总体设计手册动力部分

总体所设计手册动力部分第一章动力系统布置简介1.1 发动机及变速器型式1.1.1 动力总成的布置发动机进行布置时，要首先充分考虑发动机及变速器允许的最大布置倾斜角度（变速器的布置角度通常可以根据悬置安置面与坐标系XY面成0度时测得，或者根据输入轴与输出轴线生成平面与整车坐标系的XY面的角度），在角度允许的范围内（询问主管工程师），合理调整，以达到尽量大的油底壳最小离地间隙，传动轴角度在空、半、满载均w4.5deg要求之内，以及周边零部件的通用化。对于动力总成布置时通常要求空载状态下，油底壳（变速器壳体）离地间隙要求170mW上，如果油底壳离地间隙太小，在车辆运行过程中就无法对发动机油底壳形成有效的保护。通常在满载条件下，城市工况，轿车的最小离地间隙要求大于125mma上，并且需要加装发动机底部护板。对于更换动力总成的布置时，应先对动力总成的主要外廓尺寸进行比较，如压缩机位置、动力转向泵位置及变速器部分的选换档摇臂位置、原悬置安装点位置等，并询问动力总成的质量变化，这样可以初步判断以便校核中重点的考虑检查。油底壳离地间隙检查传动轴角度检查由于动力总成是通过悬置连接在车身或副车架上，而悬置系统一般为弹性体（橡胶或液压形式）,在发动机各种工况运行时均会有一定的运动量。所以在布置动力总成时要充分考虑与周边不动件的间隙（如与车身纵梁一般间隙要求15mm以上），当然间隙值的定义与悬置的型式存在一定关系，通常来说，根据橡胶悬置特性，在动力总成的高度方向要求留20mm上间隙，侧边以及前后方向的间隙通常根据动力部门提供的特性值增加一些余量进行要求。1.1.2 动力总成的布置要点在将发动机三维数据调入后主要按照前、后、左、右、上、下六方向上与机舱内零部件间隙值是否能满足布置的要求，前面主要分析和散热器风扇的间隙，后面则分析差速器壳体与副车架、转向器的间隙，左右两侧主要分析纵梁的间隙，上部考虑与发动机罩内板间隙，下部考虑油底壳最小的离地间隙。在进行悬置点考虑时候，尽量借用原动力总成在纵梁上的悬置点，因为悬置点的变化会影响车身溃缩区，碰撞时影响到吸能。发动机布置时要考虑维护性，如更换三滤、液压助力转向泵、正时皮带时的工具操作的空间，可以用工具数据库的数据进行校核。同时发动机布置时，根据通常前5deg后3deg校核方法，用来确定发动机附件与周边的间隙值。与前围板之间留出50mmA上间隙（主要是考虑碰撞时的缓冲空间，当定义值或者要求值减少时，需要安全系统的人员进行确认），发动机上部与发动机罩外板之间考虑行人保护GT刖准应大于65mm以上间隙（对空滤器在发动机之上的间隙值可以相对减少）。发动机布置时，要求左右悬置的连线理想状态下通过重心，若有相对位置偏移，则应小于15mm动力总成布置过程中，要充分的考虑布置空间、管路走向隐蔽合理，安装维修便利性，在进行发动机布置角度调整（工作角度范围内），要考虑是否会影响油底壳润滑等，最后可能通过几轮布置评审，达到布置最优化。发动机的布置还直接影响发动机罩的高度和倾角，考虑造型要求可以确定发动机罩的轮廓形状。所以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。考虑到总装时发动机从下部安装的可能性，发动机最宽处（两侧已经安装各种电器附件）应能通过发动机舱的最窄部位。现代轿车多采用短前悬，如果将发动机横向布置在前轴后方，则发动机及附件到发动机罩间隙加大，可以减轻前撞对行人保护的伤害；同时发动机上部有足够的空间来布置其他需布置室内的总称。发动机的倾角分为前倾和后倾（某些发动机布置角度为0deg）,简单的说就是发动机气缸体中心线与YZ面之间的夹角（或垂直方向），一般在进行动力总成输入清单里面要求相关科室提供具体数值，发动机的倾角直接影响发动机在整车中的布置位置及更换机油泵、排放油底壳残渣的顺利性。