浅析汽车回收利用的正向设计

韦小华，徐清魁，贾美霞

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

浅析汽车回收利用的正向设计

韦小华，徐清魁，贾美霞

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽车工业飞速发展的同时也给我们带来了巨大的环境压力，国家先后出台了一系列的法规与政策，鼓励汽车使用易于回收再利用的环保新材料，并提出了具体的管理要求来约束汽车产业。文章着重研究了我国目前的实际情况，并从材料的选择、回收设计要求、回收计算等方面进行详细分析，以便企业建立一套完整的正向设计流程，确保汽车产品减少环境污染的同时满足回收相关要求。

汽车；材料；回收

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.037

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-115-04

前言

目前我国已成为世界汽车第二大生产国、第二大消费市场和第一大潜在市场，2014年底我国汽车保有量达1.54亿辆，根据预测，至2020年我国汽车保有量将超过2亿辆。按照成熟市场报废汽车占汽车保有量6%～8%的水平计算，2015年我国报废汽车量将达到900万辆，2020年将达到1200万辆，报废量巨大，这些报废车辆如果仅仅作为废品处理，将产生600万-900万吨的废品，这不仅浪费了资源，而且还会污染和损害环境，报废汽车的环境管理课题显得越来越紧迫。

1、有关车辆回收利用的认证要求

1.1 3 C认证

2014版3C规则，即CNCA-C11-01：2014《强制性产品认证实施规则 汽车》于2015年1月1日正式实施，已将禁用物质和回收利用计算纳入管控。

a）M1和N1汽车的禁限物质应符合GB/T 30512《汽车禁用物质要求》的要求，即汽车及其零部件产品中每一种均质材料中的铅、汞、六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚的质量百分比不超过0.1%，镉的质量百分比不超过0.01%。

b）汽车和挂车的可再利用率和可回收利用率应按GB/T 19515《道路车辆可再利用性和可回收利用性计算方法》的规定进行计算，并要求填报各个阶段（预处理、分解等）的重量。

1.2 公告认证

工信部发布的《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》（征求意见稿）明确M1类车自2016年1月1日起将可回收利用率、可再利用率及禁限用物质纳入公告管理，强制执行，并要求新车公告下发后六个月内发布《拆解手册》，并向工信部报送《汽车有害物质信息表》。

1.3 环境标志认证

已率先增加回收利用和禁限物质的要求，即标准HJ 2532 -2013《环境标志产品技术要求 轻型汽车》中要求除豁免清单以外的所有零部件不得使用铅、汞、六价铬、镉；离合器片中不得含石棉纤维物质；2015年1月1日起汽车可回收利用率≥95%，可再利用率≥85%。

2、汽车回收利用正向设计

新车型的研发是一个非常复杂的系统工程，以至于它需要几百号人花费上3、4年左右的时间才能完成，不同的汽车企业其汽车的研发流程有所不同，江淮汽车根据公司实际情况梳理出特有的NAM流程产品开发体系，并持续改进与优化。

NAM流程将复杂的整车、整机产品及过程开发按照纵向异步、横向同步逐级分解，形成若干个最小技术单元（即节点交付物），并基于“交付物签发”和“节点门审核”建立研发过程的评价体系，以精准的流程管理技术实现研发从概念设计到产品目标的达成。

通过在NAM流程中建立汽车回收利用正向设计的子流程，满足我国《汽车产品回收利用技术政策》、机动车强制性认证（3C）及将出台政策法规中对汽车回收利要求；同时满足出口欧盟等地认证需求，所包含的各阶段如图1所示。

2.1 目标设定

应充分识别与回收相关的现行有效法规、标准，并预判其两至三年的发展趋势，以便作为新产品的研发输入。同时在整车目标规定时需要明确新产品的可回收性目标，主要包括回收率指标、禁限用物质含量、拆解性三个方面。

2.2 回收利用设计

2.2.1 材料的选择

汽车产品在设计生产时就要充分考虑到产品报废后的可拆和易拆解性，遵循如下原则：

a）避免采用对环境有污染、对人体健康有危害的材料；

b）对汽车材料认可时确保材料可以实现无害化处理，且这种材料不需要采用特殊回收处理技术；

c）尽量减少材料使用的种类，尤其是塑料的种类要严格控制，一般主要塑料不超过9种；内饰件主要塑料严格控制在3种内，其中1～2种塑料的百分比之和在90%以上；

d）及时地推动新型环保材料、新工艺、新技术的应用；

e）避免或减少易腐蚀、易老化等材料的应用；

f）增加低合金材料使用量，推动铝合金、铜合金、镁合金等材料的使用，减少金属板材件的使用量等；

g）减少非金属材料的种类，使用常见的汽车材料；

h）总成件设计中，零件及其螺栓、卡扣等连接件使用的材料尽量属于同种材料或同一族材料或相容性比较好的材料；

i）增加可再生材料、热塑性材料的使用量，减少PVC和热固性塑料的使用量；

j）非金属材料选用时，密度在1.0g/cm3～1.3 g/cm3的材料选用时不要过于集中，即在该密度范围内选择的材料要有一定密度梯度，梯度差要在0.1 g/cm3以上。

