毕业设计（论文）SUV汽车发动机舱布置设计

上海工程技术大学毕业设计（论文） SUV汽车发动机舱布置设计各专业完整优秀毕业论文设计图纸摘 要目前国内SUV汽车产品市场主要品牌都被国外的汽车大公司垄断，为了提高我国汽车工业的自主开发能力，开发SUV汽车具有重要的战略意义。SUV的发动机舱的布置就是SUV开发的重要环节，发动机布置设计参数包括离地间隙、接近角、离去角、发动机布置形式和变速箱型号，布置动力总成时考虑发动机的振动包络，预留足够间隙。在布置冷却液罐、蓄电池等经常需要维护的部分时安装维修的便捷显的更为重要。遵循先布置大总成后布置小零件的原则，合理安排空间，最后完成发动机舱的布置，这就是传统发动机舱布置设计。但是考虑到近年来汽车安全的主流欧洲行人的保护，传统的布置就难以满足需要了。虽然现在国内没有相关行人保护的条文，但是国产汽车终将与国际接轨，所以行人保护将是近期发动机舱布置设计的新重点。本文在以往的发动机布置设计基础上增加行人保护的相关设计。关键词：发动机舱，行人保护，碰撞，空间 SUV automobile engine compartment arrangement designABSTRACTAt present the domestic SUV automobile produce market main brand all is monopolized by the overseas automobile big company, in order to enhance our country automobile industry the independent development ability develops the SUV automobile to have the important strategic sense.Considered the engine the vibration envelope, reserves the enough gap. In the arrangement refrigerant pot, the accumulator cell and so on frequently need to maintain when part installs the service conveniently to reveal is more important. After follows first arranges greatly always becomes arranges the small components the principle, reasonably arranges the space, finally completes the engine compartment the arrangement, this is the tradition engine compartment arrangement design, but considered recent years auto safety the mainstream Europe pedestrians protection, the traditional arrangement on met the needs with difficulty. Although the present domestic has not been connected the article which the pedestrian protects, but the domestically produced automobile end with international will connect rails, therefore the pedestrian will protect will be the near future engine compartment arrangement design new key point. This article increases the correlation design in the former engine arrangement design foundation, which the pedestrian protects.Key word: The engine compartment, the pedestrian protects, collision, spaceSUV汽车发动机舱布置设计董禾卿 02610630引言SUV起源于美国，也是近年在美国市场最畅销的车种。在美国，皮卡(Pickup)是很流行的车辆，受消费者的欢迎。在20世纪80年代，SUV是为迎合年青白领阶层的爱好而在皮卡底盘上发展起来的一种厢体车。SUV四轮驱动，一般前悬挂是轿车型的独立悬架，后悬挂是非独立悬架，离地间隙较大，在一定的程度上既有轿车的舒适性又有越野车的越野性能；带有MPV式的座椅多组合功能。SUV不仅越野性能好，也宽大舒适、视野开阔，但是最大的软肋是油耗高。现在越来越多人选择城市SUV作为家庭用车，可以同时满足舒适乘坐和驾驶乐趣。但是由于SUV经常有机会遇到复杂路况，同时车辆本身的重心高、重量大、体积大，因此SUV现在安全性能还不是令人满意。作为汽车工业发达的欧洲，人们已经开始重视安全特别是行人的安全。欧洲行人保护出台标志了汽车设计在向更安全更实用的方向发展。