汽車發(fā)動機(jī)輕量化解決方案研究

劉峰

摘要：隨著全球汽車保有量的逐年增加，汽車交通事故數(shù)量不斷增長，能源緊缺和環(huán)境污染等問題的不斷涌現(xiàn)，新車型的設(shè)計(jì)需要滿足減排、低耗、安全等要求。這使得汽車的設(shè)計(jì)趨向于輕量化以及需要滿足更高的安全性等要求。

關(guān)鍵詞：汽車;發(fā)動機(jī);輕量化

引言

汽車是人們出行使用最多的交通工具之一，給人們的生活和學(xué)習(xí)提供了很多方便，本文主要講述汽車?yán)镒钪匾囊粋€零件就是發(fā)動機(jī)。人們要了解汽車重要零件的作用，在日常使用中注意其保養(yǎng)和維護(hù)，能夠有效延長汽車零件的使用壽命。發(fā)動機(jī)是汽車的動力裝置，它決定著汽車是否能夠正常運(yùn)行，根據(jù)汽車動力來源的不同，發(fā)動機(jī)可以分為柴油、汽油和電動三種方式，每種方式都有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

1現(xiàn)代汽車輕量化發(fā)展價(jià)值

分析現(xiàn)代汽車輕量化發(fā)展價(jià)值，主要在下述兩方面體現(xiàn)。首先強(qiáng)調(diào)汽車輕量化發(fā)展，對于汽車油耗減少有明顯的促進(jìn)作用，車輛在生產(chǎn)制造過程中，整車質(zhì)量和車輛油耗間的關(guān)系相當(dāng)密切，如果可以將車輛的整體質(zhì)量減輕，則可以有效降低車輛能耗，減少尾氣排放。一般情況下，車輛質(zhì)量每下降1kg，那么1L汽油可以多形式0.012km。同時(shí)車輛質(zhì)量減輕，可以使得車輛排放的二氧化碳、硫化物、氮化物等有害物質(zhì)的排放量大大減少，從而達(dá)到對環(huán)境污染有效降低的目的。其次促進(jìn)汽車朝著輕量化方向發(fā)展，還可以極大地提升車輛的行駛性能、安全性能。汽車質(zhì)量減輕了，汽車行駛過程中的加速時(shí)間也會顯著變短，例如加速到100m/h，原來的時(shí)間是12s，減輕質(zhì)量之后，時(shí)間縮短到8s。同時(shí)車輛質(zhì)量減輕之后，其對負(fù)荷進(jìn)行牽引的狀態(tài)也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，得到了優(yōu)化調(diào)整，性能更佳，進(jìn)一步提升車輛行駛安全性。

2發(fā)動機(jī)輕量化發(fā)展趨勢

發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)高度集成、制造高度精密、工況高度復(fù)雜，高效率、低摩擦、輕量化、智能化依然是未來發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)將更加注重于高效燃燒和小型化。發(fā)動機(jī)往往占據(jù)整車重量的10%以上，和車身內(nèi)外飾相比，發(fā)動機(jī)材料和特殊處理類型繁多、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、集成度高、工況惡劣。一般而言，優(yōu)化結(jié)構(gòu)與運(yùn)用較輕的材料作為發(fā)動機(jī)實(shí)現(xiàn)輕量化的主要途徑。動力總成的新特點(diǎn)也決定著材料應(yīng)用的變化，隨著電驅(qū)動的普遍開發(fā)，以特殊鋼和鑄鋁為代表的材料開始逐步向材料多元化方向發(fā)展。典型的發(fā)動機(jī)、變速箱、電驅(qū)動系統(tǒng)和動力電池所應(yīng)用材料大類的比例和重量，其它材料主要為塑料、橡膠、膠、液體材料等非金屬材料，可以看出，發(fā)動機(jī)基本是由鋼和鋁以及部分鑄鐵組成，從材料替代角度看，具備一定的輕量化空間。

3零部件輕量化方案

3.1偏心距的設(shè)計(jì)

偏心輪張緊機(jī)構(gòu)的原理是使軸承座同心的圓的圓心隨著偏心盤在支架上以偏心距為半徑旋轉(zhuǎn)，使得中心距在正負(fù)偏心距的范圍內(nèi)變化，從而達(dá)到了鏈條張緊的目的，所設(shè)計(jì)的偏心距要求能夠使得鏈條有兩個鏈條節(jié)距的調(diào)節(jié)范圍（放松和收緊各有一個節(jié)距），查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，根據(jù)非圓整的鏈條長度的預(yù)估公式去驗(yàn)證設(shè)計(jì)的偏心距。

