發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板設(shè)計與應(yīng)用

陳祖彬

摘 要：隨著我國汽車消費市場的快速發(fā)展及購車人群年輕化趨勢，消費者不僅對車輛功能性要求越來越高，對“顏值”、感知品質(zhì)也表現(xiàn)出越來越高的要求。發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板作為提升發(fā)動機(jī)艙規(guī)整度、美觀度的零部件，能夠顯著提升車輛品質(zhì)感及用戶使用體驗，已新車型設(shè)計的一個趨勢。本文主要闡述了前艙蓋板典型的布置結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計要求以及材料選擇原則，為前艙蓋板的設(shè)計及應(yīng)用提供基礎(chǔ)參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)艙裝飾;裝飾蓋板;結(jié)構(gòu)設(shè)計;材料選擇

1 引言

發(fā)動機(jī)艙是汽車布置最復(fù)雜的區(qū)域，布置了整車最多的零件和系統(tǒng)[1]。發(fā)動機(jī)艙通常布置了發(fā)動機(jī)總成、變速箱總成、進(jìn)排氣系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、蓄電池、保險盒、控制模塊、洗滌壺等。一直以來發(fā)動機(jī)艙布置多以性能及功能性為設(shè)計主導(dǎo)，較少考慮美觀性需求，僅在少數(shù)豪華車型上應(yīng)用發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板對其進(jìn)行美化設(shè)計。近年來，隨著國內(nèi)消費者對汽車品質(zhì)感的需求日益提高，無論入門級車、中級車還是豪華車，越來越多車型開始應(yīng)用發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板對發(fā)動機(jī)艙進(jìn)行美化設(shè)計，規(guī)整、美觀的發(fā)動機(jī)艙能顯著提升車輛品質(zhì)感、檔次感，有利于提升消費者對車型的好感度，正成為新車型設(shè)計的一個趨勢[2]。

2 發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板結(jié)構(gòu)介紹

目前市場中各車型發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板形態(tài)各異，根據(jù)布置結(jié)構(gòu)分類，可歸納為周邊遮蓋、半遮蓋、全遮蓋三種典型結(jié)構(gòu)形式。

2.1 周邊遮蓋式蓋板

周邊遮蓋式蓋板僅對水箱上部空隙及翼子板區(qū)域車身鈑金進(jìn)行遮蓋（如圖1所示），發(fā)動機(jī)艙主要區(qū)域敞開外露，可兼容同車型多款動力配置。蓋板根據(jù)車型發(fā)動機(jī)艙整體尺寸可做整體式或分件式以減小模具尺寸、降低模具成本。周邊遮蓋式蓋板僅遮蓋發(fā)動機(jī)艙周圈不規(guī)整區(qū)域，對發(fā)動機(jī)艙內(nèi)各零部件進(jìn)行保養(yǎng)維修時，不需拆裝蓋板，維修保養(yǎng)便利，且具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、對材料耐熱性能要求低等優(yōu)勢，故應(yīng)用最為廣泛，但發(fā)動機(jī)艙大部區(qū)域未做遮蓋，感知品質(zhì)提升有限。

2.2 半遮蓋式蓋板

半遮蓋式蓋板對發(fā)動機(jī)艙大部分區(qū)域進(jìn)行遮蓋，發(fā)動機(jī)上部開缺口避讓以便于散熱，不外露前艙零部件，外觀規(guī)整（如圖2所示）。因遮蓋面積較大，一般采用分件式設(shè)計，由左側(cè)蓋板、右側(cè)蓋板及前蓋板三塊大蓋板組成，機(jī)油蓋、機(jī)油尺、洗滌液壺、防凍液壺、剎車液壺、蓄電池等常用部件需開避讓孔或設(shè)計可拆卸小蓋板便于日常檢查及維護(hù)，匹配要求較周邊遮蓋式蓋板復(fù)雜。蓋板遮蓋至發(fā)動機(jī)艙溫度場高溫區(qū)域，蓋板散熱要求高，模具及材料成本高。進(jìn)行發(fā)動機(jī)艙零部件保養(yǎng)維修時需拆卸蓋板，便利性差且增加拆裝工時。同款不同動力配置車型，發(fā)動機(jī)艙布置通常不同，蓋板需專門針對不同動力配置進(jìn)行設(shè)計，無法兼容，增加了開發(fā)成本。半遮蓋式蓋板能顯著前艙感知質(zhì)量，被較多定位中高端的車型應(yīng)用。

