淺談重型汽車發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)匹配

田杰，管志杰，黃英英，張凱，劉棟，李朝勇

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

淺談重型汽車發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)匹配

田杰，管志杰，黃英英，張凱，劉棟，李朝勇

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章概述了重型汽車發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)布置要求與相關(guān)注意事項(xiàng)，對重型汽車發(fā)動機(jī)的開發(fā)及附件布置具有一定的指導(dǎo)意義。

CLC NO.:U461.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-125-02

前言

隨著重型汽車品質(zhì)的不斷提升，整車零部件精細(xì)化設(shè)計(jì)的要求越來越高。發(fā)動機(jī)作為整車設(shè)計(jì)開發(fā)的核心部件，其性能與結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接制約整車的設(shè)計(jì)水平，而發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)及接口設(shè)計(jì)能否與整車附件接口協(xié)調(diào)統(tǒng)一將是二者結(jié)構(gòu)能夠完美匹配的關(guān)鍵。

發(fā)動機(jī)除整體外形尺寸外，需與整車連接的系統(tǒng)主要有冷卻系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、電器系統(tǒng)等。如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)與整車個(gè)系統(tǒng)之間的合理匹配，對于重型汽車發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)顯得尤為重要。本文歸納闡述了發(fā)動機(jī)匹配重型汽車的結(jié)構(gòu)布置要求與相關(guān)注意事項(xiàng)，對重型汽車發(fā)動機(jī)的開發(fā)及附件布置具有一定的指導(dǎo)意義。

1 發(fā)動機(jī)總布置設(shè)計(jì)原則

發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)開發(fā)與整車息息相關(guān)，整車的性能要求及附件布置確認(rèn)后發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將有一個(gè)最優(yōu)方案，本文以目前歐洲主流車型附件布置為參考，淺談發(fā)動機(jī)與重型汽車的結(jié)構(gòu)匹配。

1.1 發(fā)動機(jī)的外形尺寸

圖1

圖2

整車設(shè)計(jì)初期，總布置會根據(jù)不同用途車型定義整車接近角、離地間隙、駕駛室地板高度、車架寬度等參數(shù)，這樣就形成發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的最原始輸入，即長、寬、高邊界尺寸；結(jié)合動力總成定位尺寸，考慮底盤懸架系統(tǒng)動撓度及動力總成與車架柔性連接，即可細(xì)化發(fā)動機(jī)曲軸下方尺寸，見圖1。根據(jù)周邊系統(tǒng)布置，可以進(jìn)一步確定油底殼的外形尺寸要求；綜合車架高度、發(fā)動機(jī)隔音裝置及其他附件等對發(fā)動機(jī)寬度方向尺寸的影響，即可確定發(fā)動機(jī)附件布置的局部最大尺寸，見圖2。最后結(jié)合發(fā)動機(jī)的排量要求，分析發(fā)動機(jī)缸徑、行程、前端輪系、動力輸出即可得出發(fā)動機(jī)的長度方向尺寸，最終形成發(fā)動機(jī)外形設(shè)計(jì)邊界。

1.2 進(jìn)、排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以整車右置、后置后處理器為例，見圖3。發(fā)動機(jī)增壓器采用前進(jìn)氣、后排氣右側(cè)布置結(jié)構(gòu)更優(yōu)，不但可有效縮短排氣管長度，更好的滿足排放要求，還能減小管路的熱輻射影響；同時(shí)右置增壓器還可滿足前置進(jìn)氣、中置進(jìn)氣等多種空濾器布置。

圖3

中冷器作為排放升級的另一重要組成部分，對發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很大影響。發(fā)動機(jī)預(yù)留進(jìn)氣接口與中冷器預(yù)留接口軸線重合方案最優(yōu)，可以避免二者錯(cuò)位造成的管路折彎增大進(jìn)氣阻力；中冷器進(jìn)、出氣口的位置不同廠家差異較大，考慮管路設(shè)計(jì)的難易程度，優(yōu)選發(fā)動機(jī)采用中置進(jìn)氣方案。

1.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整車?yán)鋮s系統(tǒng)的循環(huán)依附于發(fā)動機(jī)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，而冷卻能力依附于散熱器的體積、風(fēng)扇的性能參數(shù)與水泵能力。水泵作為動力源為整個(gè)系統(tǒng)提供水壓力，管路越短水阻越小，冷卻能力越強(qiáng)。

以尿素箱與后處理器同側(cè)布置（右置），尿素供給系統(tǒng)所需冷卻管路接口應(yīng)預(yù)留在發(fā)動機(jī)右側(cè)，為保證回路壓力，回水口應(yīng)預(yù)留在水泵前，故水泵應(yīng)布置在發(fā)動機(jī)右側(cè)，結(jié)合散熱器對角線對流的特點(diǎn)，若散熱器出水口在左下方，則發(fā)動機(jī)出水口應(yīng)預(yù)留在右前方。

