汽车发动机及周边轻量化材料的应用探讨 中国第一汽车股份有限公司 技术中心 朱熠 2014.8.21

汽车发展需求 1 轻量化零部件的应用与开发 2 零部件企业能力建设的建议 3

技术中心非金属研究室 设计会签 技术研发 标准制定 应用研究 试验研究 产品检测 质量改进 设备开发 行业活动 轻量化技术 节能、高效制造技术 减少有害物质(SOC) 环保材料的开发应用 回收再利用技术 NVH技术 功能件可靠性技术 新材料开发应用 降低成本

轻量化——设计、制造、材料技术的集成 结构优化 功能配置优化 材料技术 主要途径： 优化设计——结构、配置、材料 提升结构强度（集成化、中空化……） 轻质材料（铝镁钛、高强度钢、高性能工程塑料和复合材料）

一、汽车发展需求 总体设计要求 环保法规 可靠性 整车设计 高寿命 成本 环境适应性 轻量化

欧盟ELV指令：End- of -Life Vehicles 指令号：2000/53/EC 中国ELV 《汽车产品回收利用技术政策》 ——主要参照欧盟法规

二、轻量化零部件的应用与开发 1、发动机油底壳的轻量化应用 1）实现降重50% －－6DL发动机油底壳钣金冲压件重13kg，SMC油底壳6.25kg，尼龙油底壳重5.75kg。 2）实现整车通过噪声降低0.4-0.5dB。 3）提高生产效率：压制一个SMC油底壳产品只需8min，注塑尼龙油底壳6min 。 4）改进密封性—终身无需更换。

2、气门室（发动机）罩盖的轻量化应用 材料：尼龙、SMC、TMC、RTM… 耐老化 热膨胀低 耐油性 强度 焊接性能 尺寸稳定性

3、中冷器管路的轻量化应用 材料：尼龙、热塑性聚酯弹性体 工艺：热端：注塑、吹塑；冷端：吹塑 目标：达到降成本20-30%，降重30-50%，回收利用。

4、卡车进气风道 采用热塑性弹性体材料，代替橡胶材料，原材料成本有所提高。但材料密度小，产品壁厚小，大幅降重的基础上，产品成本下降。 波纹管降成本11%，降重30%以上。 空滤器管降成本31%，降重60%以上。 波纹管采用橡胶材料模压制造时，由于经常出现变形塌陷等问题，采用塑料夹片进行内部支撑，又用塑料环支持装配口。 塑料夹片和塑料环的装配非常困难，每个零件用熟练工人装配也需要2分钟以上，没有经过特殊训练的工人根本安装不上。 采用TPE材料生产的连接软管总成-空滤器产品无需塑料夹片和塑料环支撑，减少了装配环节和人工，缩短了生产周期，提高了生产效率。相应的生产成本得以降低5%左右。 材料可以直接回收利用。

5、发动机中冷器塑料化的应用 用耐高温热塑性工程塑料制造发动机中冷器气室、弯管等，替代铸铝件。 目标：实现降低重量20%～40%

6、塑料油箱应用 采用LLDPE(LMDPE)材料，通过滚塑或吹塑成型工艺制造汽车柴油箱。 降低重量50％左右，材料可回收再利用。

7、塑料接头在燃油管路、气制动管路上的应用 密封试验 压力试验 震动试验 拉伸试验 低温试验 反复装配试验 耐油试验 加载试验 耐潮湿试验 耐光老化性 耐氯化锌试验 耐甲醛试验 冲击试验 回转扭矩测试 插入力测试 耐热稳定性

