엔진 시스템의 중요한 구성 요소로 차량의 주요 기능 필터 홀더 필터 요소가 엔진 작동 중에 안정적인 위치와 안정적인 작동 상태를 유지하도록 필터 요소를 지지하고 고정하는 것입니다. 필터홀더의 크기는 크지 않지만 구조적 설계와 무게는 차량 전체의 성능에 중요한 영향을 미칩니다. 최근 몇 년 동안 연비 및 환경 보호에 대한 글로벌 요구 사항이 점점 더 엄격해짐에 따라 차량 필터 홀더의 경량 설계가 불가피한 추세가 되었습니다.
경량 설계의 핵심 목적은 다음과 같습니다.
연비 향상: 경량 필터 홀더는 차량 전체 질량을 줄이고 엔진에 대한 부담을 줄여 연비를 향상시키고 이산화탄소 배출을 줄일 수 있습니다.
차량 동적 성능 최적화: 차체 무게를 줄이면 가속, 제동 성능 및 핸들링 안정성이 향상될 수 있으며, 특히 가속, 제동 및 고속 주행 시 경량 설계로 차량의 핸들링이 크게 향상됩니다.
차량 진동 감소: 필터 홀더의 무게를 줄이면 엔진 진동 전달을 줄이고 차량의 다른 부분에 미치는 영향을 줄이며 운전 편의성을 향상시킬 수 있습니다.
필터 홀더의 경량화 설계는 단순히 사용되는 재료의 양을 줄이는 것으로 달성되는 것이 아니라 홀더의 강도, 강성 및 안정성이 영향을 받지 않도록 일련의 최적화 설계 방법이 필요합니다. 다음은 몇 가지 일반적인 경량 설계 기술입니다.
(1) 소재 선택 최적화
소재는 필터엘리먼트 브라켓의 경량화에 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 기존 필터 요소 브래킷은 강철이나 주철과 같은 고밀도 금속 재료를 사용하는 경우가 많습니다. 이러한 소재는 강도와 내구성이 높지만 밀도가 높으면 필터 엘리먼트 브래킷이 무거워집니다. 경량 및 고강도 소재의 개발로 인해 현대 필터 요소 브래킷의 디자인은 경량화 목표를 달성하기 위해 점차 다음 소재를 사용하는 경향이 있습니다.
알루미늄 합금 : 알루미늄 합금은 강도가 높고 밀도가 낮으며 강철보다 약 1/3 가볍고 내식성이 우수하며 고온 및 고하중 환경에 사용하기에 적합합니다. 알루미늄 합금은 필터 요소 브래킷의 무게를 효과적으로 줄일 수 있을 뿐만 아니라 엔진의 고온 및 진동 환경에서 장기적인 안정성을 보장합니다. 알루미늄 합금의 우수한 가공 성능으로 인해 필터 요소 브래킷의 대규모 생산에 자주 사용됩니다.
마그네슘 합금: 마그네슘 합금은 알루미늄 합금보다 밀도가 낮으며 현재까지 알려진 가장 가벼운 구조 재료 중 하나입니다. 마그네슘 합금은 알루미늄 합금만큼 강하지는 않지만 과도한 하중을 견디지 않는 일부 설계에서 필터 요소 브래킷의 무게를 효과적으로 줄일 수 있으며 고온 저항 및 내식성이 점차 향상되어 점차 자동차 산업에서 사용됩니다.
복합재료: 플라스틱과 탄소섬유 복합재료 역시 경량화 설계를 위한 중요한 소재입니다. 고강도 플라스틱 및 복합 재료는 금속 재료보다 가볍고 내식성과 피로 저항성이 우수합니다. 특히 강도 요구 사항이 낮은 적용 시나리오에서 복합 재료는 필터 요소 브래킷의 무게를 효과적으로 줄일 수 있습니다.
고강도 플라스틱: 강화 나일론, 폴리에스테르 등과 같은 강도와 인성이 우수하며 필터 요소 브래킷의 설계 요구 사항을 효과적으로 충족할 수 있습니다. 제조 기술이 발전함에 따라 현대 고강도 플라스틱의 성능은 점점 더 금속에 가까워지고 있으며 가공 유연성이 높아지고 생산 비용이 낮아집니다.
(2) 구조적 최적화 설계
경량화를 위해서는 재질 선택과 더불어 필터 엘리먼트 브라켓의 구조적 설계도 핵심입니다. 구조 설계를 최적화하여 브라켓의 강도와 강성을 유지하면서 불필요한 자재 사용을 줄일 수 있습니다. 일반적인 구조 최적화 방법은 다음과 같습니다.
중공 구조 설계: 중공 구조는 경량 설계의 일반적인 방법입니다. 필터 엘리먼트 브래킷 내부에 캐비티를 설계하면 재료 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 전체 무게도 줄일 수 있습니다. 중공 구조는 강도와 강성을 유지하면서 브라켓의 무게를 효과적으로 줄일 수 있으며, 더 높은 내하력을 요구하는 필터 엘리먼트 브라켓의 설계에 적합합니다. 중공 설계는 일반적으로 무게를 줄이면서 브래킷의 강도가 크게 영향을 받지 않도록 정밀한 기계적 분석을 거칩니다.
리브 설계: 리브 또는 리브의 설계는 필터 요소 브래킷의 강성과 강도를 효과적으로 향상시키고 높은 하중과 진동으로 인해 브래킷이 변형되는 것을 방지할 수 있습니다. 리브 디자인은 일반적으로 더 큰 응력을 견뎌야 하는 영역에 재료를 집중시키기 위해 합리적인 기하학적 모양을 채택하여 브래킷의 강도를 보장하면서 재료 사용을 줄입니다.
그리드 구조 설계: 그리드 구조는 브래킷의 구조를 여러 개의 작은 단위로 나누는 데 사용됩니다. 각 소형 유닛의 모양과 두께를 합리적으로 설계함으로써 재료의 분포를 최적화하여 경량화 목적을 달성할 수 있습니다. 이러한 구조 설계는 일반적으로 유한 요소 분석(FEA)과 같은 현대 엔지니어링 기술과 결합되어 각 장치의 재료 사용이 최적으로 균형을 이루도록 합니다.
통합 설계: 기존 필터 요소 브래킷을 조립하려면 여러 부품이 필요한 경우가 많습니다. 통합 설계를 통해 여러 부품의 기능을 하나의 전체 구조로 결합할 수 있으므로 부품 수를 줄이고 연결 및 조립의 복잡성을 줄일 수 있습니다. 일체형 설계로 무게를 줄일 뿐만 아니라 생산 효율성을 높이고, 부품 간 접촉 마찰을 줄여 고장 발생을 줄일 수 있습니다.
연결 방법 최적화: 필터 요소 브래킷의 연결 부분은 구조 설계의 중요한 부분입니다. 용접, 리벳팅, 퀵접속장치 등의 접속방식을 최적화함으로써 브라켓의 복잡성과 부품수를 줄일 수 있습니다. 또한 경량 커넥터나 통합 연결 부품을 사용하면 전체 무게를 효과적으로 줄일 수 있습니다.
