热量管理和车身底部系统

作者：立达汽车系统 瞿蕴洁 译

欢迎访问e展厅 展厅 4 汽车与公路设备展厅 乘用车/客车, 电动/混合动力汽车, 卡车/货车, 专用车, 交通安全设备, ... 早在20世纪80年代，隔热板就被用于屏蔽高温源，尤其是汽车排气系统的蒸气增压器和催化转化器等零件散发出来的热量。热量的调节具有局部的特征，这使得热量单独地聚集于发动机舱和车身底部的单个零部件上，而这里恰好是受热最严重的部位。车辆的优化使得排气系统与车身结构之间的距离进一步缩短，隔热板的绝热作用就显得更为重要了。新型隔热板是车身底部整体解决方案的一部分，它不仅仅考虑单一的热传递问题，而且是采用整体方案综合考虑问题的所有方面。例如，在“车身底部”整体系统内，除热辐射和热传导外，热对流的作用也突显出来。新型隔热板在设计上就考虑了热对流的需要。 出于声学和空气动力学的考虑，发动机舱引入了下护罩，空气通道随之改变，传统的隔热板设计也必须随之改变。在现今的汽车设计中，尤其是高档汽车，发动机舱的大部分部位被包覆起来，热量的聚集增加了对隔热的需求，隔热的整体概念也随之改变。 所以，如今的隔热板被运用于车身底部整个排气系统区域。绝大部分隔热板具有多功能的特性。它们满足车辆对于空气动力学和声学的需要，同时起到机械保护作用。有些隔热板还被集成到塑料零部件中，将来还会融入车身底部的整体设计，得到更广泛的运用。 隔热板的功能 隔热板的首要特性是对热的强反射性，即将红外线辐射尽可能地反射出去。强的侧向导热性可以使热转移到隔热板的边缘，并以合适的温度释放到环境中去。强的垂直隔热性可以减少热传递到车身结构。隔热板的背面也具有强反射性，即低发射率，以尽可能地减少热量辐射到车身结构上。隔热板结构的另一个特性是，尽可能地利用周边空气的对流来降低隔热板的温度。 在汽车工业里，隔热板被用于保护汽车的热敏感零件不过度受热。这些热敏感零件包括电子零部件、燃油输送管、油箱、制动管路、降噪防振阻尼垫、变速器、前围板/车身底部/行李箱区域的底座、阻尼和地毯。换句话说，在一辆现代的汽车上，隔热板必须应用于从发动机舱延伸到行李箱的所有区域。由于这些区域的热量等级不同，隔热板的设计也各有不同。 隔热板的构造 因功能和构造空间的不同，汽车每个部位隔热板的设计也不尽相同。最基本的构造有单层和双层结构。单层隔热板由单层支承板组成，如果需要，还可以加入一层粘附在密封箔上的绝热材料。 双层隔热板由支承板和面板组成。面板可以用于粘附绝热材料，并增加零件的硬度。单层隔热板分为卷边和非卷边。卷边隔热板通过加固外缘轮廓，可以防止意外割伤。 从构造上看，双层隔热板都是卷边的，用于连结支承板和面板，如果有绝热材料的话，还可以起到固定绝热材料的作用。卷边不可以覆盖所有的边缘，从几何学的角度来看，这会给某些特定部位的加工带来问题。 从以上设计来看，隔热板可以分为以下三种基本类型：1.不带绝热材料的隔热板。最简单的隔热板是不带绝热材料的隔热板。单层隔热板由一层支承板组成，双层隔热板由一层支承板和一层面板组成。隔热板和热源之间的空气起到隔热的作用。对于双层隔热板，两层面板之间的空气也同样起到隔热作用。 2.带绝热材料的隔热板。带绝热材料的隔热板的设计和双层隔热板的设计相同。绝热材料的位置由绝热材料床来固定。绝热材料床的深度依据所使用的绝热材料和对温度及声学的要求决定，一般在4~10mm。因此，整个零件的厚度便变为：单层隔热板6~12mm，双层隔热板8~15mm。 3.降噪隔热板。