2.3 全遮蓋式蓋板

全遮蓋式蓋板對發(fā)動機(jī)艙整體包括發(fā)動機(jī)區(qū)域進(jìn)行完全遮蓋，不外露前艙零部件，外觀規(guī)整統(tǒng)一，對稱式設(shè)計使機(jī)艙協(xié)調(diào)有序高級感強(qiáng)（如圖3所示）。蓋板一般采用分件式設(shè)計，由左側(cè)蓋板、右側(cè)蓋板及前蓋板三塊大蓋板組成，大蓋板上開避讓孔或設(shè)計可拆卸蓋板便于機(jī)油蓋、機(jī)油尺，洗滌液壺，防凍液壺、剎車液壺、蓄電池等常用部件日常檢查及維護(hù)。蓋板與周邊零件及子零件匹配關(guān)系復(fù)雜，要求高。蓋板遮蓋發(fā)動機(jī)區(qū)域，不僅需承受較高溫度，還需進(jìn)行隔熱及吸音設(shè)計，承擔(dān)發(fā)動機(jī)艙裝飾板及隔音隔熱板的作用，因而成本較高。與半遮蓋式蓋板類似，全遮蓋式蓋板同樣不便于拆卸且無法兼容多款動力配置，售后維修成本及開發(fā)成本也較高，僅少數(shù)定位中高端的車型應(yīng)用。

綜上可知，三種結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板各有優(yōu)劣，進(jìn)行方案選擇時需兼顧車型定位、成本、感知要求等多方面因素綜合考慮。

3 發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板結(jié)構(gòu)設(shè)計

發(fā)動機(jī)裝飾蓋板設(shè)計不僅需充分校核飾板邊界條件，滿足整車生產(chǎn)裝配空間要求和車輛正常使用過程中零件安全間隙要求等，還應(yīng)考慮在滿足整體造型風(fēng)格的同時，保證蓋板本身強(qiáng)度及裝配可靠性，不會因振動產(chǎn)生移動或異響。此外，蓋板還需進(jìn)行防水或排水路徑設(shè)計，避免水流直接接觸電子部件或高溫高壓部件產(chǎn)生安全風(fēng)險。

3.1 周邊件校核

發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板與發(fā)動機(jī)艙主要零部件間無相對運動，兩者相對間隙必須滿足裝配工差及制造公差要求。對于機(jī)油尺、機(jī)油蓋、防凍液壺、洗滌劑壺、冷媒加注口、制動液壺、蓄電池等需定期檢查或維護(hù)的部件，蓋板設(shè)計需根據(jù)人機(jī)要求設(shè)計操作空間。具體安全間隙參考值如表1所示。

3.2 安裝點布置

發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板安裝在前格柵和車身上，安裝點布置要考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及裝配可靠性。為保證蓋板安裝到位后不會隨整車振動產(chǎn)生滑移或異響，蓋板上必須設(shè)計定位結(jié)構(gòu)。

3.2.1 與前格柵裝配結(jié)構(gòu)

蓋板與前格柵裝配有卡扣卡接、搭接和子母扣卡接三種常用安裝結(jié)構(gòu)，蓋板前端中部需設(shè)計定位銷與前格柵進(jìn)行精定位（圖4，圖5，圖6）。

3.2.2 與車身裝配結(jié)構(gòu)

蓋板與車身常采用螺栓螺母、子母扣或暗扣裝配，安裝點應(yīng)盡量靠近邊界，保證裝配牢固性。螺栓螺母裝配牢固性最好但拆裝需用工具，且螺栓外露不美觀，一般僅用于非外觀區(qū)域;子母扣拆裝方便，但影響外觀整潔度;暗扣安裝點隱藏，但拆裝不便，卡扣多次拆裝易出現(xiàn)失效。此外，蓋板尺寸較大且安裝點分布在發(fā)動機(jī)艙艙不同零部件上，蓋板非定位安裝點處需進(jìn)行容差設(shè)計，避免因公差累積導(dǎo)致裝配困難。