8、油门踏板 措施：采用PP6+GF30、LFT(PP+GF40)等材料替代金属材料 采用塑料替代钢板材料，单一对踏板而言可降重50%以上。

9、进气歧管 材料：采用高性能尼龙、 LFT-PP-GF40材料代替铝合金 引入新鲜空气燃烧（气体流量、形态） 噪音 强度 油耗 排放 怠速稳定性 ……

10、 发动机悬置骨架塑料化 强度！！！ 高强度尼龙 高强度GMT 高强度SMC

11、重型车风扇护风罩的开发 特殊性：φ600～φ800 材料：PP-TD30、LFT (PP-GF20) 尺寸稳定性 平面度 模具和冷却设计 材料强度和流动性

12、水泵叶轮 传统材料：PPS、PPA 代替材料：LFT(PP-GF20) 尺寸稳定性 平面度 材料强度和流动性 成本降低、降重

SIEMENS VDO：7速ＡＴモジュール　（2003年東京モーターショー出展） 材料设计理念 汽车是设计出来的！ 优化设计是汽车新技术应用的基础！ 更改——会造成大量浪费，有时无法实现目标！ 一切新材料、新工艺、新产品的应用都应从设计开始！ 材料设计师应在汽车定义和造型时参与整个开发过程！ 一例として2003年ﾓｰﾀｰｼｮｰよりｼｰﾒﾝｽのATﾓｼﾞｭｰﾙをご紹介いたします。 7速AT用機電一体ﾓｼﾞｭｰﾙ。M-ﾍﾞﾝﾂに搭載。ﾏｲﾊﾞｯﾊの可能性あり。 ECU,ATｿﾚﾉｲﾄﾞ、ｾﾝｻｰが樹脂ﾍﾞｰｽで一体化。AT内部に内蔵され、ATﾕﾆｯﾄが一つのﾓｼﾞｭｰﾙを形成。 発泡ﾌﾟﾗｽﾁｯｸﾌﾛｰﾄを使用し、油流量を調整。シール性の工夫をしているとの事。回路体にFPCを使用。ﾊﾞｽﾊﾞｰｲﾝｻｰﾄのみで回路を構成すると、重量が増加しくなり、振動に弱くなる。FPCで軽量化することで、耐振動性を向上できる。ﾌﾛｰﾄ、ﾎﾟｼﾞｿﾝｾﾝｻｰ、ﾎｰﾙｾﾝｻｰ、FPCをｲﾝｻｰﾄ成形。

材料通用化设计 全PP车门内饰板和仪表板已经开发出来，结构包括PP内衬板、PP泡沫衬垫层和PP/EPDM表皮，并且与扶手采用一体化成型。 SIEMENS VDO：7速ＡＴモジュール　（2003年東京モーターショー出展） 全PP车门内饰板和仪表板已经开发出来，结构包括PP内衬板、PP泡沫衬垫层和PP/EPDM表皮，并且与扶手采用一体化成型。 克莱斯勒在Neon车内饰全部采用聚烯烃材料。 汽车外饰采用PET 制成的6个部分组成（正常80个零件），不用油漆，造价是传统车型的一半。 奔驰卡车驾驶室采用6个复合材料模块组成。 减少材料品种， 产品平台标准化、通用化。 一例として2003年ﾓｰﾀｰｼｮｰよりｼｰﾒﾝｽのATﾓｼﾞｭｰﾙをご紹介いたします。 7速AT用機電一体ﾓｼﾞｭｰﾙ。M-ﾍﾞﾝﾂに搭載。ﾏｲﾊﾞｯﾊの可能性あり。 ECU,ATｿﾚﾉｲﾄﾞ、ｾﾝｻｰが樹脂ﾍﾞｰｽで一体化。AT内部に内蔵され、ATﾕﾆｯﾄが一つのﾓｼﾞｭｰﾙを形成。 発泡ﾌﾟﾗｽﾁｯｸﾌﾛｰﾄを使用し、油流量を調整。シール性の工夫をしているとの事。回路体にFPCを使用。ﾊﾞｽﾊﾞｰｲﾝｻｰﾄのみで回路を構成すると、重量が増加しくなり、振動に弱くなる。FPCで軽量化することで、耐振動性を向上できる。ﾌﾛｰﾄ、ﾎﾟｼﾞｿﾝｾﾝｻｰ、ﾎｰﾙｾﾝｻｰ、FPCをｲﾝｻｰﾄ成形。

