汽車電子結構中發動機罩的應用研究

莊月芹徐州生物工程職業技術學院機電工程系，江蘇徐州　221006

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汽車電子結構中發動機罩的應用研究

莊月芹
徐州生物工程職業技術學院機電工程系，江蘇徐州221006

摘要隨著近年來人們生產生活對汽車的需求數量快速增長和可持續發展戰略的逐步落實，人們對能夠縮減汽車耗油量、減少汽車尾氣排放的新型輕質材料在汽車中的實際應用問題愈來愈關注，本文以汽車發動機罩為研究對象，選取高強鋼、鋁合金、鎂合金和復合材料四種新型輕質材料，結合個人經驗對其在汽車發動機罩上應用的優缺點進行綜合分析，為確定我國新型輕質材料在汽車發動機罩上的發展趨勢作出努力。

關鍵詞新型輕質材料；汽車發動機罩；應用

發動機罩通常由具有較強剛性和沖有各種窩穴的內板，與整車形狀一致且抗凹痕性和防腐蝕性較突出的外板和局部加強板構成，內外板通過粘結、翻邊、滾焊等技術手段相結合，為提升裝配剛度，利用焊接或粘結手段將局部加強板固定于鉸鏈和門鎖處，以達到為發動機防塵、防水、防損，隔熱隔音的作用，將新型輕質材料應用于汽車發動機罩可減輕其重量，提升其自身性能，所以具有重要意義。

1　高強鋼在汽車發動機罩上的應用

上個世紀中后期汽車高強度鋼板開始得到開發和應用，例如微合金鋼、含磷合金鋼等，目前應用比較廣泛的是抗拉強度在1000至1200兆帕之間的超高強度鋼，將其應用于汽車發動機罩，不僅可以減輕汽車自身的重量，而且可以在原有的基礎上大幅度的縮減其耗油量，提升汽車構件的強度，使其整體安全性得到增強，據相關材料顯示，高強鋼相比08A1鋼板，在強度相當的情況下，厚度可縮減10%以上，重量可降低20%至30%[1]。特別是雙相鋼其伸長率相比一般的高強度鋼板更優越，例如含磷鋼，而且現階段其相關的焊接、斷裂、回火等特性都得到了較全面的開發，所以在汽車發動機罩上應用具有可行性，例如福特汽車公司將其應用于汽車發動機罩上，使其在厚度上縮減了近1毫米，除此之外，德國大眾汽車AudiC5轎車發動機應用了烘烤硬化鋼板、日本鈴木WagonR發動機罩應用的高強度鋼抗拉強度達到340兆帕等，由此可見高強鋼在汽車發動機罩上的應用具有較長的發展歷史，而且實踐證明效果較理想，所以可推廣應用[2]。

2　鋁合金在汽車發動機罩上的應用

汽車方面所應用的鋁合金主要有鑄造鋁合金和變形鋁合金兩種，而應用于汽車發動機罩的鋁合金主要是變形鋁合金，即在沖壓、彎曲、軋、擠壓等工藝作用下，使組織、形狀發生變化的鋁合金，由于鋁自身具有密度低、塑性強、成型率高的特點，而且鋁合金制造的相關工藝近年來得到較大幅度的提升，所以變形鋁合金的制造可行性較大，現階段Al-Cu-Mg、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Mg-Zn-Cu四個系列在汽車發動機罩上得到了較廣泛的應用，其中Al-Cu-Mg系列主要用于對強度和剛性要求較高的外板，據有關資料顯示2017-T4鋁合金與低碳鋼板材料相比，密度縮減近5個點，彈性模量縮減近14個點，泊松比提升近0.03個點，屈服極限提升近130個點，由此可見其整體性能更適合應用于汽車發動機罩上[3]。除此之外，有關資料顯示，將鋁合金材料應用于發動機罩其內板和外板的質量相比應用低碳鋼材料分別縮減3.56kg和7.11kg，減重效果分別達到64.49% 和64.40%，效果非常突出，目前北美、歐洲國家和日本在發動機罩上都應用了鋁合金，例如寶馬新7系列、沃爾沃、標致雪鐵龍、福特等汽車企業都在研發或制造鋁合金發動機罩，但現階段鋁合金加工、成型、焊接等方面仍存在較大的困難，特別是成本問題仍存在，所以現階段將鋁合金應用于汽車發動機罩，并全面推廣應用的難度較大，需要不斷的完善和加大相關的研究力度。

