车用发动机技术现状分析及发展对策

引言。

中国汽车工业协会统计数据显示,2011年中国汽车产销量双双突破1800万辆。其中乘用车产1448。53万辆,销1447。24万辆,同比增长4。23百分号和5。19百分号,商用车产393。36万辆,销403。27万辆。汽车保有量为论文网1。06亿辆,首次超过1亿,而到2015年预计汽车保有量将达到1。5亿辆。在汽车市场快速增长的拉动下,自主品牌乘用发动机,尤其是轿车发动机产销量出现了明显增长,市场份额不断扩大,但轿车发动机及商用车柴油机的核心技术,如涡轮增压技术。燃油电喷技术。高压共轨技术等仍掌握在外资企业手中。当前正是十二五“规划的开始,自主创新,提高国产自主品牌汽车的占有率是十二五“汽车工业规划的重点任务,2015年,中国将促进汽车产业与关联产业。城市交通基础设施和环境保护协调发展,从汽车制造大国转向汽车制造强国［1］。

1车用发动机技术发展现状。

自主品牌轿车发动机基本是在10年前开始发展起来的,尤以奇瑞。吉利。长城。华晨和江淮等企业为代表。尽管10年间,自主品牌轿车发动机在国家政策的大力支持下,取得了较快发展,年产量达到了200多万台,但产量与技术水平都与合资品牌存在着一定差距,尤其是发动机高压共轨。涡轮增压等关键技术［1］仍主要掌握在外资零部件企业手中,国内只有极少数自主品牌零部件企业掌握了这些技术。加快发动机关键零部件技术的开发,是业内十分关心的问题。

1。1自主品牌轿车发动机产量及技术有所提高。

从中汽协的统计数据看,2011年自主品牌乘用车共销售611。22万辆,自主品牌轿车共销售294。64万辆,自主品牌企业的轿车产销量不但逐年有明显增长,而且发动机技术水平也有了大幅度的提高。2007年江淮汽车公司推出两款自主研发和制造的新款发动机2。4CBR及2。0T发动机,在节能及动力提升方面获得重大技术突破,处于国内领先。世界同步水平。其中2。4CBR发动机性能优越,比同排量发动机节油10百分号左右。在此之前,国内还没有自主研发的CBR发动机量产,江淮汽车2。4CBR发动机量产标志着中国高性能发动机的研发。生产有了重大突破,达到世界先进水平,进一步缩小了发动机研制与世界先进水平的差距。

1。2商用发动机以自主品牌为主。

目前在中国商用车发动机市场,80百分号以上的发动机为自主品牌,这和中国汽车工业起步初期首先上马载货车有直接关系。自主品牌商用车发动机技术水平在改革开放后有了大幅度提升。20世纪五六十年代,国内商用车发动机开发以仿制为主,80年代改革开放后,随着引进技术,消化吸收,国内商用车发动机制造水平逐步提高,目前一汽。东风。潍柴。玉柴。锡柴和上柴等企业的商用车发动机制造技术,已接近或达到了世界先进水平。2010年国内自主企业制造的商用车发动机销量达到400万台,比2009年增长了30百分号。

1。3轿车发动机以外资和合资品牌为主。

因历史原因,的轿车发动机大多是改革开放后引进或合资开始起步的。如一汽大众。上海大众。上海通用。一汽丰田。广本。长安福特。一汽马自达。北京现代。东风日产等。而自主品牌,如奇瑞。吉利。长城。华晨和江淮等,基本都是2000年以后发展起来的。因此,无论从技术还是产量上,与外资品牌相比,自主品牌都存在着较大的差距。目前,轿车发动机,外资及合资品牌约占70百分号的市场份额。外资。合资企业目前不但在轿车发动机市场所占的份额大,且在技术上不断升级。

2国产车用发动机存在问题分析。

2。1国内市场现状是主要因素。

企业为自己的新车型选择什么样的发动机,完全是市场行为,只要能够满足法规要求,不影响整车性能,都是可以的。事实上,也确实有不少企业采用的是这样的经营路线。比如北京吉普的2500,沿用了原来BJ7250EL超级切诺基的发动机。上海通用的君威,部分车型发动机的指数也与原来该厂生产的别克系列惊人地相似。而近年来在国内市场十分抢眼的一些低价位SUV能够保持低价,其原因也就在于发动机。底盘等重要部件都是成熟产品,单件价格比较低。

部分业内人士在看待发动机技术水平时,更多地考虑了国内的一些实际情况。国内油品的质量是外方选择发动机的主要考虑因素之一。国内油品质量低是有共识的,如果在现在这种情况下将在欧洲市场上畅销的柴油发动机拿到中国市场,对企业来说,是要冒很大风险的。现在在欧洲市场,装备柴油发动机的轿车已经占去年轿车销量的60百分号,可是为什么没有一家欧洲企业在中国市场推出其柴油发动机。合资伙伴的实力也是外方考虑得比较多的。最明显的例子就是天津丰田。威驰使用的并不是著名的VTT－i发动机,而是5A发动机,据分析其中很大的一个原因是国内企业的实力不够。如果将VTT－i发动机拿到中国,而合作伙伴的装配技术不够。今后发动机出了问题还是小事,把自己辛辛苦苦创立的品牌形象毁了才是大事。

其实对国内企业来说,他们也不是不想用新技术,在市场竞争中占有先手毕竟不是坏事,但是其中涉及到的问题却是他们不得不仔细考虑的。以宝来为例,在国内这些生产的车型中,宝来的技术含量最高。它的发动机使用了可变歧管长度和可变气门正时技术,国内的发动机技术就属他们的最好了,但是,高技术含量是有风险的,问题就在于技术含量越高,国产化的可能性就越低,一旦出了问题麻烦就越大。由于技术含量高,而又无法实现国产化,宝来的发动机及其相关零部件必须进口,而零部件周转周期高达6个星期。

