乘用车发动机舱关键零部件的布置研究

王靖元,杨新明,张勇

(奇瑞汽车股份有限公司鄂尔多斯分公司，内蒙古鄂尔多斯 017000)

乘用车发动机舱关键零部件的布置研究

王靖元,杨新明,张勇

(奇瑞汽车股份有限公司鄂尔多斯分公司，内蒙古鄂尔多斯 017000)

乘用车发动机舱布置了整车的心脏-动力总成，以及进气系统、排气系统、冷却系统、燃油系统、悬置系统、蓄电池、转向系统、制动系统、空调系统以及各系统相关的管路附件等。在前舱有限的空间里不仅要摆放下这些部件，还要考虑到发动机的高温给周围部件所带来的影响，以及运动部件之间可能发生的静态或动态干涉，还要满足相关法律法规的要求，所以各系统部件在前舱中的合理布置就显得尤为重要和关键。主要阐述了动力总成及主要系统在布置中应考虑的因素。

乘用车； 发动机舱； 动力总成； 布置

Abstract:In passenger car’s engine bay, there was packaged the vehicle’s heart-engine assembly, and air intake system, exhaust system, cooling system, fueling system, engine mounting brackets, battery, steering system, brake system, air-conditioning system, and all kinds of pipelines etc. In such limited space, not only all of these parts should be packaged, but also the effect of engine’s high temperature, basic dynamic and static clearance should be considered, and law requirements should be met. So, it is very important for logical package. It was mainly described which factors should be considered in engine bay package .

Keywords:Passenger car; Engine-bay; Engine assembly; Package and layout

0 前言

在乘用车的总布置设计中，发动机舱的布置是最复杂的总布置区域，因为这里容纳了最多的零部件总成和系统，如发动机、变速箱、传动系、发动机进排气系统、冷却系统、电气系统、制动系统、转向系统以及连接各个零部件之间的管路和线束等。在乘用车开发设计或改型设计时，最基础的工作就是确定动力总成在前舱中的位置，而其核心问题就是确认动力总成及附件与各大系统部件之间的合理间隙，这就需要了解哪些因素会对发动机舱的总体布置产生影响。

因此，对布置动力总成时应该考虑的各项因素进行分析，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。

1 动力总成的布置

动力总成为发动机和变速箱(含离合器)的合称，它主要用于给整车提供动力，俗称汽车的"心脏"。动力总成的基本性能在很大程度上决定了整车的基本性能。为了使动力总成能与其周边件和谐共存于整车有限的空间里，从而保证整车部件，包括动力总成本身能最好地发挥它们的性能为整车服务，所以动力总成的布置是前舱布置的关键。

1.1 动力总成常见的布置型式

(1)动力总成横置式

动力总成布置在前舱，横置，发动机在右，变速箱在左。这种形式是目前轿车最常见的形式，见图1。

(2)动力总成纵置式

动力总成布置在前舱，纵置，发动机在前，变速箱在后面。此种形式是由于动力总成轴向尺寸比较大，如果横置的话，由于车身宽度有限将布置不下，见图2。

(3)动力总成中置式

动力总成布置在车中部，一般多为平头车用，因为它几乎没有前舱空间。如奇瑞H11的布置形式，动力总成中置，位于前排座椅正下方，见图3。

(4)动力总成后置式

如奔驰Smart车型，由于前舱和中部均没有空间，动力总成只能布置在后部(见图4)。

1.2 动力总成布置型式的选择

就一款新车型而言，对于布置形式没有特殊要求，主要从两方面来选择：

(1)参考同类车型，可以考虑借鉴其布置形式；

(2)要考虑所选择的布置形式是否能满足布置要求，详见下一节。

1.3 动力总成的布置要求

1.3.1 动力总成本身的性能要求

动力总成布置在整车坐标系中，涉及到其姿态的确定，这个姿态会影响动力总成整体性能的发挥：

α角为发动机绕y轴的转角，见图5；β角为发动机绕x轴的转角，见图6；γ角为发动机绕z轴的转角，见图7。

图5α角

图6β角

图7γ角

通常，对这3个角度的要求为：α≤5°，β≤3°，γ≤3°。

1.3.2 传动轴的工作角度要求

传动轴的工作角度跟动力总成在整车中的位置密切相关。通常，传动轴的工作角度要求为：设计状态(常为半载)A≤7°；其他状态A≤22°。布置动力总成的时候，可以通过不断调整动力总成的位置和姿态角来校核传动轴的工作角度是否满足要求，直到满足为止，这是一个反复的过程。

