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    汽车发动机系列问题

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    2019-10-30
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    2019-06-12
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    逆向研发发动机究竟难在哪? 解释这个问题之前,有必要先解释一下什么是"逆向研发"。很多人愿意把逆向研发和"山寨"挂钩,其实不然。表面上来看,逆向工程确实是将别人已经研发成熟的产品或者是技术拿过来,通过测绘分析等来推演对方的研发思路和开发方案,进而进行再创造。但逆向研发与山寨最大的区别在于,逆向研发是基于对对方成熟的产品处理技术以及功能特点都有充分的认识的前提下,来弄出一个相似但又不完全相同的产品或技术出来,而非照本宣科,拿来主义。 解释好了逆向研发的概念以及将其和"山寨"划清界限之后,再来说逆向研发发动机,到底难在什么地方。 众所周知,发动机是汽车的心脏。跟人的心脏一样,其中大大小小弯弯绕绕的血管,并非是大笔一挥,照葫芦画瓢就可以完成的,不然3D打印器官岂不是早就应该广泛应用了? 况且前面我们已经说过了,逆向研发不是山寨,我们还需要根据自己的国情、企业情况和潜在消费者的购买特点进行重新设计。总结来说,逆向研发发动机的难点主要有两个方面:核心技术和制造技术。 首先从核心技术的角度来说。逆向研发的关键在于如何进行再设计,对于我们借鉴的发动机来说,其核心技术不是单纯靠拆装一百次后就能拍脑门子想出来的。核心技术无法琢磨出来的话,研发出的发动机就不可避免的要面对使用寿命短,难以维修等各种各样的问题。而当下的形式大家也知道,谁也不会把核心技术拱手相让,甚至连一星半点都不会透露。 吃够了核心技术的亏,这也是当下各个企业想出了创新的点子就会申请专利,将主动权牢牢地握在自己手里的原因。 再从制造技术的角度来说。发动机制造的过程主要包括了制造沙模,钢水浇铸,粗精加工,组装上胶,总装检验这样几个步骤。 对于发动机来说,沙模是一切造型的基础,沙模的精密程度,是我们遇到的第一个技术难点。当下,国内的车企只能选用德意日进口的高精度机床进行沙模制造。各家机床操作系统又不可兼容,只能整套采购,造车的成本有所提升; 有了较为精密的沙模之后,钢水浇铸成了第二个技术难点。金属融化成液体倒入模具,如何避免降温凝固过程中产生的残余应力、排气、脱模剂喷淋等导致缺陷,如何去除钢水中的杂质以避免影响发动机质量,以及如何在冷却工序中合理控制温度,保证发动机体的生产质量,都是我们需要思考的问题; 接下来,其他关键部件如活塞、连杆等的粗精加工成了下一个难点。我们在制造上面对的最大的问题就是制造精度不够。凸轮,曲柄连杆,齿轮组,轴承,链条,液压件,能做出来是一回事,能长时间稳定的使用是另一个概念。 工厂环境和制造成本大大限制了我们的制造精度,对于活塞和连杆这样需要在高温高压环境下进行千万次运动的部件来说,一丁点的制造误差都会使其使用寿命大打折扣。 而后还有组装上胶的问题。组装可不仅仅是拧拧螺丝那么简单的事情,装配间隙、装配环境,都是学问。设想一下,一个小小的铁屑夹在了关键部位螺钉的螺纹里,在高速高温高压的环境下,会对这个发动机的长期运行造成多大的影响? 与此同时,橡胶的密封性也是一个很大的问题。国产的橡胶无法满足密封性的要求,一昧依靠进口则又一次的提升了造车的成本,如何提升细微之处的制造质量,也是我们需要攻克的难题。 啰里啰嗦了半天,我们能够发现,影响我们发动机质量的问题有很多,制造业需要进步的地方很多,但又不仅限于制造业一方面的问题,如何从逆向研发最终转向自主研发,需要多方面的努力和学习。 说到最后,想引用比亚迪副总张金涛先生的一段话,"国际上的知名公司包括一些国家都是这么(逆向研发)走过来的,韩国也好,日本也好都是这么走过来的。汽车也好动力总成也好,100多年的历史,如果说再从100多年前做的话还有意义没有?没有意义。所以从这点上,只要不违反专利,只要不产生知识产权的纠纷,那么人类智慧的结晶谁都可以共用,从这个角度上也没有什么,关键是你能不能做好。" 逆向研发并非是投机取巧。在研发初级阶段,相互借鉴是一件很常见的事情。比如说比亚迪逆向研发大众,吉利逆向研发丰田,国内的厂商早已把BBA的车拆烂,都不是什么秘密。对于我国起步晚、技术不够成熟的大背景来说,吸收引进国外先进技术并化为己用,这早在确立中国特色社会主义道路的时候我们就会了,逆向研发能够缩短开发周期,有利于我们及时学习并跟上先进技术,进而真正的实现我们的"强国梦"。