检查发动机倾角的时候还应检查发动机曲轴中线应该与整车Y轴平行，若出现有成角度情况，应反馈相关部门数据的正确性。对于变速器在发动机舱中布置情况。主要考虑变速器在最适合的位置和角度下，与周边零部件的间隙情况。比如，与副车架、车身纵梁、风扇等零部件的间隙和干涉情况。间隙值合适与否需根据实际车型和悬置安装方式确定。变速器在整车中的布置角度和设计角度不同时，是否会影响到变速器内齿轮油的冷却润滑性能，需要与设计部门进行及时沟通并校核。由于通常变速器与发动机不是一起开发，因此二者间的接口尺寸匹配在所难免。进行匹配时，还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，有时是二者均进行更改。为了减少产品开发成本，应根据现有的变速箱资源来选择一款变速箱与所确定的发动机进行匹配工作，如果根据动力性计算后，变速箱各档速比及主传动比不能满足整车性能要求，则需要设计部门重新选择速比。变速器悬置点的布置，主要考虑的原则是只更改离合器（变矩器）壳体，尽量不更改变速器壳体。因此悬置的设计在尽量不更改变速器壳体前提下，考虑到安装工艺性，重新设计支架。在变速器设计过程中，还应考虑起动机的布置。起动机一般分为布置在发动机侧或变速器侧两种，起动机的位置影响悬置安装点的定义、换档软轴走向、发动机启动盘、进出水口，并考虑维护方便防水防火的3性能。起动机在变速器侧的布置位置变速器侧间隙检查1.1.3 传动轴的角度目前通常轿车布置采用前置前驱，发动机横置，由于目前采用十字轴万向节或等速驱动轴考虑三销轴承的寿命，在空、半、满在状态下传动轴角度小于4.5deg,最好在半载状态（设计载荷）为0度。根据分析，目前绝大多数前置前驱采用横置，差速器的中心点均是在整车左侧，即左半轴较右半轴短，所以左半轴的夹角肯定大于右半轴的夹角。因此，一般检查左半轴的夹角w4.5度即可。在调整时应使传动轴尽可能小，因为这个夹角太大，对于传动效率来说就要降低，同时供应商也很难保证疲劳强度及寿命。传动轴角度将也直接影响油底壳的离地间隙。对于发动机输出扭矩不是很大（左右半轴长度小于700）的情况下，可采用只有左右半轴.半轴选取时通常设计部门会进行最大承受扭矩校核，由于大多变速器均晚于发动机的开发，所以进行匹配时，需要初步分析传动轴的运动空间是否与发动机端面或变速器壳体干涉现象，一般传动轴本体部分应留出3mm以上间隙，半轴在悬架各个运动状态下与走边间隙也要重点检查。对于前置后驱要保证动力总成传动轴角度控制在3deg以内，当传动轴的长度超过1.5m时，应在中间增加固定支撑，并将传动轴分为两段。传动轴角度校核示意图传动轴内球笼左侧点4.5deg圆锥面传动轴外球笼中心点前置前驱横置发动机两轴与三轴式传动轴图片两轴传动轴三轴传动轴1.1.4 燃油系统燃油系统主要由燃油箱、进油管、回油管、蒸发管、碳罐、油泵、燃油滤清器、燃油加注管、加注口盖等组成，基本原理见下图。油箱主体原则上均采用以超高分子量聚乙烯（HMWHDP叨基材，以EVO的阻隔层的的单层或多层结构的复合塑料。燃油系统的布置对于车身有效容积和整车轴荷分配都有很大影响，在燃油箱的布置中，要确保燃油箱的容积和燃油箱的最小离地间隙，布置在空间许可的情况下，尽可能的增加油箱容积和邮箱的离地高度（便于油泵布置及提高燃油传感器的精度），同时燃油箱与车身安装面之间应留有15mm以上间隙以便于设置橡胶隔垫，安装位置靠近排气管处均要进行隔热罩的设计，通常油箱与热源间隙在50mmA上（预留隔热板设计），若油箱布置在悬架系统的前部，需要校核各状态下油箱与悬架之间的间隙，考虑车身误差等因素，油箱与悬架（扭力梁、稳定杆）运动件之间预留30mm以上间隙；在燃油硬管布置时，保证固定点可靠，走向合理；加油口位置要方便加油的操作，通常在进行布置加油口位置时，需要进行加注枪的验证；油道要合理，装配。