基于整車性能開發的發動機機艙集成布置分析

徐晗 宋瀚 史婷婷 頓棟梁 朱馳昊

（東風汽車集團股份有限公司技術中心）

隨著汽車行業的發展，汽車上應用的技術日益增多，配置趨于多樣化，動力總成搭載日益豐富，各項功能及性能升級導致機艙內零部件及管線類布置越發緊湊，布置問題頻發。發動機艙作為整車集成度較高的部位，如何在保證整車性能的前提下，在有限的空間內布置更多的零部件，滿足顧客多樣化的需求是現階段急需解決的問題。正向開發過程中，設計階段的發動機機艙布置僅體現了幾何位置關系，對整車搭載后的性能影響難以預測，從而導致后續裝車試驗階段出現一系列的質量問題，對整車開發的周期成本影響巨大。文章基于某車型開發過程中的發動機機艙布置及質量問題的解決，總結出基于整車性能開發發動機機艙布置的原則及規范，為今后車型的正向開發工作提供依據。

1 發動機機艙布置設計

發動機艙的布置形式根據發動機的位置不同有所區分，文章重點分析發動機前置前驅車型的機艙集成布置。前置前驅發動機機艙的布置形式多種多樣，除了同平臺的車型，極少能見到極其相似的機艙布局，每種形式的機艙布局都與對應的整車平臺和動力總成搭載有關。因此，機艙的布局設計需要靈活處理[1]。圖1 示出某前置前驅車型機艙布置示意圖。

圖1 某前置前驅車型發動機機艙布置示意圖

2 基于整車性能開發的機艙布置原則

文章重點研究影響整車性能的機艙布置要素，為整車總布置專業在開發過程中對性能維度提供點檢和優化的依據。機艙布置影響的整車性能主要分為幾何性能與集成性能。

2.1 幾何性能

機艙的幾何布置在滿足基本的靜、動態間隙要求的基礎上，還應滿足裝配工藝性及售后維修保養便利性的要求。

間隙檢查是機艙幾何布置工作中的重要一環[2]。圖2 示出某車型在設計階段由于未預留足夠的動態間隙，導致汽車在耐久試驗中出現泄壓閥管路與制動管路磨損的現象，存在安全隱患。后續采取增加防磨護套并更改管路走向的措施。

圖2 某車型管路動態磨損示意圖

間隙檢查包括靜態間隙檢查和動態間隙檢查。零部件的相對關系分為絕對靜止、相對運動及絕對運動3 種。在設計過程中考慮到保安防災的要求，相對靜止的兩零件間考慮到裝配誤差及尺寸公差累積等原因，一般設計預留10 mm 以上的間隙。通常情況下CATIA可以通過整車28 種工況下動力總成的質心位移量及質心轉角做出與發動機相連接零部件的運動包絡體。有相對運動的零部件間，運動零件的包絡體與靜止零件本體需預留10 mm 以上的間隙。絕對運動的兩零部件間，兩零件運動包絡體間需預留10 mm 以上的間隙。

若在設計階段，由于機艙邊界及環境間的約束，無法預留足夠的安全間隙，需提前增加耐磨護套等，并在耐久試驗中觀察磨損情況。

2.2 集成性能

機艙布置除了滿足基本幾何性能，還需滿足整車集成性能要求，這對汽車產品的生命力有著決定性的影響。機艙布置影響的集成性能基本分為整車通過性、整車姿態、整車溫場、NVH、美觀性、碰撞安全及涉水性等。文章重點說明整車機艙涉及的裝配維修工藝性、通過性、整車姿態、整車溫場及NVH 相關布置原則。

2.2.1 裝配維修工藝性

機艙裝配維修工藝性包括裝配工藝性以及售后維修保養便利性[3]。機艙內發動機布置應該滿足發動機合裝要求；機艙內所有零部件布置需遵循裝配工藝順序，優先安裝的零部件不能影響后續零部件的安裝；售后維修涉及的零部件布置需保證售后維修保養便利性。根據車型開發總結出裝配維修點檢表，如表1所示。

表1 汽車發動機機艙裝配維修點檢表

2.2.2 整車通過性

整車最小離地間隙是整車的通過性參數，在車型設計前期設定過小，不足以滿足機艙布置的最小離地間隙要求，會使整車最低點出現在機艙，導致一系列的安全隱患。圖3 示出某車型在設計階段的機油濾清器布置。因其僅滿足前期定義的最小離地間隙要求，導致在路試時發生磕碰。后續更改機油濾清器的結構，造成成本周期的增加。

圖3 某車型機艙底部機油濾清器磕碰示意圖

發動機機艙前端的工作路況較為復雜，因此，整車通過性參數中的最小離地間隙可作為機艙布置的邊界。機艙布置過程中機艙下部所有零件不僅需滿足設計任務書中最小離地間隙的要求，還需增加專項通過性試驗驗證（如比利時路、搓板路、路肩等路況試驗），發動機油底殼、機油濾清器、變速箱、前托架等機械件及發動機下護板均為重點關注項。

2.2.3 整車姿態

機艙內零部件的布置對整車姿態有著直接的影響。圖4 示出某車型在設計階段由于動力總成硬點的布置不合理（動力總成布置偏左），導致實車出現左低右高的整車姿態。后續通過調整動力總成硬點，使得整車姿態達到設計要求。整車姿態對整車感知質量、操縱穩定性、NVH 有著直接的影響。在前期布置過程中應先對發動機、變速箱、蓄電池等質量大的零部件進行合理的規劃與布置，再布置質量較輕的系統，以避免實車出現整車姿態偏差。

圖4 汽車動力總成布置示意圖

2.2.4 整車溫場

發動機增壓器為整車熱源，機艙內零部件的布置需與熱源保持一定的安全距離。某搭載后排發動機的汽車在設計階段，由于空調膨脹閥及空調高低壓管距離發動機增壓器過近，影響空調制冷性能，如圖5所示。后續應在空調管周圍包裹鋁箔隔熱，使空調管滿足專業性能要求。

圖5 某車型空調管增加鋁箔隔熱示意圖

現多通過仿真和溫場試驗確認零部件的溫場數據是否滿足零部件的許用溫度要求，當零部件無法避開高溫區域時，需采取隔熱措施。

2.2.5 NVH

某車型在設計階段將電動真空泵布置在輪罩處，制動過程中駕駛員處異響明顯，后將電動真空泵位置更改至發動機上同時增加減振墊，異響消除，如圖6所示。在機艙零部件布置中應盡量保證振動源的布置遠離前圍擋板，并將個別振動量大的零部件布置在動力總成上，通過懸置減振降噪。

圖6 某車型電動真空泵布置示意圖

3 結論

文章結合某自主車型的開發，通過該車型開發過程中出現的一系列問題對乘用車機艙布置點檢要素及其對應的布置原則進行了分析，使機艙布置流程和內容更為規范和準確。以往發動機機艙的布置僅注重基本的法規及零部件布置要求，忽視了整車搭載中的性能要求，在裝車試驗后才發現布置缺陷。由于布置方案的更改不僅涉及到單個零件的更改，更涉及到多個零件、多個系統的更改，因此，在設計階段提前避開各種布置誤區，可減少整車開發成本、縮短開發周期、提高經濟效益。