汽车电子结构中发动机罩的应用研究

庄月芹徐州生物工程职业技术学院机电工程系，江苏徐州　221006



汽车电子结构中发动机罩的应用研究

庄月芹
徐州生物工程职业技术学院机电工程系，江苏徐州221006

摘要随着近年来人们生产生活对汽车的需求数量快速增长和可持续发展战略的逐步落实，人们对能够缩减汽车耗油量、减少汽车尾气排放的新型轻质材料在汽车中的实际应用问题愈来愈关注，本文以汽车发动机罩为研究对象，选取高强钢、铝合金、镁合金和复合材料四种新型轻质材料，结合个人经验对其在汽车发动机罩上应用的优缺点进行综合分析，为确定我国新型轻质材料在汽车发动机罩上的发展趋势作出努力。

关键词新型轻质材料；汽车发动机罩；应用

发动机罩通常由具有较强刚性和冲有各种窝穴的内板，与整车形状一致且抗凹痕性和防腐蚀性较突出的外板和局部加强板构成，内外板通过粘结、翻边、滚焊等技术手段相结合，为提升装配刚度，利用焊接或粘结手段将局部加强板固定于铰链和门锁处，以达到为发动机防尘、防水、防损，隔热隔音的作用，将新型轻质材料应用于汽车发动机罩可减轻其重量，提升其自身性能，所以具有重要意义。

1　高强钢在汽车发动机罩上的应用

上个世纪中后期汽车高强度钢板开始得到开发和应用，例如微合金钢、含磷合金钢等，目前应用比较广泛的是抗拉强度在1000至1200兆帕之间的超高强度钢，将其应用于汽车发动机罩，不仅可以减轻汽车自身的重量，而且可以在原有的基础上大幅度的缩减其耗油量，提升汽车构件的强度，使其整体安全性得到增强，据相关材料显示，高强钢相比08A1钢板，在强度相当的情况下，厚度可缩减10%以上，重量可降低20%至30%[1]。特别是双相钢其伸长率相比一般的高强度钢板更优越，例如含磷钢，而且现阶段其相关的焊接、断裂、回火等特性都得到了较全面的开发，所以在汽车发动机罩上应用具有可行性，例如福特汽车公司将其应用于汽车发动机罩上，使其在厚度上缩减了近1毫米，除此之外，德国大众汽车AudiC5轿车发动机应用了烘烤硬化钢板、日本铃木WagonR发动机罩应用的高强度钢抗拉强度达到340兆帕等，由此可见高强钢在汽车发动机罩上的应用具有较长的发展历史，而且实践证明效果较理想，所以可推广应用[2]。

2　铝合金在汽车发动机罩上的应用

汽车方面所应用的铝合金主要有铸造铝合金和变形铝合金两种，而应用于汽车发动机罩的铝合金主要是变形铝合金，即在冲压、弯曲、轧、挤压等工艺作用下，使组织、形状发生变化的铝合金，由于铝自身具有密度低、塑性强、成型率高的特点，而且铝合金制造的相关工艺近年来得到较大幅度的提升，所以变形铝合金的制造可行性较大，现阶段Al-Cu-Mg、Al-Mg、Al-Mg-Si、Al-Mg-Zn-Cu四个系列在汽车发动机罩上得到了较广泛的应用，其中Al-Cu-Mg系列主要用于对强度和刚性要求较高的外板，据有关资料显示2017-T4铝合金与低碳钢板材料相比，密度缩减近5个点，弹性模量缩减近14个点，泊松比提升近0.03个点，屈服极限提升近130个点，由此可见其整体性能更适合应用于汽车发动机罩上[3]。除此之外，有关资料显示，将铝合金材料应用于发动机罩其内板和外板的质量相比应用低碳钢材料分别缩减3.56kg和7.11kg，减重效果分别达到64.49% 和64.40%，效果非常突出，目前北美、欧洲国家和日本在发动机罩上都应用了铝合金，例如宝马新7系列、沃尔沃、标致雪铁龙、福特等汽车企业都在研发或制造铝合金发动机罩，但现阶段铝合金加工、成型、焊接等方面仍存在较大的困难，特别是成本问题仍存在，所以现阶段将铝合金应用于汽车发动机罩，并全面推广应用的难度较大，需要不断的完善和加大相关的研究力度。

