그 생산 방법에 대해 10개의 특허를 받았다. 특허는 1983년과 1988년 사이에 발행되었으며 이 절에서 상세히 기술되어 있다.

다른 비금속 전도성 재료에 대한 선행기술과 RF 간섭 관련 문제를 줄일 수 있는 능력을 이유로 첫 번째 특허가 발화 케이블에 대한 것이었다. 이 케이블은 흑연/레진 복합 도체 가닥과 보호 실리콘 피복으로 구성되었다. 가닥들은 함께 꼬여 액체 매트릭스 물질 사이로 끌어당겨 마침내 피복에 둘러싸이게 되었다. 두 부분은 함께 돌출되어 케이블을 형성하고 수천 개의 개별 흑연 복합 필라멘트로 잘 결합된 구조를 보장할 것이다.^[8]

특허의 대부분은 폴리아미드-이미드 엔진 부품에 대한 것으로, 흑연, 유리 또는 티타늄 보강의 가능성이 복합체로서 존재한다. 이 발명품들은 중량 대비 강성이 우수하고, 기존 부품보다 최대 70% 가벼우며, 엔진 내 진동과 힘을 감소시킨다고 한다. 또한 복합 부품은 사출 성형과 그에 따른 마감 공사의 감소로 인해 생산 요건을 줄인다고 주장한다.

부품마다 온도, 시간, 기타 공정 변수가 다르지만 일반적인 제조 공정이 뒤따른다. 이 구성부품은 먼저 사출 성형되며 플라스틱 변형 온도를 지나 냉각될 수 있다. 그런 다음 일련의 온도 단계에서 고체 상태의 중합에 의해 경화된다. 이것은 화학적으로 안정될 때까지 반응의 부산물을 배출하는 데 도움이 되는 불활성 대기에서 수행된다. 이 과정에서 물질의 열 편향 온도도 증가한다. 그 부분은 이제 냉각되어 후처리된다. 후처리는 금속부품의 가공, 삽입 또는 접착의 형태를 취할 수 있고 부품의 간단한 세척을 할 수 있다.^{[9][10][11][12][13][14][15][16][17][18]}

복합 주조 LLC

1990년에 Matti Holtzberg는 플로리다 웨스트 팜 비치에 기반을 둔 복합 주조 공장을 설립했다.^[2] 2011년까지 그들은 Toho Tenax가 공급하는 재료로 V4 탄소강화 에폭시 복합 엔진 블록을 개발했다. 이 블록은 Holtzberg에 의해 동등한 알루미늄 모델보다 최대 50% 가볍다고 주장된다. 블록은 그물 형태로 생산되기 때문에 사용할 수 있도록 하기 위해서는 최소한의 마감 작업이 필요하다. Holtzberg는 이것이 다이 캐스팅에 비해 툴링과 생산 비용을 50% 절감한다고 주장한다.^[19]

프라운호퍼와 스미토모 연구

2015년 4월, 프라운호퍼 그룹은 스미토모 바켈라이트사의 고성능 폴리머 부문과 협력하여 사출 성형 유리 섬유 강화 페놀 수지(각 55/45 구성)로 만든 케이스를 가진 단일 실린더 연구 엔진 개발을 발표했다. 엔진의 무게는 알루미늄의 등가보다 약 20% 적다. 이들의 설계는 예를 들어 실린더 라이너와 같이 열 및 기계적 응력이 높은 장소에 금속 삽입물을 사용한다.^[20]

엔진은 2015년 하노버 메세(Hannover Messe)에서 선보였다.^[20]

폴리모토르의 솔베이 부흥

2015년 5월 벨기에 화학기업 솔베이가 마티 홀츠버그의 지원을 받아 컨셉트를 되살리는 데 관심을 보인 것으로 알려졌다.^[4] 엔진의 무게는 148파운드(67㎏) 미만으로 420마력(310㎾) 이상을 낼 계획이며, 터보차지도 계획 중이다.^[4] 몇 가지 구성 요소는 폴리머로 교체되며, 아래 표에서 확인할 수 있다.^[21]

부분	재료	설명	참조
캠 스프로켓	PAI	30% 탄소섬유	[22]
오일 스캐빈 라인	PEEK	30% 탄소섬유	[23]
냉각수 펌프 출구	PPA	30% 유리섬유	[24]
냉각수 펌프 씰	FKM		[24]
냉각수 펌프 내부	PPS	40% 유리섬유	[25]
연료 레일	PPS	40% 유리섬유	[26]
인젝터 오링	FKM		[21]
흡입구 러너	PEEK	30% 탄소 섬유, FDM 제조	[27]
플레넘 챔버	PA6	40% 유리 비드, SLS 제조	[28][29]
오일 펌프 하우징	PEEK	30% 탄소섬유	[30]
캠 커버	PPS		[21]

이 엔진은 노르마 M-20 섀시에 설치될 예정이었고 2016년에는 라임록에서 레이싱을 했고 2017년에는 르망 진입이 가능했다.^[31][32] 그러나 이것은 실현되지 않았다.

참조