現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝的發(fā)展動向

張銳鳳 張誠

摘要：本文探討了傳統(tǒng)汽車發(fā)動機制造工藝的組成、工作原理以及存在的問題和局限性。同時，重點介紹了現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝的創(chuàng)新與發(fā)展，包括先進材料的應用、先進制造技術的應用、先進加工工藝的應用以及先進測試與檢測技術的應用。最后，分析了現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)，以期為現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝的發(fā)展提供參考和指導。

關鍵詞：汽車發(fā)動機；制造工藝；發(fā)展動向

中圖分類號：U466 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2023.05.004

0 引言

隨著現(xiàn)代社會的進步，汽車已經深深地融入了人們的日常生活，成為一種不可或缺的交通工具。發(fā)動機作為汽車的核心部件，對汽車性能和可靠性起著至關重要的作用。這種重要性主要體現(xiàn)在它對汽車加速能力、燃油經濟性以及排放水平等方面的影響。因此，汽車發(fā)動機制造工藝的發(fā)展對于提升汽車性能、降低燃油消耗和減少環(huán)境污染具有重要意義。

1 傳統(tǒng)汽車發(fā)動機制造工藝

1.1 組成和工作原理

傳統(tǒng)汽車發(fā)動機由多個部件組成，包括氣缸、活塞、曲軸、連桿和氣門等。其工作原理是，通過燃燒混合氣體產生的爆炸力推動活塞運動，進而帶動曲軸旋轉，最終將化學能轉化為機械能，驅動汽車運行。

1.2 特點和流程

傳統(tǒng)汽車發(fā)動機制造工藝的特點是工藝流程相對簡單，主要包括鑄造、加工和裝配等環(huán)節(jié)。具體流程包括鑄造發(fā)動機殼體、加工氣缸孔和曲軸孔、制造活塞和連桿、安裝氣門和氣門座等。整個制造過程需要嚴格控制尺寸精度和表面質量，以確保發(fā)動機的正常運行。

1.3 存在的問題和局限性

首先，傳統(tǒng)工藝對材料的要求較高，需要使用高強度、高溫抗氧化的材料，增加了制造成本；其次，傳統(tǒng)工藝對工人的技術要求較高，需要熟練的操作和精確的測量，增加了制造難度。此外，傳統(tǒng)工藝在能源利用效率和環(huán)境污染方面存在一定的局限性，無法滿足現(xiàn)代社會對節(jié)能環(huán)保的要求[1]。

2 現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝的創(chuàng)新與發(fā)展

2.1 先進材料的應用

⑴輕量化材料的使用。

輕量化材料的應用可以減少發(fā)動機的重量，從而降低車輛的整體重量，這有助于提高燃油經濟性和減少尾氣排放。目前一種常見的輕量化材料是鋁合金。鋁合金具有較低的密度和良好的強度，可以替代傳統(tǒng)的鑄鐵材料，實現(xiàn)發(fā)動機的輕量化。

此外，鋁合金還具有良好的導熱性能，有助于提高發(fā)動機的散熱效果，進而提高發(fā)動機的工作效率；另一種輕量化材料是復合材料。復合材料由2 種或多種不同性質的材料組合而成，具有較高的強度和較低的密度。在發(fā)動機制造中，復合材料可以用于制造發(fā)動機的外殼、進氣道和排氣管等部件，從而實現(xiàn)發(fā)動機的整體輕量化。

⑵高溫合金的應用。

高溫合金是一種能夠在高溫環(huán)境下保持較高強度和耐蝕性的材料，通常由鎳、鉻、鉬等金屬元素組成。它具有良好的耐高溫性能，因此在發(fā)動機制造中，高溫合金可以用于制造渦輪葉片、燃燒室和排氣閥等部件，以提高發(fā)動機的工作效率和延長其使用壽命。

