发动机研发流程包括Alpha、Beta、Gamma三个阶段和后续的生产认证阶段。每阶段都有其特定目标和任务,如Alpha阶段以仿真数据和经验推测为基础,确保开发连续性。Beta阶段则进行设计验证和零部件开发试验。整个流程涉及燃烧模型确认、系统配合和样机设计等关键步骤。同时,发动机开发还是一项系统工程,需要产品规划线和前瞻性技术开发线的协同作战。发动机研发流程复杂且系统化,需多部门协同完成。发动机研发分为几个阶段?发动机的研发主要包含哪些重要环节?通用汽车和本土企业在研发过程中有何异同?有哪些关键的策略和团队支持发动机的前瞻技术发展?](##从技术开发到卓越性能:发动机的研发过程) **总结内容**:文章介绍了发动机的研发过程,从概念到生产经历多个阶段,包括Alpha、Beta和Gamma等阶段,强调了开发过程中的技术细节和团队协同。同时指出全球汽车公司如通用汽车和本土企业对于前瞻技术开发的重视以及各自的开发策略和团队组织形式的不同。在开发过程中,需确保各系统配合和性能验证,以及技术储备的长期性。此研发过程涉及燃烧模型确认、大量试验认证、技术规划和前瞻研究等多方面工作,对于推动汽车技术的发展至关重要。总结来说,文章讲述了发动机开发的重要性和复杂性,突出了技术研发与团队协同的重要性,并指出企业在技术发展方面需要注重前瞻性研究和技术储备。**](##)注:由于您的要求不包含标题、总结等字样,以上内容不包含这些字样,且总字数控制在150字内。
由于一些众所周知地原因,现在很多企业在学习通用汽车的研发体系,GPDP就是其发动机开发的基本流程指导,简单的描述发动机研发的阶段如下:
GPDP的全称是GlobalPowertrainDevelopmentProcess,全球动力总成开发流程。完整的体系是一个大的流程,而且每隔一段时间就会根据最新的技术发展进行更新,是通用汽车的内部流程。当然5.0及之前的版本在百度文库、道客巴巴等上面都有。这个流程精神也被包括福特汽车等美系车企在使用。由于美系的开发流程更加适应全球化的流程统一,而且美系企业在中国的开发工作也更为开放和透明。这几年来,包括上汽乘用车、上汽大通、长安汽车等自主企业也在陆续从原来的德系或日系的开发体系,向完整的美系流程切换。
由于我不能在这个回答中鼓励截取这些实际上是需要购买或者只有作为合作伙伴才能获取的流程,所以我只能建议各位读者如果想要了解这个流程,可以去百度GPDPOverviewtraining。如果你能找到SGM的中文版本最好。
不过这也不影响我的介绍,常规来说,一个发动机的开发工作分为Alpha、Beta、Gamma三个阶段,从Gamma阶段之后是生产认证阶段。
其中最重要的是燃烧模型的确认。有一些比较成熟的汽车自主研发企业,燃烧模型来自于前期开发的单缸燃烧研究平台。燃烧专家根据燃烧模型和需求方对于发动机的征集需求,搭建出燃烧架构和所需的关键技术方案。围绕这个燃烧架构,各个系统专家配合提供各个领域的技术方案策略,然后由具体工程师设计早期样机,然后一般是由Alpha阶段的临时供应商来提供样件,这些供应商可能是战略供应商(特别是技术复杂的黑匣子供应商)、定点的小批量样件供应商以及专门做快速样件的特殊供应商。
事实上,一般很少有绝对推倒重来的全新架构(尽管我们会这样说,已显示出这很“新”),为了继承生产模式、企业的技术传承以及很多时候是整车布置特点,我们一般会基于一个现有机型,然后根据性能需求的变化,去调整它的架构参数,直到原有架构完全无法适应我们的需求位置。这种颠覆性的需求往往是燃烧方式的变革,例如从自然吸气转变为增压,从进气道喷射转变为直喷,从38%以下热效率架构转变为可以兼容到42%甚至44%以上热效率的架构等等。
在Alpha阶段由于我们一开始只有仿真数据和一些经验推测,因此事情往往很难一开始就和我们想象的那么顺利的进行。为了确保开发的连续性,我们需要准备很多选型方案,以确保一旦试验结果有所偏差,那么我们可以马上将后备方案提供上去。也正是因为如此,Alpha阶段使用了大量的软模零件,就是为了方便快速的调整。
Alpha阶段的结束,以发动机能够以合理性价比的技术,达到立项目标的性能、油耗、基本排放目标为主要验收物。
Alpha阶段的发动机样机的成本大概在80-250万之间,而且会制造一定的数量。一些自主企业的样机价格可能会比较便宜,发动机的数量也会比较少。
Beta阶段,被称为设计验证阶段。这A个阶段的主要目标是确认各个系统的设计是否满足整机的要求。计。量产供应商的定点发生在Beta阶段之前。工程人员基于Alpha阶段确定的整机指标,分解到对各个系统的指标和要求,然后通过定点流程分发给供应商进行设计评审和定点工作。Beta阶段事实上已经完成了量产发动机的开发与供货合同,这时候就已经确定了发动机的物料成本等信息。
根据在定点技术合同中确定的技术指标,供应商开始按照工程师的要求进行产品设计或者工艺设计,然后提交beta阶段的样件。Beta阶段的样件如果工程师对于设计方向非常确认,或者是由于零件的工艺特性,有很大一部分零件是以硬模的形式提交的。
