现代汽车发动机制造工艺的发展动向

张锐凤 张诚

摘要：本文探讨了传统汽车发动机制造工艺的组成、工作原理以及存在的问题和局限性。同时，重点介绍了现代汽车发动机制造工艺的创新与发展，包括先进材料的应用、先进制造技术的应用、先进加工工艺的应用以及先进测试与检测技术的应用。最后，分析了现代汽车发动机制造工艺的优势和挑战，以期为现代汽车发动机制造工艺的发展提供参考和指导。

关键词：汽车发动机；制造工艺；发展动向

中图分类号：U466 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2023.05.004

0 引言

随着现代社会的进步，汽车已经深深地融入了人们的日常生活，成为一种不可或缺的交通工具。发动机作为汽车的核心部件，对汽车性能和可靠性起着至关重要的作用。这种重要性主要体现在它对汽车加速能力、燃油经济性以及排放水平等方面的影响。因此，汽车发动机制造工艺的发展对于提升汽车性能、降低燃油消耗和减少环境污染具有重要意义。

1 传统汽车发动机制造工艺

1.1 组成和工作原理

传统汽车发动机由多个部件组成，包括气缸、活塞、曲轴、连杆和气门等。其工作原理是，通过燃烧混合气体产生的爆炸力推动活塞运动，进而带动曲轴旋转，最终将化学能转化为机械能，驱动汽车运行。

1.2 特点和流程

传统汽车发动机制造工艺的特点是工艺流程相对简单，主要包括铸造、加工和装配等环节。具体流程包括铸造发动机壳体、加工气缸孔和曲轴孔、制造活塞和连杆、安装气门和气门座等。整個制造过程需要严格控制尺寸精度和表面质量，以确保发动机的正常运行。

1.3 存在的问题和局限性

首先，传统工艺对材料的要求较高，需要使用高强度、高温抗氧化的材料，增加了制造成本；其次，传统工艺对工人的技术要求较高，需要熟练的操作和精确的测量，增加了制造难度。此外，传统工艺在能源利用效率和环境污染方面存在一定的局限性，无法满足现代社会对节能环保的要求[1]。

2 现代汽车发动机制造工艺的创新与发展

2.1 先进材料的应用

⑴轻量化材料的使用。

轻量化材料的应用可以减少发动机的重量，从而降低车辆的整体重量，这有助于提高燃油经济性和减少尾气排放。目前一种常见的轻量化材料是铝合金。铝合金具有较低的密度和良好的强度，可以替代传统的铸铁材料，实现发动机的轻量化。

此外，铝合金还具有良好的导热性能，有助于提高发动机的散热效果，进而提高发动机的工作效率；另一种轻量化材料是复合材料。复合材料由2 种或多种不同性质的材料组合而成，具有较高的强度和较低的密度。在发动机制造中，复合材料可以用于制造发动机的外壳、进气道和排气管等部件，从而实现发动机的整体轻量化。

⑵高温合金的应用。

高温合金是一种能够在高温环境下保持较高强度和耐蚀性的材料，通常由镍、铬、钼等金属元素组成。它具有良好的耐高温性能，因此在发动机制造中，高温合金可以用于制造涡轮叶片、燃烧室和排气阀等部件，以提高发动机的工作效率和延长其使用寿命。

2.2 先进制造技术的应用

⑴数字化设计和仿真技术。

通过使用计算机辅助设计（CAD） 软件和计算机辅助工程（CAE） 软件，工程师可以在虚拟环境中进行发动机设计和仿真。这一技术可以大大缩短设计周期，降低开发成本，同时提高发动机的性能和可靠性。数字化设计技术可以协助工程师迅速创建发动机三维模型，并进行各种设计优化。通过仿真分析发动机的流体力学、热力学和结构力学等方面，工程师可以预测发动机在不同工况下的性能表现，并实施相应的优化设计。这一技术有助于工程师更好地理解发动机的工作原理和性能特点，从而提高发动机的效率和可靠性[2]。

⑵三维打印技术在发动机制造中的应用。

三维打印技术是一种快速制造技术，能够将数字模型直接转化为实体物体。在发动机制造中，三维打印技术可以用于制造复杂形状的零部件，如涡轮叶片、燃烧室等。相比传统的制造方法，三维打印技术可以减少零部件的制造工序和材料浪费，提高制造效率和产品质量。此外，三维打印技术还支持个性化定制和快速修复。通过根据用户需求进行定制化设计，我们可以生产出符合用户特定需求的发动机零部件。同时，当发动机零部件损坏或老化时，可以使用三维打印技术进行快速修复，以减少停机时间和维修成本。

2.3 先进加工工艺的应用

⑴激光加工技术。

激光加工技术可以通过激光束的热作用来实现对材料的切割、焊接和打孔等加工操作。在发动机制造中，激光加工技术被广泛应用于制造发动机的缸体、缸盖和曲轴等关键零部件。激光切割技术能够实现发动机缸体和缸盖的精确切割，确保其尺寸和形状的精度。激光焊接技术可以用于发动机的焊接工艺，提高焊接接头的强度和密封性。激光打孔技术可以用于发动机喷油孔和冷却孔的加工，确保燃油和冷却液的精确喷射和循环。激光加工技术的应用可以大大提高发动机的制造精度和质量，同时减少材料浪费和能源消耗。此外，激光加工技术还可以实现对复杂形状的加工，提高发动机的设计自由度和性能优化。

