轿车发动机舱关键零部件的布置研究
彭岳华高卫民徐康聪
（上海汽车集团股份有限公司）
【摘要】阐述了发动机舱关键零部件布置的6个原则：满足基本动静态间隙原则；符合发动机动力总成的动态包络；满足总装的装配间隙要求；保护驾驶舱成员的安全碰撞要求；满足热力学布置要求。对近20款经济型轿车的发动机舱进行了研究，依据轿车发动机舱的典型布置案例解释了这些原则。
主题词：轿车发动机舱关键零部件布置
中图分类号：U464文献标识码：A文章编号：1000－3703（2010）05－0027－03
A Research on Key Component Package in Passenger Car′
Engine Compartment
Peng Yuehua,Gao Weimin,Xu Kangcong
（SAIC Motor Passenger Vehicle Co.,Ltd）
【Abstract】This article expounds6principles for key components package of engine compartment:meeting the basic dynamic and static clearance;meeting the dynamic envelop of engine assembly;meeting the fitting clearance requirement of assembling;meeting the safety and collision requirement on occupant protection;meeting the package requirement of thermodynamics.Engine compartment of nearly twenty economy passenger cars is studied in the paper,and these principles are explained according to the typical package cases of passenger car engine compartment.
Key words:Passenger car,Engine compartment,Key components,Package
1前言
发动机舱是最复杂的总布置区域，因为发动机舱容纳了最多的零件和系统，如发动机动力总成、发动机进排气系统、发动机冷却模块、前大灯、蓄电池、ABS模块、发动机冷却液容器、保险丝盒、真空助力器、洗涤液容器，如果采用液压转向还有转向油容器，有时还有ECU模块以及连接各个零部件之间的管路和线束等。在轿车开发设计或改型设计时，最基础的工作是确定发动机在机舱中的位置，而其核心问题就是确认发动机总成及附件与车身零部件之间的合理间隙。长期以来，动力总成与车身零部件之间间隙的确定一度成为轿车总体布置的一个技术难点，因此，对发动机产生位移的成因进行分析，确认各间隙的具体数值，具有普遍的理论意义和迫切的实际意义。
2发动机舱布置
2.1发动机的布置
发动机舱（图1）的布置是围绕发动机和变速器动力总成的布置来考虑的，只有发动机得到了合理的布置，其他零部件的布置才能开始，否则只会舍本求末。
图1某轿车发动机舱截面（Y=0）
发动机的上、下位置对离地间隙和驾驶员视野有影响。轿车前部因没有前桥，其发动机油底壳至路面的距离，应保证满载状态下最小离地间隙的要求。在发动机高度位置初步确定之后，风扇和散热器的高度随之而定，要求风扇中心与散热器几何中心相重合，以使散热器在整个面积上接受风扇的吹风。护风罩用来增大送风量和减小散热器尺寸。为了保证空气的畅通，散热器中心与风扇之间应有不小于50mm的间隙，无护风罩时间隙可减小到30 mm。由于空气滤清器位于发动机进气歧管上，其高
度影响发动机罩高度，为此将空气滤清器做成扁平状。发动机罩与发动机零件之间的间隙（δ2）不得小于25mm，以防止关闭发动机罩时发动机舱内的零部件受到损伤。而在NCAP等安全条约应用后，该间隙增加到60~100mm。