SUV的发动机舱的布置设计不仅是汽车设计中关系到汽车性能的重点，本次布置设计时再考虑正面碰撞和行人保护能使SUV整体安全性能得到提升。1 SUV的介绍1.1 SUV的诞生 SUV车是多功能、全地形运动车的统称。SUV车，大家比较陌生；大家熟悉的吉普车（JEEP）只是众多SUV品牌中的一个。由于吉普车在中国的影响非常深，而且占有相当大的市场，所以吉普车这个名字也就成为了中国人对SUV车的一个约定俗成的称呼。 SUV车最初诞生在战火纷飞的二战时期，随着战争的结束，SUV车走进民用车的舞台，并发展壮大起来。现今世界上，越野车的品牌很多，最有声望的品牌莫过于美国的吉普、悍马；英国的陆虎；德国的奔驰等。而这些品牌之所以成名，都是跟它的悠久的发展史分不开的。 德国的VW系列从外形到设计理念上都已经大部分符合现在SUV车的概念，所以，大家一直将德国的VW系列作为SUV车的前身。（VW就是现在大家非常熟悉的德国大众汽车制造公司）1.2 SUV的发展自2002年下半年,一家民营汽车打出“8万余元SUV”概念后，中国汽车便诞生了一个全新的群体。从此，经济型SUV活跃在中国汽车市场上。2003年，全国SUV市场火爆，正是得益于经济型SUV的搅局。据统计，去年SUV总销量为14万辆，而实际销量（包括未统计的品牌）已超过20万辆。在这20万辆之中，以自主品牌为主导的经济型SUV占据了70%的市场份额。经济型SUV为中国的汽车行业完成了一项重要使命，那就是让消费者花更少的钱玩上了SUV。也由此引起了一系列连锁反映：原来的皮卡和SUV厂家频繁降价，新品不断，外观翻新：一批高价SUV“高处不胜寒”，纷纷大幅降价，进入“经济型”行列；一批合资品牌匆匆的推出了价位低廉SUV，大举进军这一市场；一批非汽车行业的厂家转产SUV，欲从中分一杯羹。搅动起了整个汽车市场。2002年，生产经济型SUV的厂家不过7、8家，03年已增长到30余家，到了今年，15万以下SUV已达到了近50余个品牌。多样化的消费是一种必然，下一步经济型SUV使命就是最大限度的满足消费者的不同需求，以多样化、个性化需求的细分市场参与下一轮的竞争。在瞬息万变的市场，能否准确地预见到消费者需求取向的发展轨迹，是厂商在竞争中赢得主动的重要法宝，有远见的企业总是能做市场的领导者而非追随者从营销学的消费者。满足追求个性、崇尚时尚的玩车一族SUV、客货休闲多功能型RUV、紧凑型城市越野SUV、介于轿车和SUV之间的中高档CUV等等多种选择。现在，举国上下都在关注“轿车”的普及，好象轿车是中国发展汽车产业的唯一希望所在，这种倾向是非常有害的。中国早晚要成为世界上最大的汽车市场，各种车型的全面发展、合理布局才是正确之路，我国人口数量与经济发展不平衡，农村和乡镇市场巨大，决定了汽车需求的多样化。不论是民营、国有还是合资企业，不能仅以轿车为其未来发展方向。汽车厂商有“城市”和“农村”两条路走，开发适应国情、中低价位的实用车型的SUV是必须的。 我国SUV与国际市场和中国整个汽车行业增长相比还远远不够。在美国的汽车市场，SUV与轿车的销售比例几乎平分秋色，在中国汽车市场，以2003年为例，轿车销量约为200万辆，SUV按20万辆计算，这个比例仅是10：1。作为一个新崛起的群体，鱼龙混杂在所难免，特别是一些规模小的企业和农用车厂家生产的经济型SUV，很多地方值得改进和提高，但主流是好的。需求必然推动市场，在整个SUV市场中，在相当长的一段时间内，10万元左右的SUV将是主流。原因很简单，它适应中国国情，城乡皆宜，必然有更广泛的用户、持续发展的空间。现在国产SUV整体和各细分市场运行走势基本趋同；新车型是国产SUV市场增长的主要动力；城市乘用型SUV走俏市场、独树一帜；中档及经济型SUV积极开拓国际市场。2 发动机舱布置设计理念及相关因素，相关法规2.1 发动机舱的布置理念发动机舱的布置其中包含很多参数也要考虑很多方面，以往发动机舱布置的重点是以空间合理化为主要目的，其中考虑各部分的振动包络和零件干涉，安装维修的便捷也是影响布置设计的一个组成部分。今天的发动机舱布置不仅要考虑这些，还要考虑碰撞中的行人的保护，这是近年来汽车安全的主流。在以往的基础上增加行人保护的设计，并非多余，虽然现在国内没有相关行人保护的条文，但是国产汽车终将走出中国，与国际接轨，出口国外，所以添加行人保护是近期发动机舱布置设计的另一要点。2.2 离地间隙的设计汽车设计几个重要参数中，最重要的就是“离地间隙”。按照定义，离地间隙是指车辆支承平面（X平面）与车辆上的中间区域（平行于Y平面且与等距离的两平面之间所包含的部分，两平面之间的距离为同一轴上两端车轮内缘最小距离的80%）。即地面与车辆底部刚性物体之间的距离。而汽车参数表中的“最小离地间隙”，也就是指地面与车辆底部刚性物体最低点之间的距离。换句话说，最小离地间隙反映的是汽车无碰撞通过有障碍物或凹凸不平的地面的能力。最小离地间隙的定值合理不合理，直接影响到车辆的通过性和外观的协调性。 最小离地间隙要考虑到运输时装卸平台的通过性，还要考虑到轿车在靠近一般人行道边沿时不发生碰擦的可能性。如果限定向某个国家或地区销售，还要考虑到当地道路质量的情况。同时，最小离地间隙的数值是有一定限制的，它与车型功能、空气动力学有关系，例如跑车的最小离地间隙就会比较小，而SUV的最小离地间隙就会比较大。如果不顾车型的类别而任意加大或减小最小离地间隙，汽车的性能就会受到影响，而且整车的外观就会显得不协调。 