聊聊发动机的机械之美与排量税

自从老夫突然发觉自己喜欢汽车喜欢的要命以来,就找各种书来学习汽车知识,并且关注各路汽车大V,期望从各路大V身上多学一点汽车知识,丰富自己的见识。随着关注的深入,老夫对汽车的理解也越发的深刻,毕竟老夫是正经机械专业毕业的,大学还辅修过汽车。不过与各路评车大V不一样的是,老夫没有渠道去长时间试驾很多车,所以老夫接触的更多是汽车的机械知识之类的东西,所以老夫看待汽车问题很多时候更多以机械工程师的角度去看待问题,所以老夫从一个机械工程师的角度看,排量税干脆就是堵死了中国国产发动机发展之路。

震哥幽默了

现代汽车的体型越来越大,人们对汽车而发动机的要求也越来越高,发动机的功率也越来越大,动辄150KW(204匹)功率的2.0T一点都不新鲜了。而随着汽车发展的越来越迅猛和民众汽车知识的增长,每次说起现代汽车发动机,就开始有这样所谓的自吸和涡轮增压之争。不过实际上为了应付汽车上越来越大的功率需求,其实发动机提升功率发展为了三大方向:大排量、增压、高转速。其实这三个方向相辅相成,其实根本谁也离不开谁,而且实际上最重要的是,大排量发动机是增压和高转速这两种提高发动机功率方式的基础。

简而言之,在老夫看来,大排量就是增压和高转速的爸爸,也是最原始最有效提升发动机功率的方式。发动机的功率哪来的?烧油来的啊!那怎么烧油啊?发动机吸进来空气,然后在气缸里让汽油烧啊!那烧多少汽油啊?进多少空气烧多少汽油啊!汽油从油箱里可以通过喷油嘴和汽油泵往气缸里呼呼使劲喷,但外面空气怎么办?怎么让更多的空气进入到气缸里来?于是就有了前边这涡轮与自吸之争。另外老夫后边的文章很多东西为了给你讲明白道理,所以科学上都不是特别严谨,但为了让你明白也只能这么讲了,请大家见谅。

1.6的小发动机

比如说一个普通的家用小车,用个这样的1.6升自然吸气就可以了对吧?又便宜,技术又成熟可靠。可1.6小自吸动力很弱啊,应付不了更大的动力需求怎么办?早些时候工程师没办法啊,只能把气缸放大,进更多的空气,好有能力瞬间烧更多的油产生更大的功率。

最开始的工程师想的很简单,放大气缸就完事了,这大排量大气缸发动机造出来发觉不对了,你气缸是大了,能进更多空气了,进气管线也得更大好能吸进来更多空气啊,排气管线也得更粗壮才能排出去燃烧的废气,就好比姚明脸上要装个郭敬明的小鼻子,那能喘得上来气么?

活塞头正经是个铝坨子

进排气问题还算好解决,加粗进排气管线就行了,工程师突然发觉放大气缸这事可不好办,气缸大了活塞头就也跟着大了。活塞可正经就是我图上这样一个大铝坨子,发动机每分钟都好几千转,发动机曲轴转一圈,活塞就得上下一次,所以每秒钟活塞这个大铝坨子就得上下个几十次。过去个头小,每秒上下个几十次还能接受,现在活塞个头大了身宽体胖了,你还让我每秒钟上下好几十次,活塞讲话你累死我得了。而且就算活塞受得了,汽缸壁也受不了啊。汽缸壁讲话:“你活塞个头大了好承受更多汽油的爆炸力,我薄了能行么?你变胖我也得变胖啊!我受不住压力你多厉害也不行啊!”汽缸壁的吐槽得到了汽缸盖和气门嘴等一系列小弟的支持,纷纷要求变强变胖。