为安全起见，燃油箱不应该布置在发动机舱内，并避免受到撞击而漏油时发生火灾。燃油箱布置时应考虑备胎的布置空间，对于前置前驱的轿车，后桥取消了主减速器，可有更加多的空间来布置燃油箱，行李箱容积较大。ECU於出 制阀图1-2供油系统结构示意图炭罐通/气管加油口总体所设计手册动力部分图1-2 燃油箱与悬架间隙检查图1-2 燃油箱与车身安装间隙检查图示为发动机前置前驱的燃油箱布置方案a）燃油箱和备胎布置行李箱下面，b燃油箱在后排座后面，备胎紧贴行李箱侧壁c燃油箱在后悬架前方，备胎在行李箱下面d燃油箱在后桥后方，备胎在行李箱下面。a)b)c)d)碳罐的布置：根据布置定义或者发动机舱布置空间限制，可以布置在左右减振器安装支架侧边、后地板下部（后悬架的上部），一般要求为碳罐应布置高于油箱平面。碳罐在发动机舱布置时，考虑燃油管路的走向及固定点，通常布置在左减振器安装支架内侧，左纵梁的上部。并考虑与变速器本体、线束的走向、悬置的空间。1.1.5 排气系统排气系统由前排气管、三元催化净化器、中间消声器、后消音器等组成。如果排气系统出现热膨胀，下垂，悬挂损坏或排气系统连接脱离这样的非正常情况，排放构件不应与对车辆安全运行至关重要的任何构件保持接触例如：燃油系统构件，制动管路。排气管布置影响车身地板的布置，在地板下面装有双排气管、主消声器和在主消声器之前后布置两个辅助消声器，是最理想的消声器布置方案，能高效的吸收噪声。地板和消声器之间应留有足够间隙，考虑隔热罩一般在40m砚上，以避免地板过热，为有效利用车身底部的通风来降低排气管温度，排气系统和消声器应沿着空气的流动方向布置，而在其周围要用隔热隔声材料将其余车身其他部分隔离开，如图示排气系统周围间隙主要考虑与车身系统构件如所有车身锁金、保险杠、非金属车身栓塞，前悬架系统构件中的固定件、处于运动行程极限状态、助力转向软管和非金属件，后悬架构件包括固定件、运动件全行程及非金属件，传动系统整个行程及非金属构件，制动系统构件包括驻车制动系统、制动管路及部分非金属构件，变速器控制装置包括壳体及所有非金属件，离合器控制装置及发动机油底壳等，燃油系统包括与消声器、非金属燃油管路、带隔热保护装置的非金属燃油管路、金属管路、加油管硬管之间的间隙，具体值见设计指导书。通常消声器的体积跟发动机的排量存在一定的比例关系，一般在10:1左右，具体可以询问设计主管部门，以便考虑走全。本标准建立起排气系统的设计要求，包括固定防热护套；并对其它车辆的构件和设计理念进行描述。- 要把热膨胀，垂度考虑在内；制造和装配公差包括在额定的间距尺寸之内。- 如果排气系统出现热膨胀，下垂，悬挂损坏或排气系统连接件脱离这样的非正常情况，排放组件不应与影响车辆安全操作的任何部件例如：燃油系统构件，制动管路进行接触。一般结构汽车消声器基本采用双级消声器。前级消声器一般采用纯阻性结构，主要消中高频噪声，形状般为圆柱形，筒体内全部装玻璃纤维等吸声材料。见图1-107图1-10后级消声器为阻抗结合结构，主要消除中低频噪声及部分前级未消去的高频噪声。形状大多为跑道形或椭圆形，一般分为三个腔。见图1-11。 