3　鎂合金在汽車發動機罩上的應用

由于鎂自身的比強度和比彈性模量較大，而且剛性、抗電磁干擾性、阻尼性能、抗震沖擊性能、切削加工性能、尺寸穩定性能都較優越，在地表儲存量豐富，所以將其應用于汽車發動機罩不僅可以縮減其整體重量，使其燃油率在原有的程度上提升，而且發動機罩的抗撞擊性能也能更加理想，據資料顯示，鎂合金應用于發動機罩其重量相對于鋼降低近一半，相對于鋁合金降低近20%，現階段大眾3L Lopo發動機應用鎂合金，但受到現階段對鎂金屬特性的相關研究仍存在不足，鎂合金應用于發動機罩上仍存在較突出的易腐蝕性問題，而且缺少足夠的性能數據作支撐，缺少充足的設計和使用經驗等，導致現階段鎂合金并不能全面的應用于發動機罩方面，仍需要未來不斷的科學探索和嘗試，但不可否認的是將鎂合金應用于汽車發動機罩具有一定的可行性和優越性[4]。

4　復合材料在汽車發動機罩上的應用

復合材料作為增強纖維和塑料復合而成的材料，又被稱之為纖維增強型塑料，現階段應用于汽車發動機罩上的復合材料主要是應用乙烯基酯樹脂的不飽和聚酯團狀模塑料和片狀模塑料兩種，由于乙烯基酯樹脂自身具有較理想的強度和韌性，而且對腐蝕和高溫都有較強的抵御能力，所以非常適合于汽車發動機罩的應用，特別是近年來復合材料制作所需要的手糊、噴射、真空滲透、樹脂傳遞模塑成型等工藝不斷升級，更是為復合材料在汽車發動機罩上應用創造了可能，目前，林肯汽車、福特轎車HN117和190重型載貨車，以及歐洲的GTV賽車、Spider等都使用片狀模塑料制成的發動機罩，而Volov Cabrio C70汽車則應用不飽和聚酯團狀模塑料制成的汽車發動機罩，由此可見，現階段較大范圍的將復合材料應用于汽車發動機罩具有一定的可行性，其推廣空間和潛在價值巨大；另外現階段將復合材料應用于汽車發動機罩可以對行人起到一定的保護作用，因為現階段針對復合材料發動機罩的結構進行了有效的設計和優化，在靜態和動態性能仿真分析的基礎上，使其既可以達到發動機罩靜態性能指標，又能夠負荷動態行人保護頭部碰撞的基本要求，為克服動靜態的性能要求同時達到存在的難度，結構調整和仿真計算需要多次重復進行，實現復合材料發動機罩靜力學和動力學性能的基本要求，進而推動發動機罩部件的輕量化發展并提高整車的動力性能。

發動機是汽車電子結構的重要組成部分，其性能的安全性和穩定性很大程度上受發動機罩的影響，所以直接影響發動機罩性能的應用材料的選擇必須引起足夠的重視，這是汽車電子優化和持續發展的必然選擇。

5　結論

通過上述分析可以發現，在汽車發動機罩方面應用新型輕質材料是可持續發展戰略深入發展過程中的必然要求，而且隨著汽車輕量化標準的逐漸提升和汽車產品數量的不斷增長，將會有更加具有優越性的新型輕質材料應用于汽車發動機罩上，所以應以發展的視角看待新型輕質材料在汽車發動機罩上的應用問題。

參考文獻

[1]崔東．基于行人頭部保護的新型復合材料發動機罩設計[D]．哈爾濱：哈爾濱工業大學，2010．

[2]陳立娜．基于行人頭部保護的汽車發動機罩輕量化設計方法研究[D]．長沙：湖南大學，2013．

[3]王進京．輕質材料汽車車身生命周期環境影響評價及敏感性分析[D]．合肥：合肥工業大學，2012．

[4]敖炳秋．輕量化汽車材料技術的最新動態[J]．汽車工藝與材料，2002（Z1）：1-21，105．

中圖分類號U464

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）155-0120-02