多缸比大气缸好用多了

工程师没辙啊!单纯放大气缸不仅仅需要强化发动机方方面面,而且机械效率下降非常严重,所以这条路是行不通了,那怎么办?那就只能原先四个气缸再加俩,变成六缸,功率不够六个气缸再加俩,变成八缸,于是大排量多缸发动机就这么出现了。所以工程师不是闲的没事或者追求什么机械美感才弄这么多气缸玩,是因为合适数量的多缸发动机机械效率比同时代、同科技水平的大气缸四缸发动机机械效率要高,还能规避许多强化发动机所需要的高端工艺,所以才会出现什么6缸、8缸甚至10缸12缸的钢铁怪物。

V6是V型发动机的典范

大排量这事这还没完,你气缸多了那怎么排列这么多气缸啊,都直列放一起这发动机得多长,怎么塞进发动机舱里去啊!难不成你车5米长,前边2米长都是发动机舱就为了装发动机和他的辅助件么?所以没办法,这么多气缸一排放不下那就只能放两排V型排列呗!于是就出现了各种的V6、V8、V10、V12,然后还有更极端更复杂的W12,这个一会说一下(水平対置发动机其实就是把V型发动机夹角放大到180度,所以老夫就不单说了,以后有机会单写文章)。

纵置发动机很占空间

由于V6、V8什么的发动机个头很大,发动机外边还得装一个变速箱,这样个头就更大了,所以只能纵置发动机。然后V型发动机又比较胖,横置放下发动机就没地方放水箱什么的了,所以很少有横置平台用2.5升以上的V6发动机。而纵置发动机又会影响到车内空间咋办?德国大众同学就开动小脑筋,60度角V型排列的发动机不是太宽么?那我角度变小点,15度V型排列,把发动机变瘦点不就行了么?

大众VR6

于是乎德国大众同学开动聪明小脑筋就造出来了气缸排列15度夹角的VR6发动机,这样发动机的体型就小了,就能横着塞进发动机舱,发动机前边还能有地方装水箱和其他的附属件,比如说顶配大众CC和帕萨特的3升V6就这么来的(话说大众自家的顶配好车都用自吸,所以大众没事老宣传什么T动力那都是为了忽悠你,大众自家T要是好,他顶配干嘛不用?大众自家一堆V6还有牛逼的W12也都是自吸啊,也没上T啊,忽悠你们T好你们还真信)。大众横着塞不进去V6发动机把V6减肥变成了VR6,但本田和丰田这两位黑科技大户,竟然就塞进去了,比如说3.5V6的汉兰达,3.0V6的雅阁,这俩车这发动机舱挤得满满当当,真佩服本田丰田搞发动机舱布置的工程师。

大众W12

话说大众自从把VR6玩溜了也有很大好处,由于大众自家也有正经60度角排列的V6,把两个VR6发动机像普通V6一样呈60度角排列,于是乎就造出了著名的W12。而且大众把VR6发动机玩的还挺高兴,触类旁通,减个气缸还玩出来过VR5,也就是5缸发动机,以此类推大众想玩还能玩7缸发动机,就是大排量多缸发动机玩溜了的好处,想怎么变都行。

不过老夫仍然要说,过去4缸发动机,什么润滑系统啊,散热系统啊,气门正时控制啊这些东西都相对比较简单,而你变成V型排列之后这些系统就都变的复杂的多了,你两排V型气缸排列,那原先直列四缸控制进气、排气的两组气门开闭的凸轮就得变成四组,同样的润滑系统也得翻倍,散热系统也是一样道理。这些辅助系统和气缸的多少还有排列都是相辅相成的。而且你从最开始造自吸的时候就开始积累经验也能为后边造涡轮发动机和高转速发动机提供技术支持啊。

