經(jīng)濟型轎車動力總成布置設(shè)計方法研究

董偉佳，薛紹獻，王旭章

(長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北保定071000)

0 前言

在整車全新車型的開發(fā)設(shè)計和基于原有底盤升級動力總成的改型設(shè)計中，最基礎(chǔ)的工作就是確定動力總成在機艙中的布置坐標(biāo)，而其核心問題便是確定發(fā)動機總成及附件、變速器及傳動軸與車身和機艙內(nèi)其他整車零部件之間的合理間隙。而在整車總布置設(shè)計中的相關(guān)間隙的確定是一項技術(shù)性和經(jīng)驗性要求極強的工作。不同市場定位的車輛，其動力總成的布置方案千差萬別，考慮因素也不盡相同，文中僅針對經(jīng)濟型轎車的布置方案進行探討和研究。

1 經(jīng)濟型轎車動力總成的布置

通過對比國內(nèi)主流經(jīng)濟型轎車，如騰翼C30、豐田雅力士、本田飛度、大眾Polo、現(xiàn)代雅紳特、中華、捷達、富康等，發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟型轎車中發(fā)動機橫置前輪驅(qū)動的布置較為普遍。前置前驅(qū)的布置型式相比于其他布置方案具有以下明顯優(yōu)勢:前軸負荷較大具有明顯的不足轉(zhuǎn)向特性;主減速器和變速器安裝于同一殼體，可共用一種潤滑油;主減速器齒輪結(jié)構(gòu)簡單、加工難度更低且無需在裝配和維護中進行齒輪間隙的調(diào)整［1］。發(fā)動機橫置方案中排氣系統(tǒng)后置的布置型式一定程度上降低發(fā)動機進氣溫度，進而提升燃燒室進氧量，使燃油在氣缸內(nèi)燃燒效率更高，同時此種布置排氣管路較短排氣壓力相應(yīng)降低，有利于燃燒廢氣的排放，對提升整車的燃油經(jīng)濟性有一定幫助。但此種布置型式排氣系統(tǒng)距離機艙距離較近，需要提升前圍隔熱層的隔熱性能以保證駕乘舒適性。

在國內(nèi)現(xiàn)有研發(fā)模式下，變速器與發(fā)動機并不是一同開發(fā)，因此兩者間的接口尺寸和安裝點的匹配在所難免。進行匹配時，需要相關(guān)主管部門將所要進行的更改工作的難易程度和開發(fā)成本進行綜合分析最終確定是發(fā)動機接口更改還是變速箱接口更改，還是兩者均進行更改。動力總成與周邊件的間隙的設(shè)計應(yīng)滿足基本靜態(tài)間隙和動力總成動態(tài)包絡(luò)原則，并充分考慮裝配、維修、碰撞安全和熱力學(xué)分布等因素。

1.1 動力總成上、下向間隙的定義

橫置發(fā)動機進行布置時，首先應(yīng)保證的發(fā)動機動力輸出線(曲軸中心線)與整車的ZX 平面垂直布置，在考慮發(fā)動機及變速器允許的最大布置傾斜角度時，應(yīng)保證發(fā)動機在大多數(shù)的工況下機油集濾器能夠吸入潤滑機油，并在變速器內(nèi)齒輪油的冷卻潤滑性能的條件下，合理調(diào)整，以達到盡量大的油底殼最小離地間隙(滿載狀態(tài)下，油底殼及變速器殼體離地間隙要求為150 mm 以上)，同時應(yīng)保證設(shè)計狀態(tài)下左、右傳動軸夾角小于5°，且在整車各種工況下，傳動軸的夾角不允許超過傳動軸圖紙規(guī)定允許出現(xiàn)的最大夾角。對傳動軸進行運動分析，保證所有特征點都在滑移曲線的允許范圍內(nèi)。傳動軸夾角校核結(jié)果如圖1 所示，傳動軸滑移曲線校核結(jié)果如圖2 所示。

在保證油底殼離地間隙以及發(fā)動機部件與發(fā)動機艙內(nèi)表面間隙的條件下，降低發(fā)動機罩的高度有利于車身前部的造型和駕駛員的下視野，但考慮到行人保護全球技術(shù)法規(guī)(GTR)要求，動力總成及其附件到機艙蓋內(nèi)板間應(yīng)留有足夠的碰撞緩沖距離(推薦不小于80 mm)。若空氣濾清器布置位置最高或使用CAE 工具進行碰撞區(qū)域劃分時碰撞區(qū)域遠離，則此間隙可以適當(dāng)減?。?］。

1.2 動力總成前、后向間隙的定義

前、后方向的間隙首先考慮整車的散熱性能，發(fā)動機到前端散熱器電磁扇扇葉中心一般要求預(yù)留100 mm 以上的間隙;為避免發(fā)動機熱量傳入駕駛室及為整車碰撞預(yù)留足夠的緩沖空間，在動力總成與前圍板之間也應(yīng)留有足夠距離(推薦不小于60 mm)［3］。