緩速器的使用也對發(fā)動機(jī)冷卻水路的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，目前多采用串聯(lián)式冷卻方案，考慮循環(huán)水路的布置，緩速器接口應(yīng)與水泵布置在同側(cè)。

發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中冷卻液會產(chǎn)生氣泡，為保證氣泡能順利排出，發(fā)動機(jī)本體水路最高點(diǎn)應(yīng)預(yù)留除氣接口。而為整車除氣管路連續(xù)向上，發(fā)動機(jī)預(yù)留除氣口應(yīng)與膨脹箱預(yù)留一定的高度差，同樣緩速器管路除氣口也應(yīng)依此設(shè)計(jì)原則。

風(fēng)扇作為散熱器與中冷器冷卻的動力源，其與兩者之間的位置關(guān)系將決定風(fēng)扇工作效率，一般保證要求風(fēng)扇前端面距離到散熱器之間的距離大于等于發(fā)動機(jī)風(fēng)扇直徑的（0.18-0.2）倍，風(fēng)扇高度處于散熱器中心偏上的位置能更好發(fā)揮散熱器效能。

冷卻系統(tǒng)整體布置要求見圖4。

圖4

1.4 燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)

燃油低壓油路問題導(dǎo)致整車故障的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因整個(gè)低壓油路零部件種類及管路接口多，問題排查困難大，所以低壓燃油系統(tǒng)在保證燃油品質(zhì)的同時(shí)管路應(yīng)盡量的短。考慮安全性，建議低壓燃油系統(tǒng)與起動機(jī)在發(fā)動機(jī)兩側(cè)布置,再結(jié)合整車油箱的布置位置，發(fā)動機(jī)預(yù)留的燃油接口位置應(yīng)與油箱同側(cè)布置。

1.5 其余附件布置

除上述主要系統(tǒng)外，為保證整車充電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)的要求，發(fā)動機(jī)需預(yù)留發(fā)電機(jī)與空調(diào)壓縮機(jī)的安裝位置。電器件的熱防護(hù)在布置時(shí)需首先考慮，避免高溫造成零部件損壞，應(yīng)與增壓器異側(cè)布置。

發(fā)動機(jī)預(yù)留機(jī)油加注口應(yīng)加注便利且效率高，機(jī)油加注口應(yīng)布置在缸蓋上方并處于發(fā)動機(jī)3、4缸之間，同時(shí)高度方向需保證總布置間隙要求。

2 發(fā)動機(jī)總布置的注意事項(xiàng)

合理的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)及附件布置，不僅外觀緊湊、整潔、美觀，同時(shí)各接口方便連接且能最大程度上滿足周邊各系統(tǒng)性能要求：

（1）發(fā)動機(jī)的全新開發(fā)設(shè)計(jì)輸入必須明確。一般一款發(fā)動機(jī)只能實(shí)現(xiàn)與一類車型的完美匹配，一對多就會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)自身結(jié)構(gòu)出現(xiàn)矛盾，前期設(shè)計(jì)必須分清主次；

（2）拋開發(fā)動機(jī)的性能談結(jié)構(gòu)是錯(cuò)誤的。性能與結(jié)構(gòu)是互相依附的，例如保養(yǎng)里程的指標(biāo)達(dá)成，目前技術(shù)手段增大保養(yǎng)里程必然需要使用大容量的油底殼，若油底殼的設(shè)計(jì)邊界過小，則無法達(dá)成性能指標(biāo)。

（3）兼顧排放升級對發(fā)動機(jī)布置的影響。隨著排放的升級，采用不同的技術(shù)路線，例如歐六排放采用“EGR+SCR+ DOC+DPF”或“高效SCR+DOC+DPF”對發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的影響是不同的。

3 總結(jié)

一款發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)基本型的確定非常重要，而基本型就是整車最早設(shè)計(jì)輸入的產(chǎn)物。所以在項(xiàng)目開展初期不能盲目的進(jìn)行開發(fā)，必須以客戶需求為出發(fā)點(diǎn)，收集盡量多的信息源，對信息進(jìn)行分析篩選，確定最終可實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案。

Structures of heavy-duty vehicle engine

Tian Jie, Guan Zhijie, Huang Yingying, Zhang Kai, Liu Dong, Li Chaoyong
( Shaanxi heavy Automobile co. LTD, Shaanxi Xi’an 710200 )

This paper summarizes the structural requirements and related precautions of heavy-duty vehicle engine, which is of guiding significance for the development and the arrangement of accessories of heavy-duty vehicle engine.

Engine structure; Layout; Heavy duty truck

發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)；布置；重型汽車

U461.2

A

1671-7988 (2017)13-125-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.043

田杰，男，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司主要從事汽車發(fā)動機(jī)匹配工作。