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深度探秘通用全新Ecotec发动机的可靠性

信息来源:盖世汽车资讯       发布日期:2017-12-25       分享到:

长期以来,判断汽车发动机优劣的指标只有三个:动力咋样、是否省油、用着不坏(现在得再加上第四个:排放是否达标)。其中,动力强弱和省油与否,我们都常听到相关的评价。比如动力,大家就经常听到最大功率、最大扭矩。再比如省油能力,我们也常以百公里油耗的来说明高下(严格意义上来说,这里的省油考察的是整车,发动机只是其中的一个环节)。即便是后加上的排放性能,我们也有欧标、美标和国标来判断。

唯有是否用不坏,可靠性高不高,和我们比较遥远,并不常听到什么数据能够准确的告诉我们,一款发动机到底可不可靠。但实际上,它又是和我们密切相关的性能指标。那么,在工程上,发动机的可靠性是如何判断和确保的呢?


▲ 通用1.0T/1.3T 全新一代Ecotec增压发动机

▲ 通用1.0T/1.3T 全新一代Ecotec增压发动机


前几天,《予墨Auto》前往山东烟台,听了上汽通用关于其全新一代Ecotec发动机讲解,还参观了其发动机生产线,对此有一些心得,今天和大家分享。

可靠性:一项全员参与的大工程

懂点汽车的人都知道,现在的整车生产厂商,都可以说是汽车集成生产商了。一般情况下,除了发动机和车身由自己生产之外,其余的零部件,均由外部采购。即便是变速箱这样重要的部件,自己研发和生产的汽车厂商,也并不多见。通用、奔驰、本田等,一个手就能数得过来。

而现在整车厂生产发动机,其模式也已经和造整车相类似。围绕发动机,基本只有缸体、缸盖这样的「铸造+机加工」部件,才由自己生产。而其他的发动机零部件,几乎都是依靠采购而来,然后在自己的发动机总装线组装起来。

因此,汽车发动机的任何一项性能,都是一个非常大的系统工程,需要供应商和整车厂商的全员、全流程的参与。那具体到上汽通用最新引入的全新一代Ecotec发动机的可靠性上,它们又是如何协作互助,并最终实现了可靠性目标?

可靠性保证第一步:引入新技术

一台发动机的可靠性,严格意义上来讲,是研发和设计出来的。很多人看一台发动机的新技术,往往都集中于提高动力性、经济性的技术,其实,为了可靠性而引入的新技术,同样具有很高的技术含量。


▲ Ecotec增压机活塞总成

▲ Ecotec增压机活塞总成


上汽通用引入的全新一代Ecotec发动机,新开发的DLC(Diamond Like coating) 类金刚石涂层低张力活塞环,使用了目前全球最先进的无氢DLC涂层工艺。其优势是相比常用的PVD图层,具有了更高的硬度(提升100%)和耐磨性(提升80%)。这种活塞环,在20万公里耐久测试之后,涂层磨损量只有0.5u(u是英制单位,1u=0.025微米)。

再比如,在冷却系统的设计上,这台发动机就有很独到的地方——采用了横流式冷却,而传统设计一般都是纵流式冷却。这两者的区别,我们可以用并联和串联来理解。横流式冷却,是指冷却液分流之后同时通过各缸,而纵流式则是冷却液逐个通过每个缸。横流式的好处显而易见,它能够保证各个缸的温度更加均匀。而纵流式在依次通过时温度越来越高,每个缸的冷却效果就不一样。冷却效果越好,发动机的可靠性越好。

正是因为这些新技术的应用,才是全新一代Ecotec发动机可靠性得以保证的源头。

但是,并不是有了这些新技术加入进来,发动机就真的可靠了。它还需要经过一个验证-优化、再验证-再优化的过程。过去,这个工作必须完全由制造实体发动机来辅助完成,但现在不一样了。

可靠性保证第二步:CAE分析的初步验证

CAE,英文全称是Computer Aided Engineering,直译过来就是计算机辅助工程。它是什么概念呢?通过在计算机上建立发动机的模型,输入发动机的工作状态参数,通过计算机模拟发动机实际运行的过程,来初步判断发动机各项性能是否靠谱。可靠性,当然也是CAE分析的一项重要工作。


▲ CAE分析示意图(来自网络)

▲ CAE分析示意图(来自网络)