W * * *图1-11周边零部件校核：散热器（包括电机）副车架纵梁、副车架、变速器及发动机、传动轴、转向器（硬管）3-1车身系统构件- 所有板金件（地板等）- 至管路，消声器和谐振器- 至催化转化器，带防热护套- 至催化转化器，不带防热护套 结构件 保险杠间隙（mm对于后排气的发动机三元催化器与 前围板间隙要求，符合安全碰撞压缩机与底部护板排气管与底部护板（周边）变速器与底部护板3-2前悬架和转向系统构件固定件运动件 非金属车身栓塞总体所设计手册动力部分-处于行程极限 助力转向软管和非金属件此处可以增加稳定杆包络与排气管：3-3传动系统（分为后驱传动轴与前驱传动轴） 整个行程的传动系统间隙 非金属构件 转向器转向器本体与排气管转向器管路与排气管转向器管路（胶管）与排气管排气系统与悬置由于前后悬置布置在排气管三元催化器的附件，温度高，热量不易散发，造成悬置软垫的抗拉强度、力学性能下降，并产生裂纹，因此在悬置设计中应使悬置软垫远离热源或加以隔离。3-4制动系统构件整个行程的驻车制动系统（前排气与进气歧管，后排气与三元催化器隔热罩）非金属构件换档软轴拉线与三元催化器隔热罩换档软轴拉线与进气歧管间隙检查制动管路- 处于所有位置的金属构件- 处于所有位置的金属构件3-6整个行程的离合器控制装置- 非金属构件3-7发动机，变速器和离合器3-8燃油系统- 至燃油箱间隙- 沿消声器/管路旁边- 在消声器/管路之上或后面- 至燃油管路间隙- 非金属燃油管路- 带防热保护装置的非金属燃油管路- 金属燃油管路至加油管间隙排气管设计：排气管管径R=28,排气管在副车架之下走向，排气管在接近角之上。排气管走向时避免弯度过大、过陡导致局部杂质堆积，造成排气不畅，使排气管产生嘟嘟的噪音。后氧传感器及线束固定点：前，后氧传感器截面图及线束固定用 8 7*56/B6前氧传感器的型号排气系统设计应位 于接近角之上。1.1.6进气系统进气系统由空气滤清器总成、发动机进气软管、空气滤清器进气管、部分还有谐振腔组成。一般根据发动机耳闻邢看熊辆布置在发动机舱左侧、右侧。在布置时考虑空滤器固定点位置、空滤器防W弋就1）悬置设计空间预留及空气器换滤芯的维护方便性。分析空滤器尺寸、位置、安装方法、进气管的管路布置和紧固方法以及谐振器尺寸及安装方法。同时空滤器布置时进气口尽量要靠前，并且靠近迎风处，因为温度过高影响发动机的充气效率。为防止进气口进水（通常在进气软管或空滤下壳体有放水阀）导致发动机失效，进气口应尽量升高。并需要根据发动机的排量，计算空气滤清器容积，在布置时候预留空间。进气口迎风检查进气口防水检查空滤器系统空滤器的布置位置与真空助力器，减振器支座，机油尺空间空滤器布置在发动机右侧空滤器谐振腔与导水板进气口位置空滤器与起动机空滤器的安装与拆卸，安装方式尺寸安装方式管路布置发动机罩间隙（含发动机罩隔声，隔热衬板）螺栓安装式上壳体卡片式上壳体插接式空滤器壳体空滤器设计时，首先根据动力总成系统部要求空滤器容积，进行初步尺寸设计，根据发动机节气门体的方向，确定布置位置。空滤器上下壳体的安装方式采用弹簧片、螺栓安装、插接等多种方式，弹簧片是安装结构简单，便宜，缺点是弹簧易失效，采用螺栓安装方式，需保证螺栓与空滤器结合面足够，防止结合面过小，导致安装固定点失效。同时螺栓拆卸需考虑螺栓防掉措施，螺母增加垫片，具体根据空间间隙确定安装方式。空滤器壳体由于可变形，所以与发动机罩的外板间隙可以略微减小（正常要求65mn）,空滤器下壳体通常设计有漏水口，避免空滤进口吸水后进入发动机内，影响发动机性能。空滤器更换滤芯方便性分析主要包括拆卸空滤下壳体的螺栓或卡片的方便性及取下壳体的方便性。在进行拆卸螺栓或卡片时，工具操作空间充裕，取下卡片时与周边件不发生干涉。谐振腔分布置在发动机盖上（利用空间可作为发动机装饰罩），或布置与洗涤液壶对称位置，并与车身预留一定间隙，由于在大灯后部，所以需确认维修大灯的方便性。