2.2 先進制造技術的應用

⑴數(shù)字化設計和仿真技術。

通過使用計算機輔助設計（CAD） 軟件和計算機輔助工程（CAE） 軟件，工程師可以在虛擬環(huán)境中進行發(fā)動機設計和仿真。這一技術可以大大縮短設計周期，降低開發(fā)成本，同時提高發(fā)動機的性能和可靠性。數(shù)字化設計技術可以協(xié)助工程師迅速創(chuàng)建發(fā)動機三維模型，并進行各種設計優(yōu)化。通過仿真分析發(fā)動機的流體力學、熱力學和結構力學等方面，工程師可以預測發(fā)動機在不同工況下的性能表現(xiàn)，并實施相應的優(yōu)化設計。這一技術有助于工程師更好地理解發(fā)動機的工作原理和性能特點，從而提高發(fā)動機的效率和可靠性[2]。

⑵三維打印技術在發(fā)動機制造中的應用。

三維打印技術是一種快速制造技術，能夠將數(shù)字模型直接轉化為實體物體。在發(fā)動機制造中，三維打印技術可以用于制造復雜形狀的零部件，如渦輪葉片、燃燒室等。相比傳統(tǒng)的制造方法，三維打印技術可以減少零部件的制造工序和材料浪費，提高制造效率和產品質量。此外，三維打印技術還支持個性化定制和快速修復。通過根據(jù)用戶需求進行定制化設計，我們可以生產出符合用戶特定需求的發(fā)動機零部件。同時，當發(fā)動機零部件損壞或老化時，可以使用三維打印技術進行快速修復，以減少停機時間和維修成本。

2.3 先進加工工藝的應用

⑴激光加工技術。

激光加工技術可以通過激光束的熱作用來實現(xiàn)對材料的切割、焊接和打孔等加工操作。在發(fā)動機制造中，激光加工技術被廣泛應用于制造發(fā)動機的缸體、缸蓋和曲軸等關鍵零部件。激光切割技術能夠實現(xiàn)發(fā)動機缸體和缸蓋的精確切割，確保其尺寸和形狀的精度。激光焊接技術可以用于發(fā)動機的焊接工藝，提高焊接接頭的強度和密封性。激光打孔技術可以用于發(fā)動機噴油孔和冷卻孔的加工，確保燃油和冷卻液的精確噴射和循環(huán)。激光加工技術的應用可以大大提高發(fā)動機的制造精度和質量，同時減少材料浪費和能源消耗。此外，激光加工技術還可以實現(xiàn)對復雜形狀的加工，提高發(fā)動機的設計自由度和性能優(yōu)化。

⑵精密加工技術。

精密加工技術可以用于發(fā)動機的銑削、車削和磨削等加工過程，實現(xiàn)對發(fā)動機零部件的高精度加工，確保其尺寸和形狀的精確度。通過精密加工技術，可以高精度地車削和磨削發(fā)動機曲軸，提高其平衡性和運轉平穩(wěn)性。同時，精密加工技術還可以實現(xiàn)對發(fā)動機缸體和缸蓋的精密銑削，提高其表面質量和密封性。精密加工技術的應用可以提高發(fā)動機的制造精度和質量，減少材料浪費和能源消耗。同時，精密加工技術還可以提高發(fā)動機的工作效率和可靠性，延長發(fā)動機的使用壽命。

2.4 先進測試與檢測技術的應用

⑴非接觸式測量技術。

非接觸式測量技術是一項重要的創(chuàng)新，它利用光學、激光或電磁波等非接觸式傳感器，實現(xiàn)對發(fā)動機各個部件的精確測量。非接觸式測量技術的應用可以大大提高測試與檢測的效率和準確性，避免了傳統(tǒng)接觸式測量方法可能造成的誤差和對被測物體的損傷。例如，在發(fā)動機氣缸內壁的測量中，傳統(tǒng)的接觸式測量方法需要使用測量探頭直接接觸氣缸內壁，這容易造成劃傷和磨損。而非接觸式測量技術可以使用激光干涉儀或光學傳感器等設備，通過測量光的干涉或反射來獲取氣缸內壁的精確尺寸，從而避免了這些問題[3]。