上汽通用介绍,在全新一代Ecotec发动机初期研发中,共进行了上百项累计上千轮次的CAE分析。从而初步确保了发动机的可靠性。



不过在墨哥看来,数量上的积累其实还并不是最重要的,最重要的是——是否有足够的经验和数据积累,让这种计算机模拟,在最接近现实状态下的运行。而且我觉得,这才是体现一家车企研发实力的重要指标。在这方面,通用汽车无疑更具有优势。

可靠性保证第三步:优质供应商的贡献

一般情况下,CAE分析结束之后,就会生成对发动机各个零部件的细分可靠性要求,并将此要求输入到供应商那里。和整车厂一样,优秀的供应商,具备判断、分析和生产出符合要求的零部件,并能保证其品质的稳定性。

所以,在全新一代Ecotec发动机的可靠性上,那些重要的零部件供应商功不可没。解析会上并没有说明有哪些零部件供应商,但这并不能掩盖它们的功劳。

可靠性保证第四步:严苛的实机测试

当自产和外供的试制零部件全部集中过来,发动机可靠性最最重要的环节就来了——装成整机,上实验台架测试。


▲ 发动机台架测试(来自网络)

▲ 发动机台架测试(来自网络)


作为通用汽车全球研发中心之一,上汽通用泛亚汽车技术中心里,有十几个发动机测试实验室一字排开,全新一代Ecotec发动机的先祖们,就被送往各种发动机实验室,进行各种惨无人道、昼夜不停的测试。有在不停的启动、停机循环的;有在一直不停机运行的;还有些发动机更「倒霉」,冷却液不断在-30度到+100度之间快速切换的,相当于一会把你扔到冬天的哈尔滨,一会又给你挪到夏天的海南岛......

总而言之,就是各种折腾,就看你啥时候出问题,出什么样的问题。一旦出了问题,接下来就是分析、解决、再测试。



根据上汽通用的介绍,全新一代Ecotec发动机一共制造了原型机367台,进行了66项系统性的测试,累计超过700万次启停、累计测试了698天......

经过了这么多的折磨,全新一代Ecotec发动机基本上就算是定型了。不过,这还不是测试的结束,因为它还要面临新的考验。

可靠性保证第五步:整车测试

纵然有了CAE模拟分析,有了发动机的台架测试,但是它还仍然不是我们使用时的最真实运行状态,所以它还要被装到整车上,进行新一轮的测试。

在最炎热的吐鲁番,检查自然环境中最高温的情况下,发动机是否能保持稳定的运行,不开锅;在最寒冷的黑河,检查自然环境中最低温的时候,发动机是否能顺利的启动和运转;在空气最稀薄的高原上,检查它在进气量不足时,是否能正常运行。

只有顺利通过了这些测试,Ecotec发动机,才算是真正确保了它的可靠性了,实现最终的量产了。

可靠性保证第六步:智能生产及质量追溯

一般情况下,有了以上这五步保证,只要每一步都做得到位,发动机的可靠性都已经有了比较高的保证。但我们都知道,即便测试多么严苛、做了多少轮,它在后续的生产和使用中,仍然可能会出问题。

咋办?上汽通用是这么干的:


▲ 烟台Ecotec发动机生产线

▲ 烟台Ecotec发动机生产线


首先,通过设计先进的生产工艺,引入自动化的精确设备,最大程度的确保生产的一致性,至少要保证,不会因为生产而出现问题。


▲ 二维码给数据收集提供了接口

▲ 二维码给数据收集提供了接口


其次,建立大数据收集和预测系统,实现生产时的质量预警和追溯。通过对零部件质量、生产设备的运行进行监控和数据收集,用数字模型来进行质量预警。通过全线照相系统记录生产状态,做到一旦出现问题,及时追溯到问题源头,进而尽快反馈到零部件供应环节、研发环节、测试环节以及生产环节,迅速联动响应,解决问题。

如此以来,就形成了一个生产上的质量控制闭环。

结 语

总而言之,发动机的可靠性,是一个系统性的、全员参与的大工程。对大的汽车厂商来说,除了上汽通用在生产环节的高度自动化及质量追溯这一点之外,之前的流程基本都是如此。而通用汽车的优势则在于,多年积累的经验、数据,让以上提到的每一步,都能够做得更到位,更可控。并最终让全新一代Ecotec发动机在保证性能的同时,又更加可靠。