汽车的离地间隙既然是地面与车辆底盘刚性物体之间的距离，也就是包含着车身下部的轮廓线，因此它与车身的接近角、离去角、纵向通过角、底板高度等参数也有关联。有些汽车的技术性能介绍上比较强调这些参数，例如SUV之类具有越野性能的汽车，要求有较高的通过能力，就要注明接近角、离去角等；作为轿车，接近角和离去角更多的是体现在外观欣赏性上。 接近角是指车辆静载时，水平面（地面）与切于前轮轮胎外缘的平面之间最大夹角，且前轴前面任何固定在车辆上的零部件不得在此平面的下方。 离去角是指车辆静载时，水平面（地面）与切于后轮轮胎外缘的平面之间最大夹角，且后轴后面任何固定在车辆上的零部件不得在此平面的下方。本设计方案接近角（满载）20.2 离去角（满载）26.4。确定离地间隙还包含有油箱高度、发动机最低轮廓线等，可以说它涉及到车身设计的许多方面，是一个关键参数。 汽车的离地间隙各个高度值不是静止不变的，它取决于负载状况。因此确定离地间隙也取决于负载的变化情况，要依据负载变化的最大值去考虑离地间隙。因此，这里又涉及到汽车的重量概念。轿车的负载状况分为两种情况，一种是空载重量，它包括车上设备及随车标准工具。另一种是设计重量，它是指空载重量加上座位上负载之和，也就是指汽车承载时重量。设计是根据有关标准设定的，根据德国及中国标准，轿车每位乘员的重量设定为68公斤，加上每人在行李箱中设定放7公斤行李。例如上海POLO1.4L轿车，乘坐5人，它的技术参数标注自动档车整备重量（净重）1140公斤，满载重量1515公斤；手动档车整备重量（净重）1100公斤，满载重量1475公斤。全部按照中德标准制定。 汽车上这些参数是很关键的，它们往往涉及到其它方面，离地间隙，还有前后轴质量（重量）、轴距等，它们基本构成了汽车上的总布置，只要一对照这些数值，就可以判断出该车的类型品种。 在满载工况下，本款SUV设计的离地间隙为180mm。2.3 发动机选型发动机选型的依据因素很多，如汽车的类型、用途、使用条件、总布置型式、总质量及动力性指标、经济性要求、材料和燃料资源、排气污染和噪声方面的法规限制、已有的发动机系列及其技术指标水平、技术发展趋势、生产条件与制造成本、市场预测情况以及将来的配件供应及维修条件等，通常要经过多种方案的比较甚至通过先行的试验研究才能选定一个好的方案。至今世界上绝大多数的汽车都是采用往复活塞式内燃机，其中绝大多数的轿车采用汽油机，而几乎全部的重型货车、绝大多数的中型货车和相当一部分轻型货车则采用柴油机。近二三十年来在极少数汽车上采用了转子发动机、燃气轮机、高能蓄电池和电动机等动力装置。为消除污染以蓄电池为能源的电动汽车受到各国的重视，列为发展方向并在加紧研制中。但从目前的情况来看，在相当长的时期内，往复式内燃机仍将是汽车发动机的主要型式。因此，这里仅就汽车内燃机的选型问题进行讨论。 在汽车发动机基本型式的选择中首先应确定的是采用汽油机还是柴油机，其次是气缸的排列型式和发动机的冷却方式。 就世界范围而言，大型汽车的发动机已经柴油化，中型汽车也多采用柴油机，轻型载货汽车采用柴油机的也不少，甚至欧洲已将小型高速柴油机用到某些轿车上。与汽油机相比，柴油机具有油耗低、燃料经济性好、无点火系统，故障少、工作更可靠，耐久性好、寿命长，排气污染较低和防火安全性好等优点。但一般柴油机的振动及噪声较大，轮廓尺寸及质量较大，造价较高，起动较困难并易冒黑烟。近年来，由于柴油机在产品设计和制造工艺方面的不断完善，其上述缺点已得到较好的克服。较大马力、高转速、低噪声、小型化且运转平稳的柴油机的研制开发成功，使装柴油机的轻型汽车日益增多，在轿车上的装用也取得成功。但预计在今后相当长的一段时期内，考虑到燃料使用的平衡及汽油机的转速高、升功率高、转矩适应性较好、轮廓尺寸及质量较小、便于布置、振动及噪声较低和适于高速车辆等特点，绝大多数的轿车和小型车辆仍将采用汽油机。 按气缸排列型式，发动机又有直列、水平对置和V型等区别。直列式的结构简单、维修方便、造价低廉、工作可靠、宽度小、易布置，因而在中型及以下的货车上和排量不大的轿车上得到了广泛应用。4L以下的汽油机多采用直列式，但对大排量的直列发动机而言，不是缸径过大，就是缸数过多，使发动机过长和过高，质量也过大。因此，在中高级以上的轿车、重型载货汽车和重型越野汽车上，采用V型发动机的日益增多。V型发动机相对于直列式有许多优点，其长度显著缩短(约2530)，高度降低，质量减小约2030；曲轴箱及曲轴的刚度增大；易于设计尺寸紧凑的高转速、大功率发动机且易于系列化，如V6，V8，V1O及V12等，而直列式通常到6缸，最多8缸。对于长度受到限制的车辆来说，由于V型发动机的长度短，适宜于这类车辆的总体布置，但由于其宽度大，故在乎头车上布置困难。V型发动机的造价高，故在应用中受到限制，多用于排量在6L以上和缸径大于150mm的汽油机和12L以上的柴油机。水平对置式发动机的高度低且易于平衡，水平对置双缸发动机在微型汽车上得到应用。 按冷却方式，发动机又有水冷式和风冷式之分。水冷发动机冷却均匀可靠，散热好，气缸变形小，缸盖、活塞等主要零件的热负荷较低，可靠性高；能很好地适应大功率发动机的冷却要求；发动机增压后也易于采取措施(加大水箱、增加泵量)加强散热；噪声小；车内供暖易解决。因此，绝大多数的汽车都采用了水冷发动机。但其冷却性能受气温影响显著，设计时应考虑避免高温天气出现发动机过热的问题。风冷发动机的冷却系统简单，维修简便；对于在沙漠和缺水地区及炎热、酷寒地区使用的适应性好，不会产生发动机过热和冻结等故障；还可省去消耗铜材的水箱。