1.3.3 动力总成与周边件的间隙要求

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[1]。对于第一种情况，两者之间的(静态)距离最好大于10 mm，否则需要对它们之间的尺寸链进行计算核查，5 mm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25 mm，最小动态距离为15 mm；对于第三种情况，二者之间的最小静态距离为30 mm，最小动态距离为15 mm。动态距离的计算通常采用动态包络法进行检查。

动力总成各部分与周边件的间隙没有硬性规定，都只是经验值，具体见表1。

表1 动力总成与周边件间隙经验值列表

1.3.4 相关部件的维修、更换方便性的要求

发动机舱内有一些易损件如大灯灯泡、保险丝等，还有一些零部件需要定期拆卸更换，如空滤滤芯、机油滤清器等。在做布置的时候，需要认真分析这些零部件的维修方便性，以节约更换这些部件的作业时间，减轻作业人员的劳动强度。

发动机舱内需要考虑维修方便性的主要零部件及其布置要求见表2。

表2 发动机舱内需要考虑维修方便性的主要零部件及其布置要求

续表2

1.3.5 零部件工作环境温度要求

由于发动机在运转过程中会产生大量的热，并通过发动机舱内气流对流的方式或者直接辐射的方式传递给周围的零件，使它们的温度也随着升高。而无论是金属材料还是其他非金属材料对温度均有不同的反应，尤其是非金属材料，超过一定的温度会表现出较常温下较大的性能变化。

1.3.5.1 橡胶管

橡胶管需要布置在远离热源、通风良好的区域，以降低橡胶管因温度过高导致的溶化、快速老化等可能导致重大破坏事故的风险。一般冷却系统橡胶管工作温度不能超过120 ℃，真空助力器软管工作温度不能超过100 ℃，真空管工作温度不能超过120 ℃。

一般橡胶管与三元、排气歧管装饰罩之间的最小间隙应不小于60 mm。

1.3.5.2 引气口

进气温度高，气体密度小，进气量会变小，直接影响发动机的燃油经济性和整车动力性。因此，进气温度应控制在合适的范围内，一般要求引气口处温度在40 ℃以下(理想值25 ℃)。汽车长时间工作时，发动机舱内平均温度会达到80 ℃以上，因此，应尽可能将引气口布置到发动机舱外，如发盖与前保之间和发动机舱纵梁外侧，这样可以保证引气口的进气温度是环境温度。

1.3.5.3 ABS/ESP+制动管路

制动系统工作环境温度应不高于120 ℃。虽然制动液沸点在180 ℃，但是制动液温度高于120 ℃后对制动系统内的橡胶件有影响，也容易引起制动气阻。因此，ABS/ESP及制动管路应布置在远离热源的位置，制动管路周边通风性要好。

1.3.5.4 燃油管

燃油尼龙管和橡胶管分别能承受150 ℃和120 ℃的高温，但是燃油温度不能超过60 ℃(燃油温度过高汽油挥发大，容易形成气阻)，因此燃油管工作环境温度一般不能超过 90 ℃。同时，燃油管要尽最大可能远离排气系统，防止燃油过热。

1.3.5.5 换挡拉线

换挡拉线工作环境温度应不高于 120 ℃，换挡拉线长时间在高温环境下工作会导致拉线润滑脂烧结，换挡拉线被卡死，出现换挡操纵困难或无法换挡的问题。换挡拉线与排气三元催化反应器、排气管最小间隙应不小于60 mm，周边要保证通风。

1.3.5.6 蓄电池

蓄电池的正常工作温度是在-30 ℃～80 ℃，最佳工作温度在53 ℃以下，蓄电池工作温度过高会严重影响蓄电池的寿命，所以在布置蓄电池时需要考虑蓄电池所处位置的温度，或做适当的隔热处理。目前某公司部分车型采用蓄电池护套进行隔热，以保证蓄电池在正常温度环境下工作。