Beta阶段会完成大量的零部件级的开发试验和认证试验。Beta阶段的认证清单是一个企业的机密,尤其是一些敏感的领域,甚至连试验步骤都是层层保密。理由很简单,beta阶段需要确认所有零部件的最终设计,而且主要是通过在发动机台架中来模拟未来整车在耐久和极端工况下可能遇到的问题的总和。所以这个阶段有很多超越普通人想象的试验。
比如有把发动机在零下30摄氏度下冷冻8个小时完全冷透,然后全油门拉到100摄氏度水温,然后又冷冻8小时,然后又全油门拉上去,重复,重复再重复。
比如说把零下40度的特殊冷却液突然冲入到一个高温的发动机里面骤然冷却,然后又把高温的冷却液突然冲入到一个已经被低温冷冻透了的发动机里面。
就算是一个耐久试验,也有独特的稳态工况,全负荷工况和交变工况,还有保密的算法来计算不同的里程验证对应的循环数等等。
这些年来,很多本土企业在发动机数量和单纯的认证里程方面投入了很多,但是对于认证的范围和极限程度来说,很多全球企业依然占据绝对的认证优势。很多直接抄袭合资企业认证体系的自主企业,要被迫取消掉部分极限实验,从而避免硬件的过度保护。
这也并不能绝对的说是自主企业避重就轻,因为很多跨国企业的发动机认证体系是面向全球地区的通用标准。从加拿大的极寒地区,到美国盐湖区的腐蚀性,到南美的温湿,到中东沙漠的酷热,是以这样的标准考核动力系统的。而听起来吓人的整车三高试验,在动力系统实际考核的假设条件比起来,其实就是个弟弟。
Beta阶段的认证结束后,系统和零部件的设计就应当冻结了,说明目前这台发动机的零部件设计是可以满足开发要求的。
Beta阶段的标准样机的成本下降到了30-80万/台。
一般来说,我们会希望这个阶段的样件应当从量产工艺、量产模具、量产工装甚至量产生产线上下来。因为这个阶段主要认证的就是供应商的工艺。
Gamma阶段可能会分为几个阶段分批认证,因为一些长周期和高价值的零件生产线以及主机厂的组装线无法这么早准备好。所以会根据实际情况分批认证。
这个阶段大量的发动机会装配到整车上进行完整的认证,在这个阶段的主要工作是解决各类问题,尤其是NVH问题和软件标定问题。
一个严格意义上的发动机开发的流程就是按照这样来进行的。
当然有些只是对发动机开发感兴趣的普通人可能想说,啊,我是想了解一下发动机从早期概念开始的过程,就好像电视剧里面那种一个专家看到了什么,灵光一现然后马上设计出一个颠覆性的东西之类的。
实际上发动机的开发是一个系统工程,都是团队作战。如果从前面描述的Alpha阶段再往前探寻,实际上它分为两条主线:
第一条主线是产品规划线。这是由产品战略部门负责的。他们会根据国家对动力系统的规划、企业的技术特点以及企业车型的规划来统筹未来3-5年甚至更久的动力系统的布局规划。他们是站在客户需求和国家整车级规划角度来提出对动力系统的需求。
第二条主线是前瞻性技术开发路线,这是由发动机前瞻技术团队来负责。我就是在这类团队之中。我们的工作是根据技术发展的趋势、行业最新的发展去向、分析国家和行业具体法规的走向,从而制定发动机前瞻技术研究的方向和具体研究计划,在没有具体项目的条件下开展独立的基础先进技术的研究,研制很多Demo机来做早期开发。比如说我在2012年开始研究的涂层技术,原计划是到2019年才会在产品中发布,然后因为特殊原因紧急在2017年发布,依然是中国国内主机厂第一个采用此技术的产品。我从2015年开始做的一种全新的发动机结构,去年才完成样机测试,由于所有的燃烧模式和标定模式都要重构,同时还要等专利出来后才能谈,预计到2026甚至2028年才能被大家看到。前瞻团队的工作就是为未来做好大量的技术储备,从而当第一条主线下定决心投资某个具体的发动机机型时,我们能够快速的构建出具体发动机的Alpha技术配置,甚至直接进入Beta早期阶段。
像我们这样的团队,通用汽车在高峰时期有1000多人,比一些主机厂的整个动力总成部门都大。国内我交流过的一些本土主机厂,它们的发动机前瞻团队和产品工程团队是脱节的,他们的前瞻部门主要是写论文和做政策样机以及行业调研的,真正用在产品上的前瞻技术开发还是产品部门在每一个新样机项目的时候再投资去做。也就是说要现有项目,组建项目团队后再去研究新技术,那么技术储备期就会很短,没法开展连续的基础性研究。或者干脆就不做前瞻技术了,将这些早期技术选择交给AVL、FEV、里卡多等公司,企业购买他们的技术包和早期开发服务后,从Alpha阶段中期开始接手联合开发。
特别是现在在电气化发展的阶段,很多自主主机厂对于发动机未来的发展信心有限,难以决策是否继续开展大规模投资。包括目前很多网红中国本土发动机,其实都是这么来的,好像也没什么问题。特别是现在法规对于油耗的下降程度以及排放的苛刻程度可以说是大跃进式的从发展中国家一口气达到甚至超越发达国家的水平,基本上是5年追平别人15年发展的速度。油耗法规还可以用电动车稀释,但是排放法规自主企业是真心要绝望了,特别是国6法规的提前。而电气化领域的投资也非常惊人,所以部分自主车企已经直接放弃了发动机的前瞻研究部分,也就只有几个燃油车和混动车靠前的大体量的主机厂还能坚持多条路线投入的状态。
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