但大缸径的风冷发动机的冷却不够均匀；缸盖等有关零件的热负荷高，可靠性不及水冷式的；噪声大；油耗较高，故仅在安装小排量发动机的微型汽车上得到应用，在其他类型的汽车上应用不多。大型风冷发动机虽也能达到较高的性能指标，但需采用较多的结构、工艺措施，造价较高。本设计选择搭载2.0TCI水冷汽油发动机，QR631手动变速箱，最大功率144KW，最大扭矩290NM，达到欧四及LEV排放标准。2.4 发动机布置形式发动机是汽车的动力心脏，它的布置是汽车整体布置最重要的组成部分。为满足不同的使用要求，汽车总体构造和布置形式是不相同的。现代汽车发动机在汽车中的位置可依其布置形式分为前置、中置和后置三种。 就货车而言，发动机前置是目前采用最为广泛的布置形式。它的优点在于发动机的通用性好，既可选装直列和卧式，又可采用V型发动机，维修时也方便。另外货箱地板高度较低，整车对路面要求也比较低。而发动机的中置、后置同前置相比，发动机的通用性差；只能选用卧式发动机，维修时也很不方便，货箱地板比较高，对路面要求也比较高。 发动机中置的优点在于轴荷分配比较合理，驾驶室内噪声振动轻，驾驶员座位高度较低。而发动机后置的最突出优点，是由于驾驶室远离发动机，室内几乎不受发动机的噪声和振动的影响。目前发动机后置在货车上采用不多，只局限于后置发动机的轿车变形为货车时有所采用，目前大多数轿车采用前置形式，轿车发动机采用前言形式的优点在于操纵机构简单，发动机冷却条件好，除霜与采暖机构简单，行李箱尺寸较大。 为满足不同的使用要求，现代轿车总体构造和布置形式是不相同的，按发动机和各个总成相对位置的不同，现代轿车发动机的布置形式和驱动方式通常有以下四种： 1)发动机前置、后轮驱动(FR)：国内外的大多数载重车，部分轿车及部分客车均采用这种传统的驱动形式。它是前轮转向、后轮驱动，发动机输出动力通过离合器变速器传动轴输送到驱动桥上，在此减速增扭后传送到后面的左右半轴上，驱动后轮使汽车运行，前后轮各行其职，转向与驱动分开，负荷分布比较均匀。 2)全轮驱动(NWD)：是越野汽车特有的形式。(如BJ2020切诺基等)。通常发动机前置，在变速器后装有分动器，以便将动力分别输送到全部车轮上。全轮驱动动力性好，爬坡及越野能力强。但与单独的前、后轮驱动相比结构复杂，成本高，传动效率低。 3)发动机前置、前轮驱动(FF)：是20世纪90年代在国内外轿车上逐渐流行的布置形式。为缩短整车长度，减轻轿车质量，常将发动机置于前轴之前，变速器之后的东西都往前挪，变速器与驱动桥做成一体，固定在发动机旁，动力直接输送到前轮上，降低底盘高度，改善高速时操纵稳定性。如常见的奥迪100轿车，还有微型轿车(夏利、奥拓等)均采用发动机前置，前轮驱动的传动系布置形式，常见的发动机前置，前轴驱动轿车也有两种给构：一是发动机轴线与前桥平行的横置式(如夏利轿车)；二是发动机纵置式(如桑塔纳、奥迪等轿车)。 4)后置发动机、后轮驱动(RR)：它似乎是FF车的翻版，只不过是将车前的“五脏六腑”移到车后。此种车辆保持了FF车的优点，也消除了FF车的缺点，由于车内布置趋于合理，且对车内噪声和温度有所改善，以其独特的结构和良好的使用性能受到用户的欢迎。另外从安全的角度来分析，轿车的前置发动机起到一种安全屏障的作用。因为车型是SUV，所以选择四轮驱动，发动机选择前置。2.5 空气滤清器的选型发动机是汽车的心脏，而进气系统则是发动机的动脉，进气系统的合理性直接影响发动机的性能、寿命，从而影响整机的性能、寿命及环保性。进气系统的功能是为发动机提供清洁、干燥、充足的空气，系统中主要组件空滤器、管路及其设计安装将直接影响发动机功能的发挥、工作的稳定性、可靠性，甚至大大缩短其寿命。空气滤请器的作用是阻止灰尘进入发动机燃烧室，防止气缸套、活塞、活塞环、气门和气门导杆的磨损，所以空气滤清器的选型是至关重要的。汽车的空气滤请器只有选用两级干式空气滤清器，在第一级中滤清器将大的灰尘离心分离掉，并被收集到一个灰尘容纳器或者以间隙、连续两种方式从系统中排掉，在第二级中空气滤清器有一个处理过的纸质滤芯，过滤掉其余的灰尘。不建议湿式空气滤清器和油浴式空气滤清器。重型干式空气滤清器可以设计为垂直和水平两种型式。空气滤清器的除尘能力直接影响发动机的功率和合理保养时间的最低要求，汽车宜选用重型干式空气滤清器，一般型或中型的空气滤清器不能满足汽车的作业要求。重型空气滤清器所需的最低能力可以简单地规定为该空滤器超出进气阻力值之前从每立方米发动机进气量中排除0.88千克级灰尘的能力。重型干式空气滤清器必须具有的最低效率应为99.9。选择空气滤清器的基本原则是：空气滤清器的额定空气流量必须大于发动机在额定转速及额定功率下的空气流量，即发动机的最大进气量。同时，在安装空间允许的前提下，适当采用大容量和大流量的空气滤清器是必要的，这有助于减小空气滤清器的阻力，增大储尘能力和延长保养周期。 发动机在额定转速和额定负荷下的最大进气量与下列因素有关： 发动机的排量 发动机的额定转速 发动机的吸气形式。由于增压器的作用，增压型发动机的进气量远大于 自然吸气型 增压机型的额定功率。增压程度越高或采用增压中冷型，则发动机的额定功率越大，进气量也相对越大。本设计选用水平式空气滤清器。2.6 进气系统阻力计算进气系统的阻力取决于许多变量，这些变量包括管路的形状、导管的平滑度、柔性接头的类型、管子的尺寸、进气帽的结构、弯管的类型等，精确确定系统阻力的唯一方法是通过测试，只要装配好整个系统，就应检查进气系统的阻力。