淺談重型汽車發動機的結構匹配

田杰，管志杰，黃英英，張凱，劉棟，李朝勇

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

淺談重型汽車發動機的結構匹配

田杰，管志杰，黃英英，張凱，劉棟，李朝勇

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章概述了重型汽車發動機的結構布置要求與相關注意事項，對重型汽車發動機的開發及附件布置具有一定的指導意義。

CLC NO.:U461.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)13-125-02

前言

隨著重型汽車品質的不斷提升，整車零部件精細化設計的要求越來越高。發動機作為整車設計開發的核心部件，其性能與結構的優劣直接制約整車的設計水平，而發動機的結構及接口設計能否與整車附件接口協調統一將是二者結構能夠完美匹配的關鍵。

發動機除整體外形尺寸外，需與整車連接的系統主要有冷卻系統、進排氣系統、燃油供給系統、電器系統等。如何實現各個系統與整車個系統之間的合理匹配，對于重型汽車發動機的設計開發顯得尤為重要。本文歸納闡述了發動機匹配重型汽車的結構布置要求與相關注意事項，對重型汽車發動機的開發及附件布置具有一定的指導意義。

1 發動機總布置設計原則

發動機的結構開發與整車息息相關，整車的性能要求及附件布置確認后發動機的結構設計將有一個最優方案，本文以目前歐洲主流車型附件布置為參考，淺談發動機與重型汽車的結構匹配。

1.1 發動機的外形尺寸

圖1

圖2

整車設計初期，總布置會根據不同用途車型定義整車接近角、離地間隙、駕駛室地板高度、車架寬度等參數，這樣就形成發動機設計的最原始輸入，即長、寬、高邊界尺寸；結合動力總成定位尺寸，考慮底盤懸架系統動撓度及動力總成與車架柔性連接，即可細化發動機曲軸下方尺寸，見圖1。根據周邊系統布置，可以進一步確定油底殼的外形尺寸要求；綜合車架高度、發動機隔音裝置及其他附件等對發動機寬度方向尺寸的影響，即可確定發動機附件布置的局部最大尺寸，見圖2。最后結合發動機的排量要求，分析發動機缸徑、行程、前端輪系、動力輸出即可得出發動機的長度方向尺寸，最終形成發動機外形設計邊界。

1.2 進、排氣系統設計

以整車右置、后置后處理器為例，見圖3。發動機增壓器采用前進氣、后排氣右側布置結構更優，不但可有效縮短排氣管長度，更好的滿足排放要求，還能減小管路的熱輻射影響；同時右置增壓器還可滿足前置進氣、中置進氣等多種空濾器布置。

圖3

中冷器作為排放升級的另一重要組成部分，對發動機進氣系統的設計有很大影響。發動機預留進氣接口與中冷器預留接口軸線重合方案最優，可以避免二者錯位造成的管路折彎增大進氣阻力；中冷器進、出氣口的位置不同廠家差異較大，考慮管路設計的難易程度，優選發動機采用中置進氣方案。

1.3 冷卻系統設計

整車冷卻系統的循環依附于發動機水泵的運轉，而冷卻能力依附于散熱器的體積、風扇的性能參數與水泵能力。水泵作為動力源為整個系統提供水壓力，管路越短水阻越小，冷卻能力越強。

以尿素箱與后處理器同側布置（右置），尿素供給系統所需冷卻管路接口應預留在發動機右側，為保證回路壓力，回水口應預留在水泵前，故水泵應布置在發動機右側，結合散熱器對角線對流的特點，若散熱器出水口在左下方，則發動機出水口應預留在右前方。

緩速器的使用也對發動機冷卻水路的設計提出了更高的要求，目前多采用串聯式冷卻方案，考慮循環水路的布置，緩速器接口應與水泵布置在同側。

發動機運轉過程中冷卻液會產生氣泡，為保證氣泡能順利排出，發動機本體水路最高點應預留除氣接口。而為整車除氣管路連續向上，發動機預留除氣口應與膨脹箱預留一定的高度差，同樣緩速器管路除氣口也應依此設計原則。

風扇作為散熱器與中冷器冷卻的動力源，其與兩者之間的位置關系將決定風扇工作效率，一般保證要求風扇前端面距離到散熱器之間的距離大于等于發動機風扇直徑的（0.18-0.2）倍，風扇高度處于散熱器中心偏上的位置能更好發揮散熱器效能。

冷卻系統整體布置要求見圖4。

圖4

1.4 燃油系統設計

燃油低壓油路問題導致整車故障的現象時有發生，因整個低壓油路零部件種類及管路接口多，問題排查困難大，所以低壓燃油系統在保證燃油品質的同時管路應盡量的短。考慮安全性，建議低壓燃油系統與起動機在發動機兩側布置,再結合整車油箱的布置位置，發動機預留的燃油接口位置應與油箱同側布置。

1.5 其余附件布置

除上述主要系統外，為保證整車充電系統、空調系統的要求，發動機需預留發電機與空調壓縮機的安裝位置。電器件的熱防護在布置時需首先考慮，避免高溫造成零部件損壞，應與增壓器異側布置。

發動機預留機油加注口應加注便利且效率高，機油加注口應布置在缸蓋上方并處于發動機3、4缸之間，同時高度方向需保證總布置間隙要求。

2 發動機總布置的注意事項

合理的發動機結構及附件布置，不僅外觀緊湊、整潔、美觀，同時各接口方便連接且能最大程度上滿足周邊各系統性能要求：

（1）發動機的全新開發設計輸入必須明確。一般一款發動機只能實現與一類車型的完美匹配，一對多就會導致發動機自身結構出現矛盾，前期設計必須分清主次；

（2）拋開發動機的性能談結構是錯誤的。性能與結構是互相依附的，例如保養里程的指標達成，目前技術手段增大保養里程必然需要使用大容量的油底殼，若油底殼的設計邊界過小，則無法達成性能指標。

（3）兼顧排放升級對發動機布置的影響。隨著排放的升級，采用不同的技術路線，例如歐六排放采用“EGR+SCR+ DOC+DPF”或“高效SCR+DOC+DPF”對發動機結構的影響是不同的。

3 總結

一款發動機設計基本型的確定非常重要，而基本型就是整車最早設計輸入的產物。所以在項目開展初期不能盲目的進行開發，必須以客戶需求為出發點，收集盡量多的信息源，對信息進行分析篩選，確定最終可實現的設計方案。

Structures of heavy-duty vehicle engine

Tian Jie, Guan Zhijie, Huang Yingying, Zhang Kai, Liu Dong, Li Chaoyong
( Shaanxi heavy Automobile co. LTD, Shaanxi Xi’an 710200 )

This paper summarizes the structural requirements and related precautions of heavy-duty vehicle engine, which is of guiding significance for the development and the arrangement of accessories of heavy-duty vehicle engine.

Engine structure; Layout; Heavy duty truck

發動機結構；布置；重型汽車

U461.2

A

1671-7988 (2017)13-125-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.13.043

田杰，男，助理工程師，就職于陜西重型汽車有限公司主要從事汽車發動機匹配工作。