本田红机头

咳咳,多缸大排量自吸发动机扯远了哈!其实工程师也挺懒的,他也想偷懒,现在这个发动机排量小,再设计一个太累了怎么办?那就提高这发动机的转速不就完了?你原先每分钟转5000转,现在转8000转,比过去多转个3000转不就行了?这时候活塞又蹦出来讲话了:“原先我每秒钟上下三五十次就够可以的了,你现在想让我每分钟上下七八十次,这还有天理么?你人类平常呼吸每分钟七八十次,现在让你每分钟呼吸100多次你累不累?”其实就是这个道理,发动机转速上去了,工程师一样得对发动机做相应的强化,比如转速上去了,摩擦次数就变多了,那你润滑系统是不是得跟上?发热量大了是不是散热系统也得跟上?还有气门为了增强进气能力个头和升程也得变大,活塞也要强化,汽缸壁还要强化等等一堆东西(话说这段话你是不是很耳熟?没错,前边老夫说大排量大气缸发动机的时候就这一套,你过去大排量自吸的经验就可以放到这里来用)。这些东西其实特别复杂,而且大家都接触的稍微少点,概念不是可能很清晰,老夫给你举个最简单的例子,发动机曲轴大家都知道吧?

曲轴的照片

黄色的是平衡锤,橙色的是为了做动平衡打的孔

老夫2013年的时候有幸来到共和国长子某汽的发动机工厂进行机械工程师实习,就在现场学习过发动机曲轴生产。当时老夫看完了可伤心了,对长春某汽的评价就只有“草泥马”三个字。当年老夫去的都是国产车国产发动机的制造车间(合资的厂房不让进),发动机曲轴都是通过浇筑沙型铸造的,制造精度相当的低。老夫给你上两张图,一张原图一张老夫标记过的图你们好对比着看,当年老夫没有好手机在厂房里也没法拍照片,所以只能给你们找点网上的图了,不过这张图跟老夫在现场见到的差不多,很能说明问题。你看那图里那不太光亮的地方,这都是铸造直接出来没经过加工的麻面,你再看老夫标记的这张图,老夫黄色圈起来的这块铁坨子叫平衡锤,用来做曲轴动平衡的,老夫用橙色圈起来的小孔,那不是工艺孔,单纯就是平衡锤做的不好,所以用钻床在上边打孔,削减重量好让整个曲轴达到动平衡。

动平衡是个什么概念,俗话其实就是这曲轴造的比较好比较均匀,转起来之后不哆嗦。老夫这说的特别简单,但实际在工艺上想实现比较好的动平衡特别的难,真的需要非常高的加工精度,你是没见过动平衡不好的曲轴,在平衡机上转起来哆嗦的地板都直震,你也没见过我国工人直接用手工钻床在平衡锤上打孔削减重量来调节动平衡,当年老夫在工厂见到的事实就是这样。

翻回头来再说高转速发动机,你这样一根曲轴放到发动机上,你如果转速不高还好,像本田红机头那样的发动机曲轴玩一样转起来7、8000转,你发动机曲轴动平衡不好还不哆嗦成水泥搅拌机?要哆嗦成这样,你别说放到车上能有个好的驾驶体验,你就连安全都保证不了,发动机指不定什么时候就震碎了。

当然发动机平顺性好不好不仅仅是发动机曲轴动平衡能力,老夫仅仅是用个你能听懂的简单例子,来告诉你高转速发动机到底有多么难。你要想提高转速,不仅仅要像前边老夫说大排量大气缸发动机那样对发动机各个部件进行强化,还要求更难的加工工艺来保证更高的加工精度,更是难上加难。大排量发动机尚可以用多缸的方式来降低工艺难度和加工成本,你高转速发动机怎么办?想提高转速就只有增强加工工艺一条方法了,所以高转速发动机的设计制造其实比大排量多缸发动机更难成本更高。

我挑这张图主要是为了让你看清楚涡轮需要把进排气连接到一起

高转速发动机不好造,大排量多缸发动机个头太大,那直接在原来发动机的基础上加个增压器不就行了么?你想的简单,事实上一点都不简单,不管是涡轮增压还是机械增压,其实原理都是把空气加压强行泵到气缸里,进入气缸里的空气多了,就可以喷更多的油出来烧产生更大的动力。

这时候问题就来了,你进了更多的空气烧了更多的油,是不是还得强化发动机各方面?这时候你该说了,又来了又来了,行行行我知道需要强化了,你能不能说点别的?行,没问题,咱就来说说发动机烧机油这事。