其进气阻力极限值为：25英寸水柱（635mm），空气滤清器的流量为900L/m，整个进气系统为从进气帽（直径127mm）经过0.6m长的管路（直径127mm）到空滤器的进口，从空滤器出口用90弯管（直径102mm）连到1m的管子（直径102mm），经过90的橡胶弯管（变径到76mm）到发动机的进口。进气帽的进气阻力：142mm水柱0.6m长的管路的阻力：2.94mm水柱空气滤清器阻力（滤芯干净时）：150.3mm水柱90弯管（直102mm）的阻力：8.05mm水柱1m长的管路阻力：1.73mm水柱90弯管（变76mm）的阻力：2.03mm水柱这样总阻力为：1422.94150.38.051.732.03307.05mm该总阻力满足设计要求。2.7 相关法规GBT 1254190汽车地形通过性试验方法本标准规定了汽车地形通过性试验方法。本标准适用于越野汽车，其他种类汽车可参照执行。使用GBT12534汽车道路试验方法通则汽车地形通过性：指汽车对某些地形（如垂直障碍物、凸岭、水平壕沟、路沟、弹坑、涉水池等）的通过能力。GB 11551-2003乘用车正面碰撞的乘员保护本标准规定了车辆正面碰撞时前排外侧座椅乘员保护方面的技术要求和试验方法。本标准适用于M1类车。GB 14166 道路车辆成年乘员用安全带和约束系统。GB 14167 汽车安全带安装固定点。SAE J826-1995 用于定义和测量机动车座椅位置的装置。如果前排乘坐位置的保护系统包括安全带，那么该安全带应满足GB 14166的要求。2.8 发动机舱布置设计要求1）汽车为四轮驱动，发动机为横向布置、排量为2L，支撑在副车架上。2）发动机的输出功率为140Kw，最大扭矩为290Nm。3）发动机舱的布置要满足正面碰撞要求，同时满足，同时要达到NCAP 2星级以上标准。4）正面碰撞速度为48.3km/h，碰撞过程中车门不能打开；碰撞后，可以不需要工具就能打开足够程度，允许人能够进出。5）发动机零部件的布置便于装配，便于拆装，便于接近。6）发动机舱内的线束、管路固定要牢靠，避免振动，且注意与高温的隔离。7）发动机舱的布置要有利于空气的流动、冷却，并注意空气流动噪音的控制。8）发动机布置时需要考虑接近角和最小离地间隙。3 发动机舱布置设计方案3.1 参考同类样车在布置设计前，先参考一些同类车型的发动机舱布置，总结规律并找出适合这款车的布置方式，加以参考。图3.1至图3.10为近年市场上知名SUV的发动机舱图，作为SUV同类型车参考：图3.1雷克萨斯RX图3.2奥迪Q7图3.3宝马X5图3.4北京现代途胜图3.5奔驰M图3.6长城哈弗图3.7大众途锐图3.8东风本田CR-V图3.9凯迪拉克SRX图3.10奇瑞瑞虎通过这些同类车型的比较，可以看出虽然布置方案各不相同，但是都有一个共同点：发动机皆悬置在纵梁上，布置在发动机舱中间位置，其余各个部件都呈行星状分散布置在周围，中间留出空隙，管路穿插在整个发动机舱内部空余空间，使整个发动机舱结构紧凑而又互相不发生干涉接触。蓄电池总是布置在最上方以便更换或维修，冷却液罐等需要加注的部件则基本布置在发动机舱边缘，远离高温区，防止变形，便于维护。3.2 汽车前舱和纵梁轿车车身由车身底板和相关钣金件组成前、中、后三个独立的舱形结构。前舱为发动机动力总成舱，主要由前横梁、前纵梁、前端板、发动机悬置支架、前挡泥板、前翼子板和发动机罩盖等组成。发动机罩盖可以开启，便于维护时接近发动机和各总成部件等机构。车身底板、前纵梁和螺旋弹簧座等组成了汽车的车轮定位，与汽车的操纵稳定性和行驶安全性有关，在制造中以车身钣金件的定位来保证。图3.11发动机舱架（a）图3.11 (b) BOM图图3.12 纵梁发动机舱布置前，将以设计完成的前舱车架和纵梁绘制成3D数模。在此框架上做布置。发动机舱架结构如图3.11(a)。一共有35块板金件组成见图3.11(b)。见表3.1。纵梁是发动机舱中最能吸收碰撞能量的部分，它的结构和强度直接关系到了整车的正面碰撞性能，是整个发动机舱部件中对汽车的安全性影响最大的部分。本车纵梁结构如图3.12。图3.13发动机舱架及纵梁组合图发动机舱架和纵梁组装在一起，构成了整个发动机舱的框架如图3.13，它们是发动机舱布置的空间范围，发动机舱布置部件以它们为参照物进行布置，即使布置部件后空间不够，发动机舱和纵梁的位置固定不允许调整。表3.1 前舱零部件表序号零件名称备注料厚1前风挡本体53003111.22空气盒加强板53002930.83空气盒本体53002910.84雨刮电机前安装支架TBD0.85翼子板后安装支架TBD0.86前减震器支撑板TBD1.87前减震器支撑板加强板TBD0.88前轮罩内加强板8400051/0521.09翼子板前上安装支架TBD0.810水箱上横梁TBD1.211大灯上支架TBD1.212水箱横梁支架TBD1.213大灯后安装支架TBD0.814水箱横梁支架加强板TBD1.215大灯下支架TBD0.816翼子板侧安装支架TBD0.817纵梁前端盖板TBD2.018蓄电池安装支架TBD1.219轮罩下加强板TBD0.820纵梁侧前盖板TBD1.521纵梁内加强板TBD1.522纵梁侧后盖板TBD2.023前纵梁后部本体TBD2.024前纵梁后部加强板TBD2.025纵梁本体TBD2.026前轮罩后板8400135/1361.827前轮罩本体8400133/1341.828前轮罩前板8400131/1321.829前轮罩外加强板8400053/540.830前围外加强板TBD2.031前纵梁后部撑板TBD1.532发盖铰链安装板TBD0.833雨刮电机侧安装支架TBD0.834雨刮电机后安装支架TBD0.835悬架安装支架TBD2.03.3 发动机和变速箱的布置3.3.1发动机前倾角设计发动机的前倾角就是气缸中心线与垂直方向的夹角，一般来说直列四缸发动机的前倾角为3到5度，但主要考虑到发动机油底壳下平面，以便更换机油时方便机油及其残渣能够流尽。