En tant que composant important du système moteur, la fonction principale du véhicule porte-filtre consiste à soutenir et à fixer l'élément filtrant pour garantir que l'élément filtrant maintient une position stable et un état de fonctionnement fiable pendant le fonctionnement du moteur. Bien que le porte-filtre ne soit pas de grande taille, sa conception structurelle et son poids ont un impact important sur les performances de l'ensemble du véhicule. Ces dernières années, avec les exigences mondiales de plus en plus strictes en matière d'efficacité énergétique et de protection de l'environnement, la conception légère des porte-filtres pour véhicules est devenue une tendance inévitable.
L’objectif principal de la conception légère est :
Améliorer l'efficacité énergétique : le porte-filtre léger peut réduire la masse totale du véhicule, réduire la charge sur le moteur, et ainsi améliorer l'économie de carburant et réduire les émissions de dioxyde de carbone.
Optimiser les performances dynamiques du véhicule : la réduction du poids de la carrosserie du véhicule peut améliorer l'accélération, les performances de freinage et la stabilité de la manipulation, en particulier lors de l'accélération, du freinage et de la conduite à grande vitesse, une conception légère peut améliorer considérablement la maniabilité du véhicule.
Réduire les vibrations du véhicule : réduire le poids du porte-filtre peut réduire la transmission des vibrations du moteur, réduire l'impact sur d'autres parties du véhicule et améliorer le confort de conduite.
La conception légère du porte-filtre n'est pas simplement obtenue en réduisant la quantité de matériau utilisé, mais nécessite une série de méthodes de conception d'optimisation pour garantir que la résistance, la rigidité et la stabilité du porte-filtre ne soient pas affectées. Voici quelques technologies de conception légère courantes :
(1) Optimisation de la sélection des matériaux
Le matériau est un facteur clé affectant la légèreté des supports d’éléments filtrants. Les supports d'éléments filtrants traditionnels utilisent souvent des matériaux métalliques à haute densité tels que l'acier ou la fonte. Bien que ces matériaux aient une résistance et une durabilité élevées, leur densité élevée rend le support de l'élément filtrant lourd. Avec le développement de matériaux légers et à haute résistance, la conception des supports d'éléments filtrants modernes a progressivement eu tendance à utiliser les matériaux suivants pour atteindre l'objectif d'allégement :
Alliage d'aluminium : l'alliage d'aluminium a une résistance élevée et une faible densité, est environ un tiers plus léger que l'acier, a une bonne résistance à la corrosion et convient à une utilisation dans des environnements à haute température et à charge élevée. L'alliage d'aluminium peut non seulement réduire efficacement le poids du support de l'élément filtrant, mais également assurer sa stabilité à long terme dans l'environnement à haute température et vibration du moteur. En raison des bonnes performances de traitement de l’alliage d’aluminium, il est souvent utilisé dans la production à grande échelle de supports d’éléments filtrants.
Alliage de magnésium : L’alliage de magnésium a une densité inférieure à celle de l’alliage d’aluminium et est l’un des matériaux structurels les plus légers connus à ce jour. Bien que l'alliage de magnésium ne soit pas aussi résistant que l'alliage d'aluminium, il peut réduire efficacement le poids du support d'élément filtrant dans certaines conceptions qui ne supportent pas de charges excessives, et sa résistance aux températures élevées et à la corrosion ont été progressivement améliorées, et il a progressivement été utilisé dans l'industrie automobile.
Matériaux composites : Les plastiques et les matériaux composites en fibre de carbone sont également des matériaux importants pour une conception légère. Les plastiques et les matériaux composites à haute résistance sont plus légers que les matériaux métalliques et peuvent offrir une bonne résistance à la corrosion et à la fatigue. Surtout dans les scénarios d'application avec de faibles exigences de résistance, les matériaux composites peuvent réduire efficacement le poids du support de l'élément filtrant.
Plastiques à haute résistance : tels que le nylon renforcé, le polyester, etc., ont une bonne résistance et ténacité et peuvent répondre efficacement aux exigences de conception du support d'élément filtrant. Avec les progrès de la technologie de fabrication, les performances des plastiques modernes à haute résistance se rapprochent de plus en plus de celles des métaux et peuvent offrir une plus grande flexibilité de traitement et des coûts de production inférieurs.
(2) Conception d'optimisation structurelle
Outre le choix des matériaux, la conception structurelle du support de l'élément filtrant est également la clé de la légèreté. En optimisant la conception structurelle, l'utilisation inutile de matériaux peut être réduite tout en conservant la résistance et la rigidité du support. Les méthodes courantes d’optimisation structurelle comprennent :
Conception de structure creuse : La structure creuse est une méthode courante de conception légère. En concevant une cavité à l'intérieur du support de l'élément filtrant, non seulement l'utilisation de matériaux peut être réduite, mais également le poids total. La structure creuse peut réduire efficacement le poids du support sans sacrifier sa résistance et sa rigidité, et convient à la conception de supports d'éléments filtrants qui nécessitent une capacité de charge plus élevée. La conception creuse subit généralement une analyse mécanique précise pour garantir que la résistance du support ne sera pas grandement affectée tout en réduisant le poids.
Conception des nervures : la conception des nervures ou des nervures peut améliorer efficacement la rigidité et la résistance du support de l'élément filtrant et empêcher le support de se déformer sous une charge et des vibrations élevées. La conception des nervures adopte généralement une forme géométrique raisonnable pour concentrer le matériau dans la zone qui doit résister à des contraintes plus importantes, réduisant ainsi l'utilisation de matériaux tout en garantissant la résistance du support.
Conception de la structure de grille : la structure de grille est utilisée pour diviser la structure du support en plusieurs petites unités. En concevant raisonnablement la forme et l'épaisseur de chaque petite unité, la répartition des matériaux peut être optimisée pour atteindre l'objectif de réduction de poids. Cette conception structurelle est généralement combinée à des technologies d'ingénierie modernes telles que l'analyse par éléments finis (FEA) pour garantir que l'utilisation des matériaux dans chaque unité est équilibrée de manière optimale.
Conception intégrée : les supports d’éléments filtrants traditionnels nécessitent souvent l’assemblage de plusieurs pièces. Grâce à une conception intégrée, les fonctions de plusieurs pièces peuvent être combinées dans une structure globale, réduisant ainsi le nombre de pièces et la complexité de connexion et d'assemblage. La conception intégrée réduit non seulement le poids, mais améliore également l'efficacité de la production et peut réduire la friction de contact entre les pièces et réduire l'apparition de pannes.
Méthode de connexion optimisée : la partie de connexion du support de l'élément filtrant est une partie importante de la conception structurelle. En optimisant la méthode de connexion, telle que le soudage, le rivetage ou les dispositifs de connexion rapide, la complexité et le nombre de pièces du support peuvent être réduits. De plus, l'utilisation de connecteurs légers ou de composants de connexion intégrés peut réduire efficacement le poids total.