发动机气缸剖面图

其实凡是发动机没有没有不烧机油的,而发动机为什么会烧机油?其实根本原因是因为发动机活塞环窜气。老夫实在找不到比较好的图,凑合就用这张图改一改吧,黄色的部分就是活塞环,窜气就是活塞环密封不严,上方气缸里的汽油燃气在燃烧做功的时候,泄露到活塞环下方的曲轴箱里。汽油燃气一进曲轴箱就坏了,曲轴箱是个封闭的环境,底下就是盛满机油的油底壳,你看图里最底下肉色那部分就是油底壳里的机油,汽油燃气一进来,那曲轴箱压力就会变大,压力一变大,曲轴箱的密封就不好了,所以机油就会慢慢从内向外渗,这就是所谓的发动机漏机油。

而曲轴箱压力又不能无限增大啊,所以工程师就在曲轴箱里设置了一个强制通风阀,大致也就是老夫红色手画的这地方,这个强制通风阀就是为了在曲轴箱压力大的时候,往外泄压用的。有这个强制通风阀一下就坏事了,那油底壳里的机油还不往出跑?尤其是汽油燃气一来,温度一上来机油也开始汽化,那不都从强制通风阀跑出去了?所以强制通风阀外面还有一个油气分离器(也叫旋风分离器),把机油和其他气体分离开,让机油还回到油底壳。但从曲轴箱出来的气体什么化学成分都有啊,不能直接排放到大气中啊,所以油气分离器要通过一根管子(老夫手画的蓝色线条就是这条管子)把这些从曲轴箱出来的气体再引入到发动机进气系统里,进入气缸烧掉。这是正常的工作情况,由于油气分离器工作能力十分有限,所以如果你发动机活塞环(老夫黄色手画部分)窜气太多,从强制通风阀(红色手画部分)出来的气体太多,油气分离器就分离不了这么多机油蒸汽和汽油燃气的混合气体,那就只能从蓝色管道进入发动机进气系统,然后进入气缸烧掉了,这就是发动机烧机油的原因(科学上不是非常严谨,但你可以这么理解)。

滑动轴承其实就是浮在油里的

那这些和涡轮有什么关系呢?首先涡轮大多都是滑动轴承,滑动轴承说白了就是泡在油里的轴承,所以天生就漏油。涡轮的滑动轴承,油封松了漏油,紧了又增加涡轮转动的阻力。所以天生涡轮就肯定要把机油往进气系统那漏机油,这还是小问题,问题更大的是,由于涡轮发动机的气缸压力更大,工作环境更恶劣,所以活塞环要比普通自然吸气发动机窜气更多,所以会把大量的汽化的机油通过强制通风阀带出油底壳,进入到发动机气缸里烧掉。所以天生涡轮这种进气形式就比自然吸气的进气形式更容易烧机油,就好比说大高个天生打篮球更占优势一样的道理。注意老夫说的是涡轮天生更容易烧机油而不是一定烧机油,根本原因还是在于活塞环窜气不窜气,如果不窜气涡轮机也不会烧机油,如果窜气自然吸气发动机也一样机油烧的飞起。

说了这么多,其实老夫还是告诉你,其实给一个发动机装涡轮,一点都不省时省力,其实还是得对发动机做各种强化,工艺难度一点都不低。再加上涡轮这个零部件加工难度比较高,世界上只有几家比较好的涡轮制造厂家,大家都得从这几家买涡轮来用,这就更增加成本了,尤其是中国车企的全部涡轮几乎全是从外国买的,而且这几家比较大的涡轮厂家都是由其他车企控股来控制的,其实就相当于中国车企去外国车企那买涡轮。