⑵智能化檢測設備的應用。

智能化檢測設備通過集成傳感器、數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)，實現(xiàn)對發(fā)動機制造過程中各個環(huán)節(jié)的自動化檢測和監(jiān)控。這種設備可以實時監(jiān)測發(fā)動機制造過程中的各項參數(shù)，如溫度、壓力和振動等，以及各個部件的尺寸和形狀。通過對這些數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，智能化檢測設備能夠及時發(fā)現(xiàn)制造過程中的問題和缺陷，并提供相應的調整和改進建議。例如，在發(fā)動機裝配過程中，智能化檢測設備可以通過傳感器實時監(jiān)測各個部件的裝配質量和位置，以及緊固件的緊固力度。如果發(fā)現(xiàn)有部件裝配不準確或緊固力度不足的情況，智能化檢測設備可以及時發(fā)出警報，并提供相應的調整建議，以確保發(fā)動機的質量和性能。

3 現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

3.1 優(yōu)勢

⑴提高燃燒效率和動力輸出。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機采用了先進的燃燒技術，如直噴、渦輪增壓和可變氣門正時等，能夠更有效地將燃料轉化為動力輸出。這些技術可以提高發(fā)動機的熱效率，減少能量損失，并提供更高的功率和轉矩輸出。

⑵減少排放和能源消耗。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機采用了先進的排放控制技術，如三元催化器、顆粒捕集器和氮氧化物減排系統(tǒng)等，能夠有效地減少尾氣排放物的排放。同時，通過采用輕量化材料和優(yōu)化設計，現(xiàn)代發(fā)動機可以降低整車的重量，從而減少能源消耗[4]。

3.2 挑戰(zhàn)

⑴先進材料和制造技術的成本。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機需要使用先進的材料，如高強度鋼、鋁合金和復合材料等，以提高發(fā)動機的性能和可靠性。然而，這些材料的成本較高，對制造商來說是一個挑戰(zhàn)。此外，制造這些材料所需的先進制造技術也需要投入大量的研發(fā)和設備投資。

⑵制造工藝的復雜性和可靠性問題。

現(xiàn)代汽車發(fā)動機的制造工藝變得越來越復雜，需要高精度的加工和裝配過程。這對制造商來說是一個挑戰(zhàn)，因為任何一個環(huán)節(jié)的失誤都可能導致發(fā)動機的性能下降或故障。因此，制造商需要不斷改進工藝流程，提高生產線的自動化程度，以確保發(fā)動機的質量和可靠性。

4 結束語

總的來說，隨著科技的不斷進步和汽車工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝正朝著更加先進和高效的方向發(fā)展。先進材料的應用使發(fā)動機更加輕量化，提高了燃燒效率和動力輸出，同時減少了排放和能源消耗。先進制造技術的應用，如數(shù)字化設計和仿真技術、三維打印技術等，使發(fā)動機的制造更加精確和高效。先進加工工藝和測試與檢測技術的應用進一步提高了發(fā)動機的質量和可靠性。然而，現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝也面臨著一些挑戰(zhàn)，如先進材料和制造技術的成本問題，以及制造工藝的復雜性和可靠性問題。因此，我們需要不斷研究和創(chuàng)新，以克服這些挑戰(zhàn)，推動現(xiàn)代汽車發(fā)動機制造工藝的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1] 韓高偉.汽車發(fā)動機整體式、組合式凸輪軸的制造工藝分析[J].汽車

博覽，2021：2（11-12）.

[2] 魏奇鋒.某汽車發(fā)動機制造工廠綠色發(fā)展示范案例[J].建設科

技，2021：4.

[3] 韓洪濤，姜立巖.汽車發(fā)動機曲軸制造中的機械加工技術[J].內燃機

與配件，2021：2.

[4] 李芳婷.機械加工技術在汽車發(fā)動機曲軸制造中的應用[J].內燃機與

配件，2021：2.

（責任編輯：王作函）