1.3.5.7 电器盒

电器盒中主要包含保险丝和继电器两种电子器件，两种电器件在工作过程中都会散热，所以在进行电器盒布置时，同样需要考虑电器盒的散热，以防止盒内电子器件过热烧坏。 电器盒工作环境温度范围为-40 ℃～80 ℃，故要求电器盒布置尽可能远离排气系统。

1.3.5.8 转向机

一般轿车用转向器的工作温度范围是：-35～120 ℃，若长时间在高温环境下工作，机械转向机内润滑脂会变质，转向机内橡胶件会快速老化，影响转向机品质和寿命；液压助力转向机内液压油温度过高，导致橡胶件快速老化，油路产生气阻，并可能产生转向机异响、噪声过大等问题。一般要求转向机与排气部件最小间隙不小于 60 mm，为加装隔热罩预留足够布置空间。液压助力转向系统转向管路允许工作温度为-40 ℃～100 ℃ ，瞬时耐热120 ℃。

1.3.5.9 传动轴

传动轴护套工作环境温度应不高于100 ℃，长时间在高温环境下工作，传动轴护套易老化，破裂，失去对传动轴移动节的保护作用，导致移动节异常磨损，严重影响传动轴工作寿命。传动轴与排气部件的最小间隙应不小于50 mm，以给排气部件预留加装隔热罩的空间。

1.3.5.10 线束及插接头

工作温度：在-40～130 ℃中的不同温度能正常工作。

1.3.6 法律法规要求[2]

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70 mm的泡沫缓冲大腿(图9)，在离地面沿前包络线为1 000 mm(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刚性零件的距离大于85 mm(不同的车型有不同的要求)，在大于1 500 mm曲线的上方需要提供 94 mm的空间以满足头部碰撞的要求。

1.3.7 满足总装装配工艺的要求[2]。

动力总成通常是和副车架装配在一起，然后安装到车身上的，因此必须保证这个总成和发动机舱周边的装配间隙，保证不会出现安装台架和人为操作与周边零件的干涉，必须留出30～35 mm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20～30 mm，零件质量越小、越易控制的，静态间隙可以适当缩小。如安装蓄电池和保险丝盒时，两者之间的间隙应当不小于20 mm。

1.3.8 保证乘客舱乘员安全的要求[2]

在设计发动机舱时要考虑各种安全碰撞的要求，如56 km/h的正碰和64 km/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。前端碰撞与前保险杠防撞梁和前纵梁的结构密切相关。同时也需要考虑功能件的布置，如真空助力器、ABS、蓄电池、ECU模块等都是结构比较强、在CAE仿真分析时均视为刚体的零件，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。

2 结束语

发动机舱布置既要整齐美观，又要满足法规、温度场、工艺性等各项要求，其中某些要求是相互矛盾、相互制约的，这就需要发动机舱布置工程师针对不同的车型、不同的市场定位、不同的理念进行合理的平衡，得出最优的布置方案。在具体的项目中，需要进行大量的交流和协调工作，以保证发动机、底盘、空调、电器等各个零件在有限的空间内找到合适的位置。文中所述的布置原则来自于设计经验，需要在今后的工作中不断地验证、调整和优化。同时，还需要在大原则指导下，不断地总结，从大处着手，细化其他小零件的布置。在实际中，每一款车，匹配不同的动力总成，发动机舱的布置情况往往差异万千，这就需要布置工程师针对不同的情况提供不同的优化布置方案，经过试验验证合格后方可最终确认。

【1】 贾粮棉,任杰,王瑞玲.轿车发动机舱内各部件主要间隙确定[J].现代机械，2003(4):31-32.

【2】 彭岳华.高卫民.徐康聪.轿车发动机舱关键零部件的布置研究[J].汽车技术，2010(5):27-30.

ResearchonKeyComponentsPackageandLayoutinPassengerCar’sEngineBay

WANG Jingyuan，YANG Xinming, ZHANG Yong

(Chery Automobile Co.,Ltd.,Ordos Inner Mongolia 017000,China)

2014-06-19

王靖元(1984—)，学士，主要从事乘用车整车集成、质量提升方面的工作。E-mail:wangjingyuan3@mychery.com。