3.3 防水/排水設(shè)計

3.3.1 周圈密封防水

發(fā)動機(jī)裝飾蓋板周圈裝配密封膠條與發(fā)動機(jī)罩過盈配合起到密封作用，防止水進(jìn)入前艙，如圖7所示。

3.3.2 排水路徑設(shè)計

出于降成本考慮，發(fā)罩周圈通常不裝配密封膠條，此種情況需考慮水流進(jìn)入機(jī)艙蓋板后水流路徑及排水設(shè)計。排水孔需設(shè)計在蓋板最低點或局部相對最低點，應(yīng)避開電子元器件或高溫高壓部件，避免水流直接接觸，蓋板表面可設(shè)計造型特征起擋水作用引流。

4 發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板材料選擇

發(fā)動機(jī)在運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生大量熱量，并通過發(fā)動機(jī)艙內(nèi)氣體對流或熱輻射的方式傳遞給周邊零件，使其升溫，特別是發(fā)動機(jī)、排氣歧管、渦輪增壓器等附近區(qū)域溫度較高，當(dāng)超過耐熱溫度時易出現(xiàn)失效[3]。因而在設(shè)計發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板時，應(yīng)考慮避開高溫區(qū)域或采用耐高溫材料，如無法避免時，采用隔熱墊/板進(jìn)行耐熱優(yōu)化。

以上汽通用五菱某款裝配全遮蓋式發(fā)動機(jī)機(jī)艙裝飾蓋板的車型為例，該車型裝備1.5T渦輪增壓直噴發(fā)動機(jī)，發(fā)熱量較大。通過CAE溫度場模擬分析發(fā)現(xiàn)高溫區(qū)位于渦輪及排氣歧管上方，模擬結(jié)果最高溫度為118℃。在進(jìn)行熱害臺架試驗驗證時，在15km/h、15%爬坡高負(fù)荷工況下實測得到發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板下表面最高溫度達(dá)120℃，各測點最高溫度詳見表2，實測結(jié)果與CAE溫度場模擬分析結(jié)果接近。故發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板材料熱變形溫度需超過120℃且應(yīng)留有安全裕度。

發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板材料除根據(jù)發(fā)動機(jī)艙工作溫度進(jìn)行選擇外，還需根據(jù)蓋板結(jié)構(gòu)、材料性能、零件成本等多方面因素綜合考慮。

目前較常用的發(fā)動機(jī)艙裝飾板材料為PP-T20、PP-T40、PP+30GF，PP+30LGF、PA6+GF35五種材料，其材料性能對比詳見表3。

根據(jù)以上性能對比，可以總結(jié)出四種材料的優(yōu)缺點及適用場合，詳見表4。

綜上所述，發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板材料選擇首先需根據(jù)發(fā)動機(jī)艙溫度場及極限溫度，選擇能滿足耐熱要求的材料;其次，需根據(jù)車型成本目標(biāo)、感知要求、裝配可靠性、功能要求和結(jié)構(gòu)形式等因素進(jìn)行材料優(yōu)化選擇;方案確定后，還需進(jìn)行CAE模擬分析、臺架熱害試驗及整車路試進(jìn)行充分驗證。

5 結(jié)語

汽車發(fā)動機(jī)艙裝飾蓋板能極大提升發(fā)動機(jī)艙規(guī)整度、提升整車品質(zhì)感，但發(fā)動機(jī)艙復(fù)雜的環(huán)境給裝飾蓋板的設(shè)計帶來諸多困難。本文介紹了發(fā)動機(jī)裝飾蓋板結(jié)構(gòu)形式，梳理了裝飾蓋板結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇要求過程中的要點，旨在給設(shè)計人員提供基礎(chǔ)參考，減少設(shè)計盲點。

參考文獻(xiàn)：

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