13总体所设计手册动力部分根据安装螺栓的长度，合理的确定真空助力器与空滤器的间隙进气口检查1.5空气滤清器系统1.5.1 进气滤清器的设计要点空气滤清器进气系统设计时，对性能、结构刚度、强度一般都能仔细对待，但在总布置上有几个问题，应特别注意。a) 进口处的空气温度不应超过环境气温15C,进气温度过高会降低发动机充气效率，进口方向适当迎风是必要的。汽车行驶时具有一定的速度，特别是高速行驶时，迎风进气口会提高进气量。b) 进口位置应避免吸入雨、雪、发动机排放的废气。c) 进口应避免选在机舱内的负压区、集灰区、甩泥区，在允许的条件下进气口应尽量升高。d) 进气金属管路内壁不允许喷漆，不许生锈，这类赃物脱落后会直接吸入发动机。e) 管路尽量减少接口数量，接口卡箍薄钢片式或钢丝式，沿圆周360。都要密封。151总体所设计手册动力部分f) 空气滤清器总体方案的确定确定总体方案，主要考虑车辆类型，发动机常用转速下的吸气量，汽车行驶的道路条件等因素。轿车、轻型货车发动机吸气量比较小，一般都在300nB/h以下，汽车行驶的道路条件也较好,使用单级干式或单级湿式空气滤清器即可满足要求。1.5.3计算空气流量空气流量是设计空气滤清器的主要依据。空气流量Q按下面公式计算：Q=0.03AZVniv(m3/h)式中Z-汽缸数;Vh-汽缸工作容积（发动机排量），L;n-发动机转速，r/m;A-考虑进气脉冲的系数，推荐按表1-11选取;“v-发动机进气充气效率，汽油机推荐刀v取0.70-0.80，柴油机取0.80-0.85确定空气流量后，计算各部空气流速。表1-11滤芯材料性能参数（进气脉冲系数A）缸数行程1234缸或4缸以上二行程2111四行程2.8-3.21.6-1.81.331空气滤清器滤芯表面面积设计微孔滤纸和无纺布的允许空气流量为0.03m3/cm2h。根据已确定的空气流量和滤纸的允许空气流量，计算滤芯最小面积A2,再按下面公式，确定滤芯结构尺寸。目前，滤芯已有系列标准，应该尽量采用标准，使产品通用化。(2)A2=bn2h1/50式中b-折宽，mm;1总体所设计手册动力部分n2折数；hl-折高，mm;式中的折数n2按下式计算n2wl+L/t(3)式中L-滤芯长度，mm;t-折距，推荐t=3mm-8mm为了防止滤芯并折，滤芯的高度与折宽之比不应大于7。折宽b必须选用系列标准尺寸，便于使用现有设备加工。表1-12给出国外轻型汽车空气滤清器储灰量，过滤面积及空气流量的关系，设计时亦可参考。表1-12轻型车空气滤清器有关参数车型储灰量(g/m2)过滤速度(cm.s-1)过滤面积/空气流量(m2/m3.min)备注轻型车1307-80.21-0.24沥青路1.1.7冷却系统主要有散热器、油冷器(AT)、风扇、软管、中冷器(涡轮增压发动机及柴油发动机匹配)组成。根据发动机排量等因素影响，选择不同型号的散热器风量及风扇数量，导致在发动机舱所需空间不一样，在布置时还需考虑散热器面罩对散热器进风面积的影响，在造型之初便要考虑，计算实际的迎风面积是否能满足散热器要求。同时考虑散热器安装方式，及拆卸方便性。并根据发动机进、出水管定义对管路进行走向、并考虑与悬置、三元催化器以及车身间隙。若散热器位置高于发动机或与发动机等高以及较低于发动机时，应和设计部门确认是否需要设计膨胀水壶和引水管。柴油发动机的冷却系统除以上组成外还增加了中冷器，中冷器主要考虑体积及散热要求，一般布置在冷凝器前部并考虑管路出口及与前横梁间隙。17总体所设计手册动力部分管路走向定义散热器类型1.4冷却系统1.4.1选型散热器根据车辆的布置空间等因素选择散热器的结构形式，纵置或横置。散热器散热量应符合表1-9的要求。具体的要求一般需要与对标车及同型发动机对比确定。