因此最好发动机油底壳平面能够与地平线相平行。所以，根据选择的发动机设计，发动机前倾角为6.5。如图3.14。图3.14发动机前倾角示意图3.3.2 发动机及变速箱的布置设计方案现有条件：发动机舱的车身数模、发动机与离合器变速箱构成的动力总成数模、冷却系统的数模、地平线、前轮中心点的位置、及等速驱动轴球笼节点、等速驱动花键的长度。发动机和变速箱是悬置在车架和纵梁上，悬置点和悬置形式选择如下：车身部分是已完成设计的，整个发动机舱空间大小已经固定，在CAE辅助设计的情况下满足各类碰撞的要求。选择悬置的什么布置方式，三点布置还是四点布置，以及发动机舱的空间，相连接零部件的强度等很多因素都影响发动机悬置的布置。发动机悬置的好坏，直接关系到整车的人员安全性、驾乘舒适性、NVH等等，它的作用是至关重要的。 一般的悬置都有多个悬置点，它的数量根据动力总成的长度、质量、用途和安装方式等来决定。悬置系统可以有3、4、5点悬置。一般在汽车上采用三点及四点悬置系统。因为在振动比较大时，如果悬置点的数目增多，当车架变形时，有的悬置点会发生错位，使发动机或悬置支架受力过大而造成损坏。 三点式悬置与车架的顺从性最好，因为三点决定一个平面，不受车架变形的影响，而且固有频率低，抗扭转振动的效果好。值得推荐的是前悬置采用两点左、右斜置、后端一点紧靠主惯性轴的布置方案，这种布置具有较好的隔振功能。在四缸机上得到广泛应用。而前一点、后两点的三点式多用于六缸机。 四点式悬置的稳定性好、能克服较大的转矩反作用力，不过扭转刚度较大，不利于隔离低频振动。但经过合理设计，仍可满足四缸机、更能满足六缸机的要求。四点式悬置在六缸机上的使用最为普遍。在重型汽车上，因为其动力总成质量和长度大，为了避免发动机机体后端面与飞轮壳接合面上产生过大的弯矩，一般在变速器上增加一个辅助支点，从而形成五点式悬置。 由于该支点距动力总成的质心最远，又是过定位点，因此辅助支点刚度不能太大，以避免因车架变形而损坏变速器或悬置支架。悬挂点的位置基本上由两点来确定，第一是动力学因素，第二是解耦要求。动力学因素有动力总成的惯量，质心，惯性矩，活塞轴线与曲轴轴线构成的平面，以及差速器的位置和输出扭矩等动力总成的固有性能，而解耦的要求是要合理地选择悬挂点以至于某悬挂点的运动基本上不影响其它悬挂点，便于方针计算，也简化悬置的刚度和阻尼特性设计。在设计悬置远见的刚度和阻尼特性时，要照顾到系统的高、低频频响特性，使得发动机不会在正常运行的转速和动力输出的范围内发生谐振。当然不可能在全频段均能避开谐振，优化和取舍而已。一般悬置都会发生超低频谐振，例如：在配有手动变速箱的车辆严重拖档时，发动机悬置就会发生谐振。发动机悬置和变速器悬置的连线最好与动力总成的主惯性轴同线，而不是曲轴中心线，因为动力总成上有很多辅件，比如动力转向泵、线束、空调压缩机等。 出于解耦的考虑，应根据撞击中心理论将后悬置布置在前悬置点的共轭点上，使前、后悬置点的冲击不至于相互影响，从而达到良好的隔振效果。 前、后悬置的刚度还要根据承载量及到质心的距离合理地匹配，达到垂直及俯仰方向上的解耦。 悬置点如为一点，则尽可能靠近动力总成的最小惯性轴。如为两点，出于解耦的目的，最好是呈V形布置，一般倾斜角度：4045度。 V型布置的悬置系统的弹性中心较低，在设计中通过倾角及位置的调整容易使其弹性中心落在或接近动力总成的主惯性型轴上。最佳悬置点的位置首先和悬置的总体布置有关,其次和发动机的具体参数有关,还和发动机舱的布置有关,比如,发动机的缸数、质量、回转惯量、质心的位置、最大输出扭矩、发动机的怠速转速等有关，另外，你选择悬置的什么布置方式，三点布置还是四点布置，以及发动机舱的空间，相连接零部件的强度等很多因素都影响发动机悬置的布置。发动机2.0TCI和变速箱QR631采用4点悬置布置型式，分别固定在副车架和车身纵梁上。如图3.15。图3.15四点悬置示意图四个悬置点坐标见表3.1。表3.1悬置点坐标悬置点1悬置点2悬置点3悬置点4X=-255.48X=-176X=101.19X=-534.72Y=509.9Y=-397.88Y=-60.31509.9Y=-60.31Z=301.44Z=249.34Z=-88.82Z=-74.1四个悬置点在空间呈V型排列，稳定性好，如图3.16。图3.16悬置点空间示意图图3.17悬置点俯视图悬置是固定在车架和纵梁上的，确定悬置点后，定下发动机和变速箱的位置，以钣金件连接在车架和纵梁上。图3.18发动机空间位置图发动机布置在发动机舱中间靠右侧，控制X方向上的位置，发动机离车架有一定距离，保证发动机工作时不会和车架产生干涉。发动机舱左侧预留空间给变速箱。两者布置时先考虑一个，定好位置，在考虑预留空间是否足够放的下另一个。按照预留空间定位，变速箱的位置如图3.19。图3.19 变速箱空间位置动力总成分开布置变化多，也比较烦琐，因此变速箱和发动机连接在一起，布置时还可以整体考虑。