⑵精密加工技术。

精密加工技术可以用于发动机的铣削、车削和磨削等加工过程，实现对发动机零部件的高精度加工，确保其尺寸和形状的精确度。通过精密加工技术，可以高精度地车削和磨削发动机曲轴，提高其平衡性和运转平稳性。同时，精密加工技术还可以实现对发动机缸体和缸盖的精密铣削，提高其表面质量和密封性。精密加工技术的应用可以提高发动机的制造精度和质量，减少材料浪费和能源消耗。同时，精密加工技术还可以提高发动机的工作效率和可靠性，延长发动机的使用寿命。

2.4 先进测试与检测技术的应用

⑴非接触式测量技术。

非接触式测量技术是一项重要的创新，它利用光学、激光或电磁波等非接触式传感器，实现对发动机各个部件的精确测量。非接触式测量技术的应用可以大大提高测试与检测的效率和准确性，避免了传统接触式测量方法可能造成的误差和对被测物体的损伤。例如，在发动机气缸内壁的测量中，传统的接触式测量方法需要使用测量探头直接接触气缸内壁，这容易造成划伤和磨损。而非接触式测量技术可以使用激光干涉仪或光学传感器等设备，通过测量光的干涉或反射来获取气缸内壁的精确尺寸，从而避免了这些问题[3]。

⑵智能化检测设备的应用。

智能化检测设备通过集成传感器、数据处理和分析系统，实现对发动机制造过程中各个环节的自动化检测和监控。这种设备可以实时监测发动机制造过程中的各项参数，如温度、压力和振动等，以及各个部件的尺寸和形状。通过对这些数据的实时监测和数据分析，智能化检测设备能够及时发现制造过程中的问题和缺陷，并提供相应的调整和改进建议。例如，在发动机装配过程中，智能化检测设备可以通过传感器实时监测各个部件的装配质量和位置，以及紧固件的緊固力度。如果发现有部件装配不准确或紧固力度不足的情况，智能化检测设备可以及时发出警报，并提供相应的调整建议，以确保发动机的质量和性能。

3 现代汽车发动机制造工艺的优势和挑战

3.1 优势

⑴提高燃烧效率和动力输出。

现代汽车发动机采用了先进的燃烧技术，如直喷、涡轮增压和可变气门正时等，能够更有效地将燃料转化为动力输出。这些技术可以提高发动机的热效率，减少能量损失，并提供更高的功率和转矩输出。

⑵减少排放和能源消耗。

现代汽车发动机采用了先进的排放控制技术，如三元催化器、颗粒捕集器和氮氧化物减排系统等，能够有效地减少尾气排放物的排放。同时，通过采用轻量化材料和优化设计，现代发动机可以降低整车的重量，从而减少能源消耗[4]。

3.2 挑战

⑴先进材料和制造技术的成本。

现代汽车发动机需要使用先进的材料，如高强度钢、铝合金和复合材料等，以提高发动机的性能和可靠性。然而，这些材料的成本较高，对制造商来说是一个挑战。此外，制造这些材料所需的先进制造技术也需要投入大量的研发和设备投资。

⑵制造工艺的复杂性和可靠性问题。

现代汽车发动机的制造工艺变得越来越复杂，需要高精度的加工和装配过程。这对制造商来说是一个挑战，因为任何一个环节的失误都可能导致发动机的性能下降或故障。因此，制造商需要不断改进工艺流程，提高生产线的自动化程度，以确保发动机的质量和可靠性。

4 结束语

总的来说，随着科技的不断进步和汽车工业的发展，现代汽车发动机制造工艺正朝着更加先进和高效的方向发展。先进材料的应用使发动机更加轻量化，提高了燃烧效率和动力输出，同时减少了排放和能源消耗。先进制造技术的应用，如数字化设计和仿真技术、三维打印技术等，使发动机的制造更加精确和高效。先进加工工艺和测试与检测技术的应用进一步提高了发动机的质量和可靠性。然而，现代汽车发动机制造工艺也面临着一些挑战，如先进材料和制造技术的成本问题，以及制造工艺的复杂性和可靠性问题。因此，我们需要不断研究和创新，以克服这些挑战，推动现代汽车发动机制造工艺的进一步发展。

参考文献

[1] 韩高伟.汽车发动机整体式、组合式凸轮轴的制造工艺分析[J].汽车

博览，2021：2（11-12）.

[2] 魏奇锋.某汽车发动机制造工厂绿色发展示范案例[J].建设科

技，2021：4.

[3] 韩洪涛，姜立岩.汽车发动机曲轴制造中的机械加工技术[J].内燃机

与配件，2021：2.

[4] 李芳婷.机械加工技术在汽车发动机曲轴制造中的应用[J].内燃机与

配件，2021：2.

（责任编辑：王作函）