发动机类外文文献翻译(中文)

. 轻型发动机设计方案

摘要：

在过去的一些年里，新一代汽车发动机燃油效率并不是像我们预料中的那样会有所降低。其原因：汽车重量的增加。通过对汽车发动机整车重量以及部分重量的分析知：曲轴箱作为一个单一部件具有潜在的可减少重量的部件，这篇论文讲述的是通过利用轻型材料和现代的设计手段减少发动机重量的方法。

将轻型材料应用于曲轴箱设计构思中包含着广泛的设计理念，这种设计理念就是尽最大可能利用被选材料所具有的可能性去减少汽车重量，以下我将详细的谈论关于直列式和V-型发动机特殊方法的构思，发动机重量减轻也可以利用中小型发动机来代替又大又重的发动机，现代技术以被应用于现存的发动机设计构思中从而增加发动机功率重量比，使发动机性能得到提高因此它的市场价值也得到提高。

新型轻型发动机设计方案中有一个重要方面就是与传统发动机设计理念相比要尽量减小发动机零部件数量，因为这样对于减少整车重量有着非常重要作用。

介绍：

汽车在生态方面和将来继续充当普通交通工具的要求已经显著提高尤其在美国和欧洲。通过合法的要求使那些有压力的顾客在这方面得到缓解。必需考虑到这样的事实，对于燃油的消耗，排放，回收在利用这些中心问题要有一个回应。

在过去的一些年里，汽车发动机的发展取的了进步，使发动机功率得到了显著的提高同时在降低发动机燃油消耗和排放方面已经付出巨大的努力。通过应用直喷，废气涡轮增压和多气门技术于柴油发动机中，使发动机的性能得到显著提高。

新车取代与在它之前所有具有相类似功能车时，其新车发动机工作效率的提高并不是通过对原有车的有效改进。整个交通工具工作效率停滞不前甚至降低的原因是在过去的十五年里增加了15%~20%的车辆（图1）。尽管轻型材料的使用不断增长以及设计者有意识的向轻型结构方面设计但是重量减轻却被其他方面所弥补。读者可以通过以下方面得知：多余的汽车外形

安全方面的改进

关于NVH舒适度方面的改进

持续性动力输出方面的提高以及汽车工作情况的改进

可靠性方面的改进

图1.交通工具重量减轻（由数据2反映）

车体增重并不是汽车发展的倒退。持续增长的顾客需求和严格标准要求向重型车方向发展，因此人们开始认识到消除这不利因素的最便利方式是减少车辆数量但是要保持发动机性能不变，所以曲轴箱引起我们特别注意因为它占整个发动机重量的21%~25%。大部分柴油机曲轴箱点火上峰值压力可达到16兆帕，在这样的压力下能够引起相当高的部分载荷。减少油耗，排放可以有利于改进车子的性能，也有利于降低车子零部件的制造成本。这篇论文讲述的是关于减轻现代高性能发动机的构思。图2显示的是典型2升排量汽油机核心部分示意图。一个显著的部分是曲轴箱，因为它具有将汽油机重量减轻10%～12%的可能性的部件。

图2.发动机主要部分重量示意图

每种材料的使用情况都需要被改进，新的轻型材料的使用必须要从技术和经济性两个方面得以考虑。车体重量的减轻不仅仅局限于发动机的构思。

拥有大功率重量比和扭矩的发动机在减小发动机重量方面具有很大的可能性。对于现代柴油机能够达到最大功率强度所采用的直喷和废气涡轮增压技术是一项非常关键的技术。四气门技术应该被考虑到应用于缸径为75cm或更大直径的发动机上以便提高发动机功率重量比，但与此同时还得考虑到越来越严格的排放法规。图3表明在发动机生产周期是基于发动机结构的小改变来提高发动机的功率重量比来得以实现的。

通过诸如直喷和涡轮增压技术来进一步提高功率质量比和扭矩已经没有太大的空间了，因为有更严格的排放法规来限制。因此在将来从结构方面下手会使发动机获得更多的发展空间。应用轻型材料的设计理念于现代曲轴箱设计构思之中对于减轻车体重量是非常必要的。

图3.功率强度的提高

轻型材料的设计理念---不同单一或综合方案，它可以有效的应用于去减少典型车用发动机的重量。图4展示了四个有关轻型材料的设计方法。基本发动机构造，综合设计以及材料选择都是有很强的联系的因为它们与结构强度计算和有关声学方面有关联。

图4.重量减轻方案

对于曲轴箱设计存在一个非常突出的边界条件就是生产过程和功能要求。创新的设计方法对于使轻型材料的优点得以发挥起着极其重要的作用。因为更高的材料成本，简单材料去取代那些高成本轻型材料铁，轻型材料的联合使用以及发动机和零部件的创新设计方法导致发动机更轻，零部件更便宜（图5）。

图5.部件的优化和轻型材料的成本

利用特殊的轻型材料去寻求最优化设计的努力经常被限制，因为额外的要求总是被强加在发动机家庭化设计中。例如专业生产线需要考虑到各个方面如令人厌烦的空间，顶部高度等要有连贯性，然而提高现存发动机市场份额也是很容易的，如可以通过材料替代但

是要求被替代材料要具有机械制造性和装配过程连续性。完成一个重新设计仅需改变材料的性能。如图6所示。

图6.材料替代品CI→铝[3]

图7. AVL桁架系统构思的核心部位

图8.顶部板面设计

曲轴箱设计修正在机械制造过程中具有适应性，同时在新的曲轴箱设计中要求有更多的修改自由空间，有一个曲轴箱采用AVL桁架系统构思来进行制造的例子[4]。AVL桁架系统在采用硬结构构思方面具有非常大的重量减轻的可能性。其它优点就是在声学方面和曲轴箱通风系统的整体性以及连接水平通道的油道设计方面。

首先这种桁架构思是采用压缩铅粉铁（以下简写为CGI）来设计曲轴箱[5]但与此同时也证实这个设计是基于灰铸铁曲轴箱[6，7和8]。

CGI曲轴箱中有一种敏感性材料被用于汽车顶部板面设计中，在图8中得到说明。有优良的声学效果和有可能减小顶部板面重量的板面最厚处约为10～14mm是应力集中区。较小的应力集中区域的壁厚约为3.5mm。在尽可能情况下采用轻型材料来作为曲轴箱凸缘区域最优化设计与那些通过付出昂贵的代价使壁厚达到最小化设计相比前者显得更好。]

图9.曲轴箱材料和设计的影响

材料选用构思---图9表明曲轴箱可能使用的材料，设计理念以及所选材料对零部件重量影响的一个变化范围。