发动机2.0TCI和变速箱QR631布置和周围车架保持一定距离（最小间隙必须达到20mm）以免发生干涉。发动机最高处离发动机罩保持一定距离本车设计空气滤清器不是整体安装在发动机上，所以间隙留出作为行人碰撞缓冲区，间隙200mm左右。如图3.20。图3.20发动机和变速箱俯视图图3.21发动机和变速箱总成与纵梁相对位置布置设计时同时注意整个发动机和变速箱总成是否在纵梁上部如图3.21，尽量使发动机底部不超出纵梁，这样可以保证最小离地间隙处出现在纵梁上，即使与地面碰到也对汽车伤害相对较小，起到保护发动机的作用。图3.22 发动机和变速箱布置空间效果图 发动机和变速箱的布置是发动机舱布置的第一步，是最重要的一步，发动机和变速箱体积大需要先 布置，布置后发动机舱剩余空间才用来布置其他相对较小的总成件，所以发动机和变速箱的布置直接关系到其余部分的布置。3.4 发动机和变速箱的振动包络发动机和变速箱布置设计时在Y方向上还必须考虑振动包络，因为静止时的布置设计的间隙在汽车工作时会变化，为了不引起干涉，必须把动力总成的振动包络情况计算在内。动力总成一般有三个弯曲模态，如果把前悬置点布置在节点上，使得弯曲模态在节点上不能被激发，则可将车架与发功机引起的弯曲振动激振力相隔离，发动机的垂直振动不致传到车架上。通常应尽可能将前悬置点布置在动力总成一弯模态的一个节点上，以减小振动传递。发动机曲轴中心线最好能与整车Y方向平行，如果平行，这样发动机引起的整车振动可能就会好得多。前机舱的布置是以发动机和变速箱的振动包络为布置基准。 分析的发动机和变速箱振动的8种工况分别是：1) 左角2) 右角3) 鸣叫4) 垂直撞击（向下）5) 垂直撞击（向上）6) 最大链（运行）7) 最大链（一次回转齿轮）8) 后碰25 km/h。2.0L4发动机悬置点的振动情况如下表3.2所示：表3.2 发动机悬置点振动数据载入位移mmPt. 1Pt. 2Pt. 3Pt. 4XYZXYZXYZXYZ左角-0.3-6.1-4.90.8-6.2-2.7-0.3-6.7-4.1-0.3-7.5-2.9右角-0.54.3-2.50.24.5-4.70.35.5-3.60.35.0-4.2鸣叫-3.70.0-3.9-2.40.1-3.6-3.70.3-4.5-3.7-0.6-3.0垂直撞击（向下）0.00.1-15.70.1-0.1-12.6-0.1-1.2-13.9-0.1-1.2-13.6垂直撞击（向上）-0.10.21.2-0.1-0.15.90.1-1.84.30.1-1.74.0最大链（运行）-7.2-0.2-4.0-8.6-0.3-3.69.7-0.212.39.82.6-20.0最大链（一次回转齿轮）11.20.1-3.913.20.3-3.8-12.1-0.2-23.5-9.7-3.819.0后碰25 km/h-14.5-0.20.0-10.30.10.0-13.11.4-1.0-13.0-1.71.12.0L4发动机和变速箱振动包络状况如图3.23。动力总成振动包络在Y方向满足布置需要。3.5 冷却系统布置设计发动机水冷系统中的散热器由进水室，出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。图3.23 发动机和变速箱的振动包络 强制循环冷却系统带有储液罐，系统设置最低温度 -40。散热器、风扇护风圈和电动风扇作为模块弹性装配在车前端，散热器防撞击。带塑料水室的横流式散热器 （730mm400mm），相对于散热器芯进风面积35%。风扇控制：风扇通过ECU控制。两种无级控制器控制和两档控制散热器/散热器风扇依据试验规范和设计计算书。散热器和冷凝器布置在发动机的前部，前防撞梁的后部。考虑到发动机的振动和正碰时前纵梁变形量。将散热器和冷凝器布置在图3.24所示位置。图3.24冷却系统空间位置冷凝器和散热器间隔为22.9mm，和发动机间隙达到155.3mm，和前部防撞梁之间的间隙保持68.7mm。风扇安装在冷凝器后，冷却液罐安装在车架右侧最上方，方便维护。3.6 蓄电池的布置设计汽车的蓄电池，主要用于发动机启动，电流一般可达200-600A，所以也称之为启动型蓄电池，启动型铅蓄电池有干式荷电型，湿式荷电型和免维护型。3.6.1 蓄电池的布置这款车采用湿式荷电型蓄电池，考虑到项目中前机舱盖前部位置较低，同时发动机的体积较大。将蓄电池布置在机舱的左前部，散热器风扇的后部。同时考虑蓄电池线束的长度问题，尽量保证线束短，电阻小。位置如图3.25所示。图3.25蓄电池位置采用此种布置方式的优点是：在满足布置要求的前提下可以保证蓄电池和蓄电池安装线束较短，节省电量，安装维修方便，碰撞效果好。3.6.2蓄电池的安装方式蓄电池支架和左纵梁焊接在一起，蓄电池支架上安装金属托盘，蓄电池支架通过拉杆和蓄电池上部压板将蓄电池固定在托板上。位置如图3.26所示。图3.26 蓄电池安装位置蓄电池支架和蓄电池托盘的强度经过CAE强度校核，满足要求。此种安装方式对蓄电池的固定比较牢固，安装方便，同时在维修发动机时可以拆下蓄电池托板，方便维修。 3.7 进气系统的布置设计进气系统的功用是尽可能均匀的向各汽缸供给可燃混合气或纯净的空气。一般进气系统主要包括空气滤清器和进气歧管。为了增强进气效果，有的进气系统还装有谐振器。在汽油喷射式发动机的进气系统中还包括了空气计量装置。进气与排气系统方案的选择及布置的合理性，对整车的性能、可靠性、排放和振动噪声等有影响。