2.2.2 结构设计

为提高产品的回收利用效率，在汽车产品设计时应遵循如下要求：

a）减少零件种类。采用模块化设计，零件功能合并，减少零件的个数及标准件个数、种类，规范标准件的尺寸和形状；

b）紧固件使用。在不影响零件设计性能的前提下，设计中零件之间的紧固方式、连接方式都采用可拆解形式，尽可能地减少不可拆解的焊接、铆接、胶粘接等；

c）装配优化设计。考虑影响装配效果的因素，如考虑装配零件的个数和装配步骤，优化装配的路线、方向和零件的装配空间等；

d）总成设计。在不影响零部件整体性能的情况下，多采用对称性结构，充分考虑装配斜面、引导槽、定位等易装配和易拆解的设计模式；

e）拆解优化设计。零件设计时充分考虑到零件拆解时的路线，方向以及拆解的先后顺序，工具的可达性，避免设计成必须采用特殊工具才可以拆解的零件；

f）建议在零部件设计时，采用模块优化设计、集成设计，把非金属件和含有害物质等零部件设计成一次性可拆解的模块；

g）全面考虑零件使用寿命的影响因素，设计出满足部分拆解或全拆解的零件，以使零件后期的再使用或再制造，进而提高汽车可回收率。

2.2.3 技术要求

a）非金属零件标识要求

非金属材料零部件（塑料件大于100g，橡胶件大于200g）应有明确的标识，以企业标准明确标识内容、字体、粘贴位置、粘贴方法等（示例见图2），设计部门应将标识要求在图纸、技术协议及相关文件中体现。

b）禁限物质要求

应根据全球汽车申报物质清单GADSL（Global Automo -tive Declarable Substance List）、REACH、ROHS以及其他相关要求（如国家标准限用铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）及六价铬（Cr6+）等），结合公司实际情况，整理出企业内部的禁限物质清单，并根据社会发展情况及时更新维护。之后设计部门应对清单中的物质要求在图纸、技术协议及相关文件中体现，供应商需要提供物质合规承诺书，针对高风险零部件还需提供物质检测报告，同时整车厂对供应商提供物质超过清单中的限值要求需制定相应处罚措施。

2.3 物质采集与计算

2.3.1 内部信息系统

为了更好应对回收利用相关认证，通过信息化手段基于全供应链系统（包含二三级供应商及材料供应商）采集材料和物质信息，进行“两率一单”的计算及报表的生成，因此要求汽车整车厂需要通过内部信息系统与外部CAMDS（中国汽车材料数据系统）连通，实现物质采集、计算与申报。

在设计阶段，供应商通过CAMDS发送外购件物质信息，下载至内部信息系统由设计人员确认；自制件由设计人员通过内部信息系统填报物质信息。

通过内部信息系统完成回收率的计算和有毒有害物质分析，若不符合要求及时整改，确保回收利用满足公告和3C的要求。

2.3.2 物质采集与计算流程

通过内部信息系统完成车型的物质采集与计算流程，主要包括BOM导入、任务分配、数据填报、审批流程、计算与分析五方面。

a）BOM导入

总布置人员负责在内部信息系统中录入车型的BOM结构，BOM结构一般要求分解到二三级；在能够保证物质成分确信的基础上也可到总成级。

b）任务分配

BOM结构根据职能职责分配至对应专业模块，由各专业模块分配至具体设计人员，也可根据项目要求进行分配。

c）数据填报

自制件由设计人员直接通过内部信息系统采集，采集的材料、重量、禁限物质含量等回收信息应准确、完整。

外购件由设计人员通过内部信息系统向CAMDS发送数据采集通知，同时确定数据采集的期限，若设计人员熟悉外购件回收信息时可直接自行填报；外购件由供应商根据数据采集通知完成数据的采集，材料、重量、禁限物质含量等回收信息应准确、完整，提交至设计人员进行确认。

d）审批流程

自制件和外购件的数据采集表按照校对、审核、批准等程序进行，确保数据的准确性。

e）回收计算

物质采集完成后，总布置人员通过内部信息系统计算出车型的回收率，分析整车的禁限物质。

2.4 验证与整改

根据回收率计算和禁限物质分析的结果，与设定的目标进行验证，若不符合目标要求，可选择车型一级总成的回收率数值进行分析，优先选择回收率低的10个一级总成进行整改（主要为更换部分材料），将整改的零部件物质进行重新采集与计算，确保回收率和有毒有害物质符合要求。

2.5 供应商管理

供应商管理部门在OTS认证时，需要对供应商数据采集表完成情况纳入总绩效考评，同时还需提交相应的检测报告及相关的回收文件。对于一级供应商还需对其二、三级供应商的回收数据及检测报告进行管理与提交。