3　镁合金在汽车发动机罩上的应用

由于镁自身的比强度和比弹性模量较大，而且刚性、抗电磁干扰性、阻尼性能、抗震冲击性能、切削加工性能、尺寸稳定性能都较优越，在地表储存量丰富，所以将其应用于汽车发动机罩不仅可以缩减其整体重量，使其燃油率在原有的程度上提升，而且发动机罩的抗撞击性能也能更加理想，据资料显示，镁合金应用于发动机罩其重量相对于钢降低近一半，相对于铝合金降低近20%，现阶段大众3L Lopo发动机应用镁合金，但受到现阶段对镁金属特性的相关研究仍存在不足，镁合金应用于发动机罩上仍存在较突出的易腐蚀性问题，而且缺少足够的性能数据作支撑，缺少充足的设计和使用经验等，导致现阶段镁合金并不能全面的应用于发动机罩方面，仍需要未来不断的科学探索和尝试，但不可否认的是将镁合金应用于汽车发动机罩具有一定的可行性和优越性[4]。

4　复合材料在汽车发动机罩上的应用

复合材料作为增强纤维和塑料复合而成的材料，又被称之为纤维增强型塑料，现阶段应用于汽车发动机罩上的复合材料主要是应用乙烯基酯树脂的不饱和聚酯团状模塑料和片状模塑料两种，由于乙烯基酯树脂自身具有较理想的强度和韧性，而且对腐蚀和高温都有较强的抵御能力，所以非常适合于汽车发动机罩的应用，特别是近年来复合材料制作所需要的手糊、喷射、真空渗透、树脂传递模塑成型等工艺不断升级，更是为复合材料在汽车发动机罩上应用创造了可能，目前，林肯汽车、福特轿车HN117和190重型载货车，以及欧洲的GTV赛车、Spider等都使用片状模塑料制成的发动机罩，而Volov Cabrio C70汽车则应用不饱和聚酯团状模塑料制成的汽车发动机罩，由此可见，现阶段较大范围的将复合材料应用于汽车发动机罩具有一定的可行性，其推广空间和潜在价值巨大；另外现阶段将复合材料应用于汽车发动机罩可以对行人起到一定的保护作用，因为现阶段针对复合材料发动机罩的结构进行了有效的设计和优化，在静态和动态性能仿真分析的基础上，使其既可以达到发动机罩静态性能指标，又能够负荷动态行人保护头部碰撞的基本要求，为克服动静态的性能要求同时达到存在的难度，结构调整和仿真计算需要多次重复进行，实现复合材料发动机罩静力学和动力学性能的基本要求，进而推动发动机罩部件的轻量化发展并提高整车的动力性能。

发动机是汽车电子结构的重要组成部分，其性能的安全性和稳定性很大程度上受发动机罩的影响，所以直接影响发动机罩性能的应用材料的选择必须引起足够的重视，这是汽车电子优化和持续发展的必然选择。

5　结论

通过上述分析可以发现，在汽车发动机罩方面应用新型轻质材料是可持续发展战略深入发展过程中的必然要求，而且随着汽车轻量化标准的逐渐提升和汽车产品数量的不断增长，将会有更加具有优越性的新型轻质材料应用于汽车发动机罩上，所以应以发展的视角看待新型轻质材料在汽车发动机罩上的应用问题。

参考文献

[1]崔东．基于行人头部保护的新型复合材料发动机罩设计[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010．

[2]陈立娜．基于行人头部保护的汽车发动机罩轻量化设计方法研究[D]．长沙：湖南大学，2013．

[3]王进京．轻质材料汽车车身生命周期环境影响评价及敏感性分析[D]．合肥：合肥工业大学，2012．

[4]敖炳秋．轻量化汽车材料技术的最新动态[J]．汽车工艺与材料，2002（Z1）：1-21，105．

中图分类号U464

文献标识码A

文章编号1674-6708（2016）155-0120-02