空气滤清器及进气管路是保证发动机得到充足和清洁空气的通道，所以吸气口要放在空气畅通、清洁、灰尘少的部位，管道长度应尽量短，以便减少阻力。空气滤清器的容量要足够，特别在风沙、灰土大的地区，要加大空气滤清器的容量，以增加滤清效果，减少发动机的磨损和保证其正常地工作。3.7.1 进气管路的布置良好的设计能够使进气管道布置的流动阻力极小，并使管道系统中的温升保持最小。进气管的直径应与发动机上进气口相近似。在发动机和滤清器的进气管之间的相对运动要求管道部件有一定的柔性，并设计管道的辅助支撑，若不使用或使用不当的支撑，会使管道迅速地出现疲劳损坏现象。当然，柔性要设计在橡胶部件中，不应设计在刚性管道中。安装布置进气管路一定使用360全部密封作用的软管卡箍，“”型螺栓或萨SAE标准的型卡箍是首选。如果使用蜗杆型SAE标准F卡箍，那么每个连接处需要两个卡箍（拧紧角度互为180）以确保连接处的完全密封。管路布置尽可能远离高温区，不可使橡胶软管、接头、弯头长期暴露在125的高温中，应小心避免将装配到高温附近，如果必须靠近高温的结构要考虑隔热措施。管路的布置尽可能使进气通畅不要形成回旋空气，回旋的空气减小了有效管径，也会导致压力比预计的高；刚性钢管在柔性管连接处设计一个比钢管直径大1mm的凸台，避免柔性胶管与钢管在受到外力或振动时互相脱离。进气口的位置要远离排气口，特别要避免大量水进入进气口。进气口吸入灰尘和水雾对空气滤清器非常有害；进气口尽可能地设计在低温位置，如果处于高温位置将使进气的空气密度显著减小，其结果是每增加10F，发动机功率下降。进气系统从空气滤清器的选型、进气阻力的设计、进气管道的布置和安装等各个环节需要很细节的设计。进气系统设计的好坏直接影响到发动机的功率和寿命，甚至影响整机性能。不论任何时候，进气系统应该为发动机提供清洁、充足的空气，针对不同的布置结构、使用环境、不同的工况都应遵循以下四个原则：1) 进气系统必须安装一个很有效的空滤设备，来排除进气中的杂质和灰尘。2) 进气系统的阻力不得超过发动机参数表上的范围。3) 进气系统需选择合理的进气位置和管路布置。4) 非常方便的进气系统的维护和保养，不能因为进气系统的保养而影响其管路的密封性。空气滤清器容积12L，布置在发动机上方靠近左车架的位置，空滤器前端与车身前横梁相连，另外一侧固定于支架上，置于车辆左侧蓄电池之后，无共振腔。空滤前导管位于前横梁上，空滤器通过空气流量计、进气波纹管与发动机连接。发动机比较大上方的空间不足以放置空气滤清器，所以安装在另一侧。相对车架位置如图3.27所示。图3.27 空气滤清器位置3.7.2 空气滤清器的安装空气滤清器的安装应使空气滤清器上的任何密封表面变形，支架应坚固并且十分牢靠地固定在发动机上或车架上，能够确保空气滤清器在拆卸纸滤芯时没有困难，不必拆卸其它零件。进气管道使用的部件要经过充分的计算和考虑，首先管道在承受最大的阻力条件下不得被吸瘪，对于存在不同零件之间的管道应提供能够相对运动的能力；在管道的每一处联接处，在任何时候都要保持永久密封，以防止潮湿和灰尘进入，尤其在滤清器与发动机的进口处之间的管道不得有任何泄漏和细微的小孔，否则会使大量的灰尘进入发动机，而导致发动机故障。柔性橡胶接头多采用带凸起加强筋的软管、变径管、橡胶弯管； 对焊的钢管焊缝要均匀，尽可能地使用圆弧过渡。安装位置如图3.28所示。图3.28 空气滤清器的安装位置进气噪声目标：1000-6000rpm；所有93-112dBA；1.50要求100-115dBA；30 要求90-105dBA。经过检测达到要求。3.8 排气系统的布置设计直列型发动机在排气行程期间汽缸中的废气经排气门进入排气歧管，再由排气歧管进入排气管，催化转换器和消声器，最后由排气尾管排到大气中。大多数装配V型发动机的汽车上仍采用单排气系统，通过一个叉型管将两个排气歧管连接到一个排气管上。来自两个排气歧管的废气经同一个排气管，同一个消声器和同一个排气管排出。但有些V型发动机采用了两个单排气系统，每个排气歧管各自都连接一个排气管，催化转换器，消声器和排气尾管。这种布置形式称作双排气系统。双排气系统降低了排气系统的压力，使发动机排气更为顺畅，汽缸中残余的废气较少，因此可以充入更多的空气燃油混合气或洁净的空气，发动机的功率和转矩都相应的有所提高。图3.29 单排气系统本车采用单排气系统如图3.29所示，排气歧管与催化反应器连接，催化反应器与前消声器连接，到尾部与主消声器相连，从车体后部装饰尾管排出。整体效果见图3.30。图3.30 排气系统布置位置排气系的布置要保证发动机排气畅通，阻力小(排气制动系统除外)，同时要尽量减少噪声和振动，排气口要朝左或右，不许朝向人行道。排气管道的布置与油箱的距离应大于300mm，若布置不开时，中间可加隔热板。排气管道的任何部位(除排气尾管的排气口外)都不允许发生漏气现象，以防止产生振动的噪声。消声器进气管应尽量与动力总成固定在一起，以减少振动干涉。排气系统在整车(车架)上要用软垫进行支承和固定，以减少管道各接口处的振动和干涉。在布置消声器时，注意离地间隙大小，特别是轿车更应选择合适的方案，不应影响通过性。排气歧管上各有一个氧传感器，前管中部有挠性波纹管，起振动缓冲作用。整个系统有7个软垫与车身相连。排气管的上方通过隔热板对车底热辐射进行屏蔽。2级催化，2.0L排气系统1个氧传感器，排气满足欧洲标准。排气噪声目标：1000-2000-3000-6000rpm，所有90-95-100-108 dBA，1.50要求115-110-100-10