发动机的前、后位置则取决于汽车轴荷分配和发动机舱的长度。发动机前后位置影响轿车前排座位的乘坐舒适性、传动轴长度和夹角。为减小传动轴夹角，发动机前置后轮驱动汽车的发动机常布置成向后倾斜状，使曲轴中心线与水平线之间形成l°～4°夹角，轿车多在3°～4°之间，见图1中的α角。发动机前置后轮驱动的轿车，发动机动力总成和前端冷却模块、前围板以及两前纵梁之间的距离（δ1和δ3）不小于30~35mm。发动机的前、后位置应与上、下位置一起进行考虑，前后位置确定以后，就可以确定汽车前围板和冷却模块的位置。
2.2其他零件布置
车辆在运行过程中，发动机的运动是一个多自由度的转动和振动系统，引起发动机总成及附件相对车身产生位移的主要因素有：
a.发动机及附件绕曲轴中心线转动；
b.由于地面激励，使发动机产生相对车身的垂直振动。
因此，在考虑其他零件布置时，应充分考虑发动机动力总成的运动特点，并参考6个原则进行布置。
原则1[1]:静态间隙是指零部件在不运动状态下最小的间隙。发动机舱内零件之间的距离通常有3种，即两个静止零件之间的距离、静止零件和运动零件之间的距离、两个运动零件之间的距离。这3种状态的间隙对于发动机舱的零件来说都是经常需要考察的。对于第一种情况，两者之间的（静态）距离最好大于10mm，否则需要对他们之间的尺寸链进行计算核查，5mm是最小的间隙；对于第二种情况，二者之间的最小静态距离为25mm，最小动态距离为15mm。对于第三种情况，二者之间的最小静态距离为30mm，最小动态距离为15mm。动态距离的计算通常采用动态包络法进行检查。
原则2[2]:发动机动态包络。发动机的运动范围是通过发动机悬置的性能参数来进行定义的，这些性能参数规定了发动机的前后运动、上下运动和左右运动以及前后转动的角度。为了确认发动机周边零件布置的可靠性，需要按照发动机悬置的性能参数进行包络体的模拟，从而得到动力总成和周边零件的动态间隙，该结果不能小于15mm。如果由于发动机舱空间太小，实在无法满足与包络的动态间隙要求，则需要确认发动机悬置的实际参数进行调整。为确保悬置能有效控制发动机的运动范围，通常悬置会进行骨架结构的限位，该限位小于发动机悬置的性能参数，这样发动机运动的范围将进一步缩小。对于运动件，可以采用三维建模软件生成动态包络，然后进行相关的间隙检查，确保达到规定的间隙要求。
原则3:满足总装装配工艺的要求。上面已经阐明，动力总成通常是和副车架装配在一起，然后安装在车身上的，因此必须保证这个总成和发动机舱周边的装配间隙，保证不会因为安装台架和人为操作与周边零件的干涉，必须留出30~35mm的间隙。除此之外，实际上还有很多零件也需要做相关的考虑，比如发动机装配完后，需要考虑前端冷却模块的安装，蓄电池的安装，以及保险丝盒等零件的安装。通常这个动态装配工艺的间隙要求为20~30mm，零件质量越小，越易控制的，静态的间隙可以适当缩小。如安装蓄电池和保险丝盒时，两者之间的间隙应当不小于20mm。
原则4:保证乘客舱乘员的安全。发动机舱在设计时要考虑各种安全碰撞的要求，如56km/h的正碰和64km/h的偏置碰撞。发动机布置是否合理，直接的表现就是前围板变形和车内零件对乘员的伤害。前端碰撞是与保险杠缓冲梁和前纵梁的结构密切相关的。同时也需要考虑功能件的布置，如ABS、蓄电池、ECU模块等都是结构比较强，在CAE仿真分析均视为刚体的零件，应当设置合理的碰撞能量传递路径，不能设计在碰撞路径上，使能量直接传递给乘客。
原则5:行人保护原则。随着NCAP在各个国家的传播和应用，汽车对行人的保护成为新产品开发的重要研究内容之一。按照目前较为流行的ENCAP 安全条约，需要考察车辆前端对行人小腿、大腿、躯干和头部等部分的伤害指数。最有效的方法就是引导行人的碰撞倾倒路径，同时提供必要的缓冲距离，减小各个部分的伤害指数。根据ENCAP第二阶段的条约，保险杠下端应和保险杠中部最突出的地方保持平齐，保险杠前端应有大于70mm的泡沫缓冲大腿（图2），在离地面沿前包络线为1500mm（在发动机盖上为一条曲线）的下方要求发动机盖和发动机舱内的硬件的距离大于85mm（不同的车型有不同的要求），在大于1500mm曲线的上方需要提供94mm的空间以满足头部碰撞的要求。