材料回收利用 回收途径：颗粒回收，重新碾磨；化学回收，高温分解；能源回收，作为燃料。 SIEMENS VDO：7速ＡＴモジュール　（2003年東京モーターショー出展） 回收途径：颗粒回收，重新碾磨；化学回收，高温分解；能源回收，作为燃料。   德国回收率已高达87％。 日本计 划到2010年在全国建立150个废塑料发电设备。 国内材料回收利用机制不完善、法规不健全，设计时必须考虑尽量采用能颗粒回收的材料。如热塑性塑料代替热固性塑料、热塑性弹性体代替橡胶等。 总成结构的易拆卸性。 清晰的标识。 一例として2003年ﾓｰﾀｰｼｮｰよりｼｰﾒﾝｽのATﾓｼﾞｭｰﾙをご紹介いたします。 7速AT用機電一体ﾓｼﾞｭｰﾙ。M-ﾍﾞﾝﾂに搭載。ﾏｲﾊﾞｯﾊの可能性あり。 ECU,ATｿﾚﾉｲﾄﾞ、ｾﾝｻｰが樹脂ﾍﾞｰｽで一体化。AT内部に内蔵され、ATﾕﾆｯﾄが一つのﾓｼﾞｭｰﾙを形成。 発泡ﾌﾟﾗｽﾁｯｸﾌﾛｰﾄを使用し、油流量を調整。シール性の工夫をしているとの事。回路体にFPCを使用。ﾊﾞｽﾊﾞｰｲﾝｻｰﾄのみで回路を構成すると、重量が増加しくなり、振動に弱くなる。FPCで軽量化することで、耐振動性を向上できる。ﾌﾛｰﾄ、ﾎﾟｼﾞｿﾝｾﾝｻｰ、ﾎｰﾙｾﾝｻｰ、FPCをｲﾝｻｰﾄ成形。

试验研究技术 材料耐候性和耐长期老化性快速试验方法研究 。 零部件疲劳耐久性试验方法和设备的研究。 SIEMENS VDO：7速ＡＴモジュール　（2003年東京モーターショー出展） 材料耐候性和耐长期老化性快速试验方法研究 。 零部件疲劳耐久性试验方法和设备的研究。 建立材料性能、生产工艺与零部件性能之间关系的预测模型。 建立复合材料纤维及树脂性能、纤维排布及工艺参数与材料和制品性能关系的预测模型。 建立各种纤维增强材料性能数据库。 行业的联合与合作。 一例として2003年ﾓｰﾀｰｼｮｰよりｼｰﾒﾝｽのATﾓｼﾞｭｰﾙをご紹介いたします。 7速AT用機電一体ﾓｼﾞｭｰﾙ。M-ﾍﾞﾝﾂに搭載。ﾏｲﾊﾞｯﾊの可能性あり。 ECU,ATｿﾚﾉｲﾄﾞ、ｾﾝｻｰが樹脂ﾍﾞｰｽで一体化。AT内部に内蔵され、ATﾕﾆｯﾄが一つのﾓｼﾞｭｰﾙを形成。 発泡ﾌﾟﾗｽﾁｯｸﾌﾛｰﾄを使用し、油流量を調整。シール性の工夫をしているとの事。回路体にFPCを使用。ﾊﾞｽﾊﾞｰｲﾝｻｰﾄのみで回路を構成すると、重量が増加しくなり、振動に弱くなる。FPCで軽量化することで、耐振動性を向上できる。ﾌﾛｰﾄ、ﾎﾟｼﾞｿﾝｾﾝｻｰ、ﾎｰﾙｾﾝｻｰ、FPCをｲﾝｻｰﾄ成形。