3、实车验证

通过某款小型卡车上，按照上述流程进行1384个零部件的物质采集，第一轮计算未达到目标要求，通过选择发动机、变速箱等达标率低的一级总成进行整改，切换环保材料等手段，重新采集整改件的数据，第二轮计算满足目标要求，见表1。

表1 某小卡回收计算数据

4、结论

报废汽车回收管理是一项政策性强、技术复杂、涉及面广的工作，需要各有关部门的通力协作，才能把这项工作不断推进下去，现在国家已经开始采取措施，加强对报废汽车的回收管理。

作为我们汽车制造企业来说，其责任就是及时了解国家政策，执行国家标准、法律、法规，并不断加大对新技术的研发投入，针对可回收性、再利用性强的材料性能开展专业研究，争取用新型材料代替原来的铅、汞、镉和六价铬等高危害材料，也就是说在设计阶段就对零部件材料进行全供应链采集和分析，源头评估，即汽车整车厂需要基于全供应链（包含二三级供应商及材料供应商）采集所有零部件的材料及物质信息，通过内部信息系统与外部CAMDS连通，实现物质采集、计算与申报，确保满足相关政策法规要求，同时对于拆解性技术加以研究与运用，提高零部件的拆解性，从这两方面着手建立企业合适的回收正向设计体系，随着科学技术的进步和汽车工业的发展，可以预见，汽车对环境的污染必将会越来越小。

[1] 吴卫.汽车标准化[M].天津:中国汽车技术研究中心,200603.

[2] 强毅.机械工业标准化与质量[M]. 北京:机械科学研究总院, 200705.

[3] 陆叶强.汽车材料[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4] 金银.汽车使用维修大全[M].北京:中国商业出版社,1994.

三款改进方案中，方案1的流量系数最大，滚流比最小，方案2的流量系数最小，滚流比最大，而方案3的流量系数及滚流比均适中，相比原机进气道，最大升程下方案3的流量系数降低了13.7%，滚流比提高了186%。

对于增压发动机，进气道进口压力大于环境压力，气流通过压气机压缩进入缸内，流量系数对最终进气量的影响并不明显[3]，有资料显示，流量系数降低15%，最终的进气量并无明显变化[4]。同时非直喷机型由于不必考虑燃油雾化、湿壁及油束导向等因素，滚流比也不必做得过大，以防止吹熄火花塞点火，造成失火。故确定方案3为最终方案。

7、结论

稳态CFD分析数据显示，相比原机进气道，改进方案的流量系数降低了13.7%，滚流比提高了186%，对于增压机型，在流量系数降低可接受范围内，滚流比得到了很大的提高，说明气道优化的设计方向及结构参数的调整是正确的。

出口垂直于燃烧室的结构形式的进气道，其进气门上下流速均较大，可以实现较高的流量系数，但由于上下两股气流的相互抵消，无法获得较高的滚流比。

进气道出口与燃烧室倾斜一定角度布置，有利于滚流的形成，且有研究表明在一定范围内倾角与滚流比成正比。

进气道下部的收口结构对滚流比的影响较大，收口越大、滚流比越大，但流量系数越小。

稳态CFD计算简便、精度可信，其结果对气道结构设计具有指导意义，但由于发动机的工作过程是多维多相的复杂瞬变过程，为得到点火时刻的缸盖流动状态，瞬态CFD分析是必要的。

参考文献

[1] 韩文艳.许思传等,滚流比对缸内直喷汽油机混合气形成及燃烧的影响,内燃机学报 第30卷（2012）第6期.

[2] 段亮.杜爱民.田永祥,汽油机进气道三维CFD分析 同济大学汽车学院.

[3] 张小矛等，进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响.内燃机学报第29卷（2011第4期.

[4] 张小矛等,基于CFD数值分析改进增压汽油机燃烧系统性能呢.2011年CDAJ-CHINA 中国用户论文集.

The Forward Design Of Automobile Recycling

Wei Xiaohua, Xu Qingkui, Jia Meixia
（Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The rapid development of the auto industry has also given us tremendous pressure on the environment, the state has promulgated a series of regulations and policies to encourage the cars use easy recycling and reuse of environmental protection new materials, and put forward the concrete management request to restrict the automobile industry. This paper focuses on the present situation in China, analyzed in detail from the choice of materials, recycling design, recycling calculation, so that the enterprises should establish a complete set of forward design process, ensure the automotive products to reduce environmental pollution at the same time to meet the relevant requirements of recycling policy.

Automobile; Material; Callback

U462.1

A

1671-7988(2016)10-115-04

韦小华，（1983.11-），男，工程师。本科，就职于安徽江淮汽车股份有限公司，一直从事国内外标准法规方面的研究、企业标准体系的完善、标准件设计与运用。