降噪隔热板采用特殊的支承板设计和添加膜片，除隔热以外还有吸收噪音的功能。其设计与带绝热材料的隔热板相似，但加入了膜片，且支承板有25％的面积打孔。声波经由孔洞进入隔热板，穿过膜片，进入隔热板内部，然后在这里被吸收。降噪隔热板主要用于发动机舱壁和管道区域，用于减少发动机、齿轮和传动装置发出的噪音。 隔热板材料 生产金属隔热板的主要原材料是铝99.5或者各类铝合金，它被用于支承板和面板的生产，同时也用于绝热材料的生产，这使得产品具有极好的再生性。在特殊情况下，如果铝 99.5不适用，可以采用其他原材料，如用镀铝钢板或锻铝钢板来生产支承板，用玻璃纤维、毛毡、特殊的塑料和有机泡沫来生产隔热和噪音的绝热材料，但是选择这些原料不利于零件的循环使用。 除了上述金属材料隔热板外，复合隔热板正越来越多地应用在汽车行业。20世纪80年代中期，立达汽车系统开发了最早期的复合隔热板。当时复合隔热板采用了非常特殊的原材料，仅被用于生产量极少的汽车，特别是涡轮发动机的汽车，以隔绝极高的温度。其原材料非常符合绝热的需要：结构型玻璃纤维垫，填充以高浓度的液态酚醛树脂。但由于生产工艺复杂，生产成本高，所以产品价格也高居不下。此外，产品重量在3kg/m2以上，安装时需要非常坚固的紧固设备，如直接安装在发动机零件上时需要金属托架，或坚固的螺丝和高紧固力矩。还有一些稍轻的隔热板被用于发动机舱内，如探头和交流发电机处的小面积热保护。因此，在复合隔热板面世的初级并未实现大批量生产规模。 此类解决方案在其概念阶段的头3到5年内，全球效率(机械和隔热)掩盖了其经济学和人类工程学上的不足。但人们为降低成本，仍不断在寻求更轻、更简易的复合方案。20世纪90年代初，出现了绝热功能和机械阻力相结合的多孔纤维复合材料，正好顺应了客户对于简化产品，特别是简化装配和固定的需求。在此过程中，人们还得出了一个经验法则：即隔热板必须安置在靠近需要保护的零件附近，而不是热源附近，其距离比例为1/3~2/3。总体而言，产品和安装都得以简化，生产成本降低。 1992年至21世纪初实现了混合纤维复合隔热板的大批量生产。汽车生产商们关注的是复合材料对油箱和前舱前围板的热保护，并且随着发动机盖下面空间的减少，纤维复合材料对发动机舱小零件的热保护。 复合隔热板性能。复合隔热板结合了表面铝板的反射性(干净的铝表面具有所有材料中最低的发射率)和复合材料的良好绝热性。 铝还具有良好的热传导性，能够降低大面积铝板的温度峰值。这些良好的特性使得复合隔热板可以被用于600℃以上的高温源的热保护。然而，复合隔热板的热耐受性有限。(复合隔热板由表面的铝板和包裹在内的复合材料组成) 其有限性可以用“有限使用温度”的概念来表示。根据有限使用温度和热耐受性，复合隔热板被分为不同家族，以适应不同产品的需求。 置于发动机舱内的复合隔热板由于经常受振动/交替振动的影响，其机械特性需要得到准确的验证。重量和厚度是保证良好机械性能的关键。复合隔热板和铝隔热板(单层或带绝热材料)的性能孰优孰劣要视振动情况、隔热要求和成本而定。 复合隔热板的应用。复合隔热板被用于发动机舱(涡轮增压器、交流发电机、隔断墙、排气歧管、排气管和尾气净化器)和车身底部特殊部位(如钢车身或油箱)的热保护。其应用上的主要困难在于当复合隔热板被要求直接装配在热源上时(不是不可能的)，需要特殊的界面，如硅胶零件或陶瓷界面。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (12/6/2007)