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.

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1 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

2 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

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

4 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）

5 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

6 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

7 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 dB。 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。

8 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

9 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。

10 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。

11 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%

12 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。

13 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

14 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。

15 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 ……

16 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

17 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

18 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

19 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。

20 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。

21 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。

22 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。