浅谈重型汽车发动机的结构匹配.pdf

10.16638/ ki.1671-7988.2017.13.043 10.16638/ ki.1671-7988.2017.13.043 浅谈重型汽车发动机的结构匹配 田杰，管志杰，黄英英，张凯，刘栋，李朝勇 （陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200） 摘 要：文章概述了重型汽车发动机的结构布置要求与相关注意事项，对重型汽车发动机的开发及附件布置具有一 定的指导意义。 主题词：发动机结构；布置；重型汽车 中图分类号：U461.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)13-125-02 Structures of heavy- duty vehicle engine Tian Jie, Guan Zhijie, Huang Yingying, Zhang Kai, Liu Dong, Li Chaoyong ( Shaanxi heavy Automobile co. LTD, Shaanxi Xian 710200 ) Abstract: 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. Keywords: Engine structure; Layout; Heavy duty truck CLC NO.: U461.2 Document Code: A Article ID: 1671- 7988 (2017)13- 125- 02 前言 随着重型汽车品质的不断提升，整车零部件精细化设计 的要求越来越高。发动机作为整车设计开发的核心部件，其 性能与结构的优劣直接制约整车的设计水平，而发动机的结 构及接口设计能否与整车附件接口协调统一将是二者结构能 够完美匹配的关键。 发动机除整体外形尺寸外，需与整车连接的系统主要有 冷却系统、进排气系统、燃油供给系统、电器系统等。如何 实现各个系统与整车个系统之间的合理匹配，对于重型汽车 发动机的设计开发显得尤为重要。本文归纳阐述了发动机匹 配重型汽车的结构布置要求与相关注意事项，对重型汽车发 动机的开发及附件布置具有一定的指导意义。 1 发动机总布置设计原则 发动机的结构开发与整车息息相关，整车的性能要求及 附件布置确认后发动机的结构设计将有一个最优方案，本文 以目前欧洲主流车型附件布置为参考，浅谈发动机与重型汽 车的结构匹配。 1.1 发动机的外形尺寸 图 1 图 2 1-车架；2-发动机；3-横向稳定杆；4-前轴；5-稳定杆； 6-驾驶室隔音板；7-地面 整车设计初期，总布置会根据不同用途车型定义整车接 近角、离地间隙、驾驶室地板高度、车架宽度等参数，这样 就形成发动机设计的最原始输入，即长、宽、高边界尺寸； 结合动力总成定位尺寸，考虑底盘悬架系统动挠度及动力总 成与车架柔性连接，即可细化发动机曲轴下方尺寸，见图 1。 根据周边系统布置， 可以进一步确定油底壳的外形尺寸要求； 综合车架高度、发动机隔音装置及其他附件等对发动机宽度 方向尺寸的影响， 即可确定发动机附件布置的局部最大尺寸， 作者简介：田杰，作者简介：田杰，男，助理工程师，就职于陕西重型汽车有限公司 主要从事汽车发动机匹配工作。 田杰田杰 等：浅谈重型汽车发动机的结构匹配等：浅谈重型汽车发动机的结构匹配 126 2017 年第 13 期2017 年第 13 期 见图 2。最后结合发动机的排量要求，分析发动机缸径、行 程、前端轮系、动力输出即可得出发动机的长度方向尺寸， 最终形成发动机外形设计边界。 1.2 进、排气系统设计 以整车右置、后置后处理器为例，见图 3。发动机增压 器采用前进气、后排气右侧布置结构更优，不但可有效缩短 排气管长度，更好的满足排放要求，还能减小管路的热辐射 影响；同时右置增压器还可满足前置进气、中置进气等多种 空滤器布置。 图 3 中冷器作为排放升级的另一重要组成部分，对发动机进 气系统的设计有很大影响。发动机预留进气接口与中冷器预 留接口轴线重合方案最优，可以避免二者错位造成的管路折 弯增大进气阻力；中冷器进、出气口的位置不同厂家差异较 大，考虑管路设计的难易程度，优选发动机采用中置进气方 案。 1.3 冷却系统设计 整车冷却系统的循环依附于发动机水泵的运转，而冷却 能力依附于散热器的体积、风扇的性能参数与水泵能力。水 泵作为动力源为整个系统提供水压力，管路越短水阻越小， 冷却能力越强。 以尿素箱与后处理器同侧布置（右置），尿素供给系统 所需冷却管路接口应预留在发动机右侧，为保证回路压力， 回水口应预留在水泵前，故水泵应布置在发动机右侧，结合 散热器对角线对流的特点，若散热器出水口在左下方，则发 动机出水口应预留在右前方。 缓速器的使用也对发动机冷却水路的设计提出了更高的 要求，目前多采用串联式冷却方案，考虑循环水路的布置， 缓速器接口应与水泵布置在同侧。 发动机运转过程中冷却液会产生气泡，为保证气泡能顺 利排出，发动机本体水路最高点应预留除气接口。而为整车 除气管路连续向上，发动机预留除气口应与膨胀箱预留一定 的高度差，同样缓速器管路除气口也应依此设计原则。 风扇作为散热器与中冷器冷却的动力源，其与两者之间 的位置关系将决定风扇工作效率，一般保证要求风扇前端面 距离到散热器之间的距离大于等于发动机风扇直径的 （0.18- 0.2）倍，风扇高度处于散热器中心偏上的位置能更好 发挥散热器效能。 冷却系统整体布置要求见图 4。 图 4 1-发动机进水管；2-中冷器；3-散热器；4-水泵； 5-风扇离合器； 6-风扇；7-发动机出水管；8-节温器；9-小循环旁通管； 10-除气管；11-发动机；12-回水管；13-膨胀水箱 1.4 燃油系统设计 燃油低压油路问题导致整车故障的现象时有发生，因整 个低压油路零部件种类及管路接口多，问题排查困难大，所 以低压燃油系统在保证燃油品质的同时管路应尽量的短。考 虑安全性，建议低压燃油系统与起动机在发动机两侧布置, 再结合整车油箱的布置位置，发动机预留的燃油接口位置应 与油箱同侧布置。 1.5 其余附件布置 除上述主要系统外，为保证整车充电系统、空调系统的 要求，发动机需预留发电机与空调压缩机的安装位置。电器 件的热防护在布置时需首先考虑， 避免高温造成零部件损坏， 应与增压器异侧布置。 发动机预留机油加注口应加注便利且效率高，机油加注 口应布置在缸盖上方并处于发动机 3、 4 缸之间， 同时高度方 向需保证总布置间隙要求。 2 发动机总布置的注意事项 合理的发动机结构及附件布置，不仅外观紧凑、整洁、 美观，同时各接口方便连接且能最大程度上满足周边各系统 性能要求： （1） 发动机的全新开发设计输入必须明确。 一般一款发 动机只能实现与一类车型的完美匹配，一对多就会导致发动 机自身结构出现矛盾，前期设计必须分清主次； （2） 抛开发动机的性能谈结构是错误的。 性能与结构是 互相依附的，例如保养里程的指标达成，目前技术手段增大 保养里程必然需要使用大容量的油底壳，若油底壳的设计边 界过小，则无法达成性能指标。 （3） 兼顾排放升级对发动机布置的影响。 随着排放的升 级，采用不同的技术路线，例如欧六