1.3 動力總成與周邊件間隙的定義

在確定動力總成與機艙內(nèi)其他零部件的間隙時，由于動力總成是通過懸置(橡膠或液壓形式)連接于車身或副車架上，在車輛啟動、換擋、轉(zhuǎn)彎和運行中都會引起發(fā)動機的振動和位移，故應(yīng)保證發(fā)動機運動到極限狀態(tài)時與周邊固定零部件間隙不小于5 mm。對于承載式車身搭載橫置發(fā)動機靜止?fàn)顟B(tài)要求發(fā)動機與周邊間隙不小于20 mm;而對于非承載式車身應(yīng)考慮車架和車身的合裝誤差以及車架和車身的位移，間隙要求尤其在前、后方向上應(yīng)結(jié)合主機廠自身設(shè)計制造能力進行適度放大。動力總成與周邊零部件的間隙應(yīng)按照動力總成極限位移，并結(jié)合相關(guān)零部件的制造誤差以及裝配誤差來進行累積核算。相關(guān)經(jīng)驗值見表1。

表1 動力總成與周邊件間隙值列表

2 動力總成附件可接近性定義

在進行機艙布置和動力總成布置時，工程師遵循的最重要原則便是盡可能充分利用機艙內(nèi)空間，使其結(jié)構(gòu)緊湊。在設(shè)計和優(yōu)化的過程中，對總裝車間零部件裝配和機艙主要易損件更換和維修保養(yǎng)過程方便性的考慮顯得尤為重要。

2.1 動力總成附件裝配可接近性定義

動力總成與前端散熱模塊連接軟管的布置應(yīng)避免接近熱源，如無法規(guī)避應(yīng)加裝隔熱套，并預(yù)留足夠的拆裝空間(推薦不小于30 mm)，管路卡箍應(yīng)考慮集成設(shè)計，減少零部件開發(fā)數(shù)量，方便車間管理及售后市場備件?？傃b車間生產(chǎn)設(shè)備如發(fā)動機吊裝設(shè)備、液體加裝設(shè)備、扭力扳手、氣動扳手、專用工具等的接近性和改型車共線生產(chǎn)時的設(shè)備共用及生產(chǎn)節(jié)拍同步，也應(yīng)在總布置設(shè)計之初評審多方意見，結(jié)合主機廠自身生產(chǎn)能力和生產(chǎn)規(guī)劃進行綜合考慮［4］。

2.2 動力總成附件維護可接近性定義

動力總成相關(guān)附件中使用和維護頻率較高的零件如機油標(biāo)尺、發(fā)動機火花塞、發(fā)動機油底殼、變速箱放油螺栓、機油濾清器等部件均要求布置于易接近部位或拆卸較少的零部件便能對其達到很好的接近性。機油標(biāo)尺，火花塞、線束插接件、發(fā)電機固定螺栓、空調(diào)壓縮機固定螺栓、轉(zhuǎn)向助力油泵固定螺栓等附件還要求在其插拔軌跡上無相關(guān)零部件的遮蔽。

動力總成的布置還需協(xié)調(diào)機艙內(nèi)的空濾器濾芯、汽油濾芯的更換，前大燈燈泡更換、洗滌液、動力轉(zhuǎn)向油、副水箱或膨脹箱冷卻液、制動液加注及檢測的方便性，發(fā)動機附件皮帶預(yù)緊力調(diào)整和更換、空調(diào)系統(tǒng)壓力檢查及制冷劑加注、蓄電池電量觀察，排氣管更換等的方便性。

3 結(jié)束語

各主機廠在設(shè)計研發(fā)中基于自身條件和現(xiàn)狀對設(shè)計經(jīng)驗的積累如企標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)指導(dǎo)書及相關(guān)檢查表等的建立，尤其對總布置設(shè)計具有極強的參考和指導(dǎo)意義。文中的相關(guān)設(shè)計源于自主設(shè)計經(jīng)驗，需要在后期的實踐中結(jié)合相關(guān)的失效型式和優(yōu)秀的布置案例不斷地對相關(guān)結(jié)論進行驗證和調(diào)整相關(guān)設(shè)計數(shù)值，進而持續(xù)優(yōu)化動力總成的布置效果和提升整車綜合性能。

【1】王望予.汽車設(shè)計［M］.4 版.北京:機械工業(yè)出版社，2004.

【2】賈糧棉，任杰，王瑞玲. 轎車發(fā)動機艙內(nèi)各部件主要間隙確定［J］.現(xiàn)代機械，2003 (4):31-32.

【3】劉建祥，夏廣飛，許志寶，等.某轎車發(fā)動機艙流場分析［J］. 汽車工程師，2011(9):36-38.

【4】彭岳華，高衛(wèi)民，徐康聰.轎車發(fā)動機機艙關(guān)鍵零部件的布置研究［J］.汽車技術(shù)，2010(5):27-30.