汽车发动机轻量化解决方案研究

刘峰

摘要：随着全球汽车保有量的逐年增加，汽车交通事故数量不断增长，能源紧缺和环境污染等问题的不断涌现，新车型的设计需要满足减排、低耗、安全等要求。这使得汽车的设计趋向于轻量化以及需要满足更高的安全性等要求。

关键词：汽车;发动机;轻量化

引言

汽车是人们出行使用最多的交通工具之一，给人们的生活和学习提供了很多方便，本文主要讲述汽车里最重要的一个零件就是发动机。人们要了解汽车重要零件的作用，在日常使用中注意其保养和维护，能够有效延长汽车零件的使用寿命。发动机是汽车的动力装置，它决定着汽车是否能够正常运行，根据汽车动力来源的不同，发动机可以分为柴油、汽油和电动三种方式，每种方式都有各自的特点和优势。

1现代汽车轻量化发展价值

分析現代汽车轻量化发展价值，主要在下述两方面体现。首先强调汽车轻量化发展，对于汽车油耗减少有明显的促进作用，车辆在生产制造过程中，整车质量和车辆油耗间的关系相当密切，如果可以将车辆的整体质量减轻，则可以有效降低车辆能耗，减少尾气排放。一般情况下，车辆质量每下降1kg，那么1L汽油可以多形式0.012km。同时车辆质量减轻，可以使得车辆排放的二氧化碳、硫化物、氮化物等有害物质的排放量大大减少，从而达到对环境污染有效降低的目的。其次促进汽车朝着轻量化方向发展，还可以极大地提升车辆的行驶性能、安全性能。汽车质量减轻了，汽车行驶过程中的加速时间也会显著变短，例如加速到100m/h，原来的时间是12s，减轻质量之后，时间缩短到8s。同时车辆质量减轻之后，其对负荷进行牵引的状态也发生了转变，得到了优化调整，性能更佳，进一步提升车辆行驶安全性。

2发动机轻量化发展趋势

发动机设计高度集成、制造高度精密、工况高度复杂，高效率、低摩擦、轻量化、智能化依然是未来发动机设计制造的发展方向，传统的发动机将更加注重于高效燃烧和小型化。发动机往往占据整车重量的10%以上，和车身内外饰相比，发动机材料和特殊处理类型繁多、结构设计复杂、集成度高、工况恶劣。一般而言，优化结构与运用较轻的材料作为发动机实现轻量化的主要途径。动力总成的新特点也决定着材料应用的变化，随着电驱动的普遍开发，以特殊钢和铸铝为代表的材料开始逐步向材料多元化方向发展。典型的发动机、变速箱、电驱动系统和动力电池所应用材料大类的比例和重量，其它材料主要为塑料、橡胶、胶、液体材料等非金属材料，可以看出，发动机基本是由钢和铝以及部分铸铁组成，从材料替代角度看，具备一定的轻量化空间。

3零部件轻量化方案

3.1偏心距的设计

偏心轮张紧机构的原理是使轴承座同心的圆的圆心随着偏心盘在支架上以偏心距为半径旋转，使得中心距在正负偏心距的范围内变化，从而达到了链条张紧的目的，所设计的偏心距要求能够使得链条有两个链条节距的调节范围（放松和收紧各有一个节距），查阅机械设计手册，根据非圆整的链条长度的预估公式去验证设计的偏心距。

3.2锻造铝合金车轮和结构件研发

汽车上应用的铝合金锻件主要是轮毂、保险杠等，在大客车、重型汽车上应用尤为广泛。近年来，也陆续应用到一些中小型汽车、摩托车等上面。根据相关统计，世界上几年来轮毂应用广泛程度不断提升，每年以20%的速度增长着，当前使用量突破十几亿。我国大型汽车企业也在展开深入的研究，随着汽车用量的不断增加，铝轮毂、其他铝锻件用量也会不断提升。

3.3底壳以塑代钢

与各类金属材料相比，塑料材料最显著的优势就是其重量优势，除了轻量化的特点，塑料还具备更高的设计造型自由度，容易集成设计，并减少零件数量，可一次成型，加工效率高于金属，模具成本低。相对于金属材料，塑料更耐化学药品，无生锈腐蚀风险，且不易传热，良好的保温性和NVH性能。目前塑料油底壳的主流材料为尼龙玻纤增强材料。以目前相对较成熟的塑料油底壳为例，与传统的金属油底壳相比，塑料油底壳可以减重40%以上，实际重量可以降至2kg以内。以某三缸机为例，采用的塑料油底壳的重量为508g，相比金属，有大幅度的降低。当然，塑料也有自身的劣势，如耐温性较差、高温强度急剧下降，尺寸稳定性不如金属，这就需要在实施以塑代钢的过程中，在材料牌号开发和CAE分析中输入准确的材料性能数据（材料高温性能，材料各向异性，材料耐久数据），并需要考虑材料变形带来的密封问题，引入材料及零件耐久环境模拟试验。

3.4新型铝合金车身材料的研发

车身作为汽车的主体架构，构成的零部件较多。而车身又由外板和内板两部分构成，一般选择耐腐蚀性能佳以及时效硬化性强的材料作为外板材，选择成形性能优良以及耐腐蚀性强的材料作为内板材。选择强度大同时焊接性能优的材料作为骨架材;选择挤压性好以及焊接性能优良的材料作为挤压材。对于现代汽车而言，车辆车身呈现标准的流线型，这就决定了其复杂的外形，外形由很多曲面形成，成形困难系数高。车身作为车辆的核心承重构件同时还需要承受来自于空气的阻力。构成车身的零部件相当多，需要阻焊以及焊接。除此以外，还需要车身的材料有理想的耐腐蚀性、耐候性、抗磨性。总结起来，现代汽车车身材料需要具备下述性能，首先强度和刚度需要保持在中等以上;必须具备良好塑性，适应深冲变形;具备良好的可焊接性;具有一定的耐腐蚀性以及耐磨性;具有很强的自时效性;密度相对较低，具有较高的比强度以及比刚度。

结束语

以高强度钢为代表的特钢、镁、铝等为代表的轻金属和以塑料为代表的非金属的广泛应用，以及特种涂层类的开发研究，在特定领域可以取代传统的钢铁材料。铸造镁合金制成的零件已经开始得到整车厂的广泛应用，典型零件主要是变速箱壳体、新能源汽车电机壳体等，相比铸铝可以实现15%以上的减重目标。

参考文献：

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