老夫前边讲了这么多就为了告诉你,发动机这三大方向:增压、高转速、大排量,哪个方向也不简单,要说难度低点了也就是大排量多缸的方向了。首先你得承认高转速发动机和增压发动机都是普通自然吸气发动机发展而来吧?而且因为高转速和增压都需要各种工艺在原有自然吸气发动机的基础上做各种强化。而你如果采用大排量多缸的这种方式,你最起码只是增加了设计难度而不用增加工艺难度啊!你通过多加俩气缸就能达到增加功率的效果,而规避了很多对发动机部件的强化,所以事实上多缸大排量还算是难度相对好走的方向,而中国智障排量税直接堵死了多缸大排量这个方向,剩下高转速和增压你告诉我哪个你玩的转?由于各种工艺问题,现在国产发动机没有一个能二挡7200干人的吧?国产发动机有那个红线能到6500转的?没有吧?所以高转速你国车企玩不转,那就只剩增压这一个方向了,增压你就玩的转了?机械增压您嫌弃费油,涡轮增压的核心部件涡轮你是不是得去人家那买去啊?世界五大涡轮厂家,全部由世界各大车企控股,人家想打压你就打压你,你能好受的了?

再说了过去人家几十年玩自吸的时候,积累了大量强化发动机部件的工艺和经验,这些经验都可以用在涡轮机和高转速发动机的强化上,不然你以为涡轮发动机和高转速发动机凭空就这么强啊?那都是过去造自吸时候一点一点积累起来的。中国车企根本没有过去这几十年自吸的经验,你就想直接让他们玩涡轮,还没学会走呢就想学会跑,那怎么可能?车企玩不转涡轮和高转速,你又用排量税来堵住大排量的路子,那中国汽车发动机还发展不发展了?

翻回来咱再说排放,不管哪种发动机,都是有排放国标卡着呢,大家都是国五,谁比谁污染大?说大排量自吸污染大的那是你傻X看不懂排放国标,排放国标就是严格按照单位排放量的污染多少来制定的,大家都是一样的标准谁比谁污染大?某些傻X说大排量自吸尾气量多污染,我就问问你这尾气哪来的?烧多少汽油有尾气,涡轮机不烧油,凭空就能多出来动力?还要你1.6升的发动机一天跑500公里,百公里6个油,一共烧了30个油,和7升的发动机一天跑了100公里,百公里10个油,谁烧的油多?谁排放的污染多?

什么?你说7升这么大的发动机不可能百公里10个油?我问题你,如果慢慢开不飙车,同样车重同样的动力输出,大排量发动机仅仅是比小排量发动机的机械效率低一点点,能比小排量发动机多烧多少油?你小排量发动机输出大排量发动机这么大动力试试看?

既然说到动力了,我就问你排量税,你这样压着发动机排量的发展,那将来中国发动机准不准备走向高端?准不准备走向世界?你的排量税让国产发动机永远在1.6、1.8、2.0这样的排量徘徊,永远在100匹马力到200匹马力之间叹气?我就问你排量税一直压制大排量发动机发展,中国车企造不好3升V6的自然吸气发动机,将来怎么造的出来3升V6的涡轮发动机?造不出来大排量发动机你的大型车辆和高端车辆拿什么做动力?你就永远在低端车廉价车那徘徊么?中国车企永远不造跑车和大型全尺寸SUV么?

央视纪录大片《军工记忆》

军工记忆 http://www.bilibili.com/mobile/video/av4261975.html

工业重在积累,要一点一点踏踏实实的走,给你个中国央视纪录大片《军工记忆》连接,你好好看看中国的军工是怎么走过来的,全是老一辈军工人血汗努力干出来的,没有一点投机取巧,根本就没有什么弯道超车。汇集了国家最尖端力量的军工行业尚且如此,你小小的汽车业又有何资格敢说自己弯道超车追上国际先进水平?所以踏踏实实干实事,别弄这什么排量税这样的智障政策来压制自己国家的发动机发展,脚踏实地别装逼了。

哦对了,那如果汽车业是为了给雾霾背锅单说,你国雾霾是政治问题而不是环境问题又不是第一天了。还有有中国汽车销量这么多,要是单纯想通过苛捐杂税捞钱也就别说了,那就不是想不想发展汽车工业的事了,而是想怎么捞钱的事了。

至于傻X电动车?呵呵了,被王铜根老师怼的还不够么?

本内容来自汽车之家创作者,不代表汽车之家的观点和立场。
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