表1-9散热器散热性能要求发动机排量，L水流量，L/min风速，m/s消耗能量，kWVW1.0758251.0V1.3758401.3v1.6758451.6v1.8758501.8v2.4758552.4V3.075860根据发动机排量等因素选择风扇数量及风量应符合表1-9与表1-10及表1-11。表1-10单冷却风扇型式发动机排量V,L额定电压V电流A转速r/min静压Pa风量m3/h噪声dB(A)#1总体所设计手册动力部分VW1.013.50.2800701.0V105072.5表1-11双冷却风扇型式发动机排量V,L额定电压，V电流，A转速，r/min静压，Pa风量，m/h噪声，dB（A）1.0VC1.613.50.216001.613.50.2012.02200200982100耐低温性-302CX5h缠绕管爆破压力Mpa51无裂纹2耐热老化性120Cx70h弯曲无裂纹耐臭氧性50pphmX40CX70h无龟裂耐燃油渗透性15g/m2/24h常态耐压行为全胶管爆破压力Mpa注：数据为天津大港胶管有限公司提供，供参考。表2-4橡胶软管的尺寸公差序号内径外径1公称内径公差公称外径公差24.00.49.10.634.810.345.611.156.412.767.013.577.914.388.715.199.515.91011.10.618.30.81112.719.81总体所设计手册动力部分1215.90.823.81319.128.61425.434.91.62.3.2.3燃油硬管燃油硬管主要用来输送燃油，保证燃油安全性能。考虑到硬管的耐腐蚀性能，我们燃油硬管主要采用喷塑处理。设计要求：尺寸与公差燃油硬管采用单层钢管，以外径为6、8两种管为主。单层铜焊钢管外径、壁厚公差为土0.08mmi最小弯曲半彳5不能小于25mm燃油硬管的形状主要根据车身来设计，为保证燃油系统的安全性，尽量安装在车身安全的部位。扭转和弯曲运动、车辆结构和传动装置的振动，不应引起燃油管各部件产生磨擦、挤压和其他不正常的任何受力，尽可能安装在排气系统异侧。性能要求燃油硬管的性能主要考虑它的耐油、防腐、耐久和密封性能。a) 盐雾试验试样在不小于1500h盐雾试验后出现红锈不超过一点，直径不超过1.5mmob) 砾洗一盐雾试验试样在砾石冲击处能经受不小于1000h盐雾试验而无红锈现象。c) 汽油沉浸试验试样应在汽油中沉浸24h,并通过擦试试验机试验，表面涂层不起泡，不剥落。d) 机械性能试验屈服强度170MPa抗拉强度280MPa延伸率14%40%e) 泄露试验试验中在规定的空气压力泄露量应少于8ml空气/分钟(无燃油泄露)(3)燃油硬管接头的方式燃油硬管与软管联接方式主要有三种：卡箍固定方式、快插接头联接和与螺纹联接。传统常用的方式是卡箍固定方式；但是随着欧出、欧IV法规的应用，快插接头的使用将越来越普及，下面就i1总体所设计手册动力部分以卡箍固定和快插接头固定为例。如下所示:a)卡箍方式联接，见图2-3。29Strir Apifruii A f(NATURAL FT-OWQf wIETAl Cfl 24篱均线甘第电器K油器 驱动进气岐管 ：绝对压力漆斯 总线 骐动t转速计1点火 蛔动金飞侦量流后1发力机端也程疔也用程序澳作塞统*我住忌居出气管道控时卜 二kIf二次空气喷“；ETC执行瞿:y爱气再循环 制(EGR)2则热：外国接口设普投拟输入揆拟输出 ；输入信号r输出役得图3-1汽车发动机电子喷射系统示意图3.1.2 燃油经济性3.1.2.1 空然比控制精确，可以得到更合理的混合气。这是采用电控系统后的最大好处。电喷系统不仅可保证流量变化时的空然比维持理想值不变，还可在工况或环境条件变化时及时提供随之