3.2鍛造鋁合金車輪和結(jié)構(gòu)件研發(fā)

汽車上應(yīng)用的鋁合金鍛件主要是輪轂、保險(xiǎn)杠等，在大客車、重型汽車上應(yīng)用尤為廣泛。近年來，也陸續(xù)應(yīng)用到一些中小型汽車、摩托車等上面。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，世界上幾年來輪轂應(yīng)用廣泛程度不斷提升，每年以20%的速度增長著，當(dāng)前使用量突破十幾億。我國大型汽車企業(yè)也在展開深入的研究，隨著汽車用量的不斷增加，鋁輪轂、其他鋁鍛件用量也會不斷提升。

3.3底殼以塑代鋼

與各類金屬材料相比，塑料材料最顯著的優(yōu)勢就是其重量優(yōu)勢，除了輕量化的特點(diǎn)，塑料還具備更高的設(shè)計(jì)造型自由度，容易集成設(shè)計(jì)，并減少零件數(shù)量，可一次成型，加工效率高于金屬，模具成本低。相對于金屬材料，塑料更耐化學(xué)藥品，無生銹腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，且不易傳熱，良好的保溫性和NVH性能。目前塑料油底殼的主流材料為尼龍玻纖增強(qiáng)材料。以目前相對較成熟的塑料油底殼為例，與傳統(tǒng)的金屬油底殼相比，塑料油底殼可以減重40%以上，實(shí)際重量可以降至2kg以內(nèi)。以某三缸機(jī)為例，采用的塑料油底殼的重量為508g，相比金屬，有大幅度的降低。當(dāng)然，塑料也有自身的劣勢，如耐溫性較差、高溫強(qiáng)度急劇下降，尺寸穩(wěn)定性不如金屬，這就需要在實(shí)施以塑代鋼的過程中，在材料牌號開發(fā)和CAE分析中輸入準(zhǔn)確的材料性能數(shù)據(jù)（材料高溫性能，材料各向異性，材料耐久數(shù)據(jù)），并需要考慮材料變形帶來的密封問題，引入材料及零件耐久環(huán)境模擬試驗(yàn)。

3.4新型鋁合金車身材料的研發(fā)

車身作為汽車的主體架構(gòu)，構(gòu)成的零部件較多。而車身又由外板和內(nèi)板兩部分構(gòu)成，一般選擇耐腐蝕性能佳以及時(shí)效硬化性強(qiáng)的材料作為外板材，選擇成形性能優(yōu)良以及耐腐蝕性強(qiáng)的材料作為內(nèi)板材。選擇強(qiáng)度大同時(shí)焊接性能優(yōu)的材料作為骨架材;選擇擠壓性好以及焊接性能優(yōu)良的材料作為擠壓材。對于現(xiàn)代汽車而言，車輛車身呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的流線型，這就決定了其復(fù)雜的外形，外形由很多曲面形成，成形困難系數(shù)高。車身作為車輛的核心承重構(gòu)件同時(shí)還需要承受來自于空氣的阻力。構(gòu)成車身的零部件相當(dāng)多，需要阻焊以及焊接。除此以外，還需要車身的材料有理想的耐腐蝕性、耐候性、抗磨性。總結(jié)起來，現(xiàn)代汽車車身材料需要具備下述性能，首先強(qiáng)度和剛度需要保持在中等以上;必須具備良好塑性，適應(yīng)深沖變形;具備良好的可焊接性;具有一定的耐腐蝕性以及耐磨性;具有很強(qiáng)的自時(shí)效性;密度相對較低，具有較高的比強(qiáng)度以及比剛度。

結(jié)束語

以高強(qiáng)度鋼為代表的特鋼、鎂、鋁等為代表的輕金屬和以塑料為代表的非金屬的廣泛應(yīng)用，以及特種涂層類的開發(fā)研究，在特定領(lǐng)域可以取代傳統(tǒng)的鋼鐵材料。鑄造鎂合金制成的零件已經(jīng)開始得到整車廠的廣泛應(yīng)用，典型零件主要是變速箱殼體、新能源汽車電機(jī)殼體等，相比鑄鋁可以實(shí)現(xiàn)15%以上的減重目標(biāo)。

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