经济型轿车动力总成布置设计方法研究

董伟佳，薛绍献，王旭章

(长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000)

0 前言

在整车全新车型的开发设计和基于原有底盘升级动力总成的改型设计中，最基础的工作就是确定动力总成在机舱中的布置坐标，而其核心问题便是确定发动机总成及附件、变速器及传动轴与车身和机舱内其他整车零部件之间的合理间隙。而在整车总布置设计中的相关间隙的确定是一项技术性和经验性要求极强的工作。不同市场定位的车辆，其动力总成的布置方案千差万别，考虑因素也不尽相同，文中仅针对经济型轿车的布置方案进行探讨和研究。

1 经济型轿车动力总成的布置

通过对比国内主流经济型轿车，如腾翼C30、丰田雅力士、本田飞度、大众Polo、现代雅绅特、中华、捷达、富康等，发现经济型轿车中发动机横置前轮驱动的布置较为普遍。前置前驱的布置型式相比于其他布置方案具有以下明显优势:前轴负荷较大具有明显的不足转向特性;主减速器和变速器安装于同一壳体，可共用一种润滑油;主减速器齿轮结构简单、加工难度更低且无需在装配和维护中进行齿轮间隙的调整［1］。发动机横置方案中排气系统后置的布置型式一定程度上降低发动机进气温度，进而提升燃烧室进氧量，使燃油在气缸内燃烧效率更高，同时此种布置排气管路较短排气压力相应降低，有利于燃烧废气的排放，对提升整车的燃油经济性有一定帮助。但此种布置型式排气系统距离机舱距离较近，需要提升前围隔热层的隔热性能以保证驾乘舒适性。

在国内现有研发模式下，变速器与发动机并不是一同开发，因此两者间的接口尺寸和安装点的匹配在所难免。进行匹配时，需要相关主管部门将所要进行的更改工作的难易程度和开发成本进行综合分析最终确定是发动机接口更改还是变速箱接口更改，还是两者均进行更改。动力总成与周边件的间隙的设计应满足基本静态间隙和动力总成动态包络原则，并充分考虑装配、维修、碰撞安全和热力学分布等因素。

1.1 动力总成上、下向间隙的定义

横置发动机进行布置时，首先应保证的发动机动力输出线(曲轴中心线)与整车的ZX 平面垂直布置，在考虑发动机及变速器允许的最大布置倾斜角度时，应保证发动机在大多数的工况下机油集滤器能够吸入润滑机油，并在变速器内齿轮油的冷却润滑性能的条件下，合理调整，以达到尽量大的油底壳最小离地间隙(满载状态下，油底壳及变速器壳体离地间隙要求为150 mm 以上)，同时应保证设计状态下左、右传动轴夹角小于5°，且在整车各种工况下，传动轴的夹角不允许超过传动轴图纸规定允许出现的最大夹角。对传动轴进行运动分析，保证所有特征点都在滑移曲线的允许范围内。传动轴夹角校核结果如图1 所示，传动轴滑移曲线校核结果如图2 所示。

在保证油底壳离地间隙以及发动机部件与发动机舱内表面间隙的条件下，降低发动机罩的高度有利于车身前部的造型和驾驶员的下视野，但考虑到行人保护全球技术法规(GTR)要求，动力总成及其附件到机舱盖内板间应留有足够的碰撞缓冲距离(推荐不小于80 mm)。若空气滤清器布置位置最高或使用CAE 工具进行碰撞区域划分时碰撞区域远离，则此间隙可以适当减小［2］。

1.2 动力总成前、后向间隙的定义

前、后方向的间隙首先考虑整车的散热性能，发动机到前端散热器电磁扇扇叶中心一般要求预留100 mm 以上的间隙;为避免发动机热量传入驾驶室及为整车碰撞预留足够的缓冲空间，在动力总成与前围板之间也应留有足够距离(推荐不小于60 mm)［3］。

1.3 动力总成与周边件间隙的定义

在确定动力总成与机舱内其他零部件的间隙时，由于动力总成是通过悬置(橡胶或液压形式)连接于车身或副车架上，在车辆启动、换挡、转弯和运行中都会引起发动机的振动和位移，故应保证发动机运动到极限状态时与周边固定零部件间隙不小于5 mm。对于承载式车身搭载横置发动机静止状态要求发动机与周边间隙不小于20 mm;而对于非承载式车身应考虑车架和车身的合装误差以及车架和车身的位移，间隙要求尤其在前、后方向上应结合主机厂自身设计制造能力进行适度放大。动力总成与周边零部件的间隙应按照动力总成极限位移，并结合相关零部件的制造误差以及装配误差来进行累积核算。相关经验值见表1。

表1 动力总成与周边件间隙值列表

2 动力总成附件可接近性定义

在进行机舱布置和动力总成布置时，工程师遵循的最重要原则便是尽可能充分利用机舱内空间，使其结构紧凑。在设计和优化的过程中，对总装车间零部件装配和机舱主要易损件更换和维修保养过程方便性的考虑显得尤为重要。

2.1 动力总成附件装配可接近性定义

动力总成与前端散热模块连接软管的布置应避免接近热源，如无法规避应加装隔热套，并预留足够的拆装空间(推荐不小于30 mm)，管路卡箍应考虑集成设计，减少零部件开发数量，方便车间管理及售后市场备件。总装车间生产设备如发动机吊装设备、液体加装设备、扭力扳手、气动扳手、专用工具等的接近性和改型车共线生产时的设备共用及生产节拍同步，也应在总布置设计之初评审多方意见，结合主机厂自身生产能力和生产规划进行综合考虑［4］。

2.2 动力总成附件维护可接近性定义

动力总成相关附件中使用和维护频率较高的零件如机油标尺、发动机火花塞、发动机油底壳、变速箱放油螺栓、机油滤清器等部件均要求布置于易接近部位或拆卸较少的零部件便能对其达到很好的接近性。机油标尺，火花塞、线束插接件、发电机固定螺栓、空调压缩机固定螺栓、转向助力油泵固定螺栓等附件还要求在其插拔轨迹上无相关零部件的遮蔽。

动力总成的布置还需协调机舱内的空滤器滤芯、汽油滤芯的更换，前大灯灯泡更换、洗涤液、动力转向油、副水箱或膨胀箱冷却液、制动液加注及检测的方便性，发动机附件皮带预紧力调整和更换、空调系统压力检查及制冷剂加注、蓄电池电量观察，排气管更换等的方便性。

3 结束语

各主机厂在设计研发中基于自身条件和现状对设计经验的积累如企标标准、作业指导书及相关检查表等的建立，尤其对总布置设计具有极强的参考和指导意义。文中的相关设计源于自主设计经验，需要在后期的实践中结合相关的失效型式和优秀的布置案例不断地对相关结论进行验证和调整相关设计数值，进而持续优化动力总成的布置效果和提升整车综合性能。

【1】王望予.汽车设计［M］.4 版.北京:机械工业出版社，2004.

【2】贾粮棉，任杰，王瑞玲. 轿车发动机舱内各部件主要间隙确定［J］.现代机械，2003 (4):31-32.

【3】刘建祥，夏广飞，许志宝，等.某轿车发动机舱流场分析［J］. 汽车工程师，2011(9):36-38.

【4】彭岳华，高卫民，徐康聪.轿车发动机机舱关键零部件的布置研究［J］.汽车技术，2010(5):27-30.