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    缸内直喷真的会造成发动机积碳吗?能否解决这种现状? 近十年来,汽车普遍开始使用缸内直喷技术来提高汽车燃油经济性,降低排放。但是,很多人认为缸内直喷汽油机会产生更多更快的积碳。过多的积碳会反而让汽车耗油,提高了尾气排放。那么这是真的吗?本文就来解答一下这个问题。 积碳的产生 积碳(气缸沉积物)是汽油、机油、和燃烧副产物的混合物,会在很多地方产生,比如节气门体、进气门、活塞缸壁表面,等等。积碳的产生原因非常复杂,说实话,现在的内燃机工作者也只能靠经验总结。(图1)表现了积碳的六大主要来源,它们分别是金属表面温度、参与反应的化学成分、积碳的时长、燃油和机油的类型和品质,以及发动机的使用场合。 图1:积碳的来源(SAE论文2001-01-1202) 这么多原因里,硬要说有一点重要的话,那就是金属表面温度。有些专家认为,积碳只会在金属表面温度介于200到350摄氏度之间产生。如果温度太低,那么汽油不会和氧气产生化学反应,自然就不会有积碳。而温度太高的话,沉积在表面的积碳也会被"烧掉",同样不会有积碳。 当然了,积碳还和很多其它因素有关,比如氧气的含量,在缺氧的环境中,燃料不完全燃烧,更容易产生积碳。积碳也和汽油以及机油的品质有关。增加合适的燃油添加剂的确可以有效去除部分积碳,或者减缓积碳产生的速度。但这类添加剂一般工作在特定温度之下,在工作温度之外,反而可能增加积碳而不是减少积碳。同时,积碳生长需要时间,是一个动态的过程。积碳可能生长到一定厚度就会停止,形成了动态平衡。 缸内直喷会增加积碳吗? 那么前面说了那么多,缸内直喷会增加积碳吗?结果的确是会的。 首先,进气门上会有积碳。进气门的积碳的形成和汽油组成有很大关系,因为在进气门上,汽油还没有开始燃烧。进气门的积碳也有可能是机油导致的,尤其是使用了比较久的被氧化了的机油。进气门积碳最重要的原因仍然是气门表面的温度。在进气道喷射(PFI)发动机中,喷在进气门背面的汽油可以降低进气门温度,使其低于200度,这样积碳就不容易形成了。另外,喷在进气门背面的汽油可以起到冲刷作用,让学物质不容易附着在气门表面上。并且,添加燃油添加剂会加快去除积碳这个过程。 然而,上面所说的三点对于直喷汽油机来说,都是不可能的。所以,进气门温度会比较高,也没有汽油冲刷气门,加添加剂也没有用,因此,对于进气门而言,直喷汽油机积碳会相对比较严重。 严重的进气门积碳会对发动机燃烧产生很严重的影响,比如影响发动机进气效率(学名叫容积效率),并且影响缸内气体流动,在现代发动机中,缸内气体流动都是被精心设计过的,用来改善燃烧。最著名的例子就是丰田的高滚流发动机。如果这个发动机进气门积碳严重,那么缸内的滚流强度可能会降低,延长了燃烧过程,增加油耗。 图2:丰田DynamicForceEngine的高滚流结构 说完了进气门的积碳,接下来说一说缸内的积碳。前面说到,温度对于积碳的产生有很大影响,对于这一点,PFI和GDI发动机类似。但是,对于直喷发动机而言,直接在缸内喷射的汽油可能被直接喷到气缸壁上,这叫做湿壁现象。喷在气缸壁上的汽油不仅仅会稀释机油,这些汽油也绝不可能完全燃烧,最后形成积碳和一些尾气排放。被稀释的机油也会燃烧,然后增加积碳。此外,被喷射进气缸的汽油可能雾化不充分,也会产生积碳。 所以针对这个问题,有一个很简单的解决方法,那就是提高汽油喷射压力。积碳的问题,柴油机照理说同样存在,并且,因为柴油机永远是缸内直喷,柴油机的积碳应该远远严重于汽油机才对。然而事实却恰恰相反。因为柴油机的高压喷射压力一般在500到2000bar(最新一代高压共轨系统),远高于汽油机。因此,提高汽油直喷压力可以显著减少积碳的形成。同样,增加喷射压力可以改善汽油的雾化,改善燃烧,也提高了整车的燃油经济性。因此,最新一代的汽油车都会使用了比以前更高的喷射压力,比如宝马3系把直喷压力从200bar提高到了350bar。 此外,还有一个很简单的方法,那就是开高速。前面说到,金属表面温度可以影响积碳的形成。开高速的时候,发动机长时间工作在较高的转速、油门踩得比较深,这样缸壁温度会上升,从而"烧掉"一些积碳。并且,缸内的高温高压可以让积碳破碎,离开金属表面。所以,拉高速可以减少积碳这是有道理的。但是,拉高速不等于原地轰油门,轰油门时发动机往往会加浓,多喷汽油,而短时间的高转速也不会提高气缸壁温度,这样反而可能增加积碳而不是减少积碳。 不需要"谈积碳色变" 说了那么多积碳可怕的地方,我最后想说,千万不要"谈积碳色变"。我所说的这些,车企肯定是考虑到的,有应对措施。所以千万不要频繁添加燃油添加剂,动不动拆发动机做大保健,这样反而对发动机有害。适当的积碳是正常的,这是一台机器在正常工作的表现。

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    2019-12-15

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