2。2国内自主企业进展缓慢。

高压共轨电喷等发动机关键技术［2］,开发难度大,技术要求高,致使该技术在自主研发过程中进展比较缓慢。排放标准的提升必然推动发动机技术的发展。对于汽油发动机,由于技术相对成熟且有后处理,因此满足目前排放标准难度不大,对于柴油发动机,由于目前大部分还是机械式燃油系统,且柴油机直喷技术发展历程较短,因而为满足排放标准要求必须重新设计发动机。目前大部分采用引进技术来满足现阶段排放标准,但也有部分企业在进行自主研发,如中国一汽无锡油泵油嘴研究所。成都威特公司。辽宁新风集团等,部分大学。研究所和企业近年来通过合作或独立自主研发,取得了各具特色的研究成果,并有数十项专利公布。在电控直喷式柴油机方面已积累了一定的经验,但总体来说与国外还存在差距,主要体现在制造工艺和批量生产的质量控制上。此外,国内共轨系统相关配套系统不健全,部分件还依赖进口,如单片机芯片。共轨压力传感器等。

2。3发动机核心技术缺失,关键技术仍掌握在外资企业手中。

2011年车用发动机企业累计生产发动机1671。91万台,累计销售发动机1697。14万台。产销量已位居世界前列,然而,与产销高速增长形成鲜明对比的是,国内发动机企业的产品结构。企业组织结构。工艺装备水平。经营管理水平。创新开发能力和人员素质都不同程度地存在一些问题。最为突出是行业整体规模不小,但水平参差不齐,缺乏具有国际竞争力的产品,自主开发能力较弱,创新能力不足,高新技术仍然依靠国外。国内的制造水平与国外相比还很弱,质量控制。技术人员素质等方面都有很大差距。目前,从轿车发动机来说,国外的技术确实比国内要先进得多。很多企业忙于造车赚钱,对自主开发的问题想得多却行动少。大而不强仍是国内自主品牌发动机企业的软肋。

汽车的核心是发动机,没有发动机的自主技术,汽车工业就是残废的。但是,即使是的自主品牌发动机也不完全是自主的,包括很多国外的技术在里面。目前,国内发动机高压共轨。燃油电喷。涡轮增压［3］等关键技术仍掌握在外资企业手中,自主品牌市场份额少。内燃机行业水平与国际差距确实很大,但造成这种差距的主要原因是发动机相关零部件技术水平不高,如燃油喷射系统。汽油机增压器。柴油机后处理系统等,国内的产品仅能满足中低端市场需求,而高端产品的技术与国际相差甚远,内燃机行业的安全依赖于相关零部件设计制造能力的升级。我们在核心零部件技术上还很欠缺,尤其是在动力系统。电控系统。制动安全系统等方面,与国外发动机技术还存在较大差距,主要表现在产品的自主研发创新能力薄弱,比如由联合电子公司开发的汽车用汽油机电喷系统。控制系统技术来源于德国博世公司;万源德尔福的发动机控制系统来自美国德尔福公司。这两家合资公司外方均占51百分号股份,技术完全掌握在外方手中。一些外资控制的关键零部件企业仍在陆续建立,博世在中国投资建立了柴油机共轨电喷系统公司,博世占67百分号股份,日本电装06年在常州投资5480万美元独资建立了共轨电喷工厂,美国新亚公司07年在湖南衡阳建立了控股的柴油机电控单体泵工厂。

车用发动机行业外商独资。控股趋势明显,如德国大众与一汽在大连建立的大众一汽发动机(大连)公司,大众占60百分号股份,上汽与德国大众建立的上海大众动力总成有限公司,德国大众也占60百分号股份,广汽丰田汽车发动机有限公司,日本丰田占70百分号股份,韩国现代在山东日照建立的威压发动机(山东)公司,韩方绝对控股,菲亚特动力科技有限公司独资在重庆建立的轻型柴油机厂,此外,在一些发动机零部件领域,外资也在扩大市场,并购趋势明显。

近几年一些科研机构在自主研发内燃机燃烧和控制技术方面做了大量工作,其中包括高压共轨等技术的开发,但进展速度不是很快,在汽车及汽车发动机领域,一些关键零部件技术大多仍由外方控制,如发动机电喷系统,目前国内由博世。德尔福。电装。西门子等外资公司控制,虽然有一些企业为中外合资企业,但在技术上中方没有话语权。执行国Ⅲ。国Ⅳ排放标准,柴油机必须采用高压共轨电喷或电控单体泵技术,而目前这些技术自主品牌所占份额很少。

2。4发动机测试技术与设备主要依赖国外。

汽车技术的发展很大程度上取决于发动机试验技术的发展。国内外技术处于领先地位的汽车公司都拥有先进的发动机测试技术和完整的试验设施,尤其拥有相当数量试验台架组的发动机实验室。发动机测试技术是汽车测试技术的一个重要组成部分,也是最复杂的一个部分。经过多年的积累,汽车发动机行业已建立了比较完整的试验体系,包括性能试验。可靠性试验。排放试验等专项试验标准。其中既有国家标准和行业标准,也有各企业内部的标准。随着技术引进和技术交流的开展,大部分的试验标准已采用了国际先进标准,这大大促进了发动机测试技术及发动机行业的进步,缩小了汽车发动机行业与国外的差距。

与国外先进水平比,国内汽车测试技术与设备仍还存在较大问题。汽车测试设备的性能。精度和质量水平还较低,可靠性较差,软件控制技术水平还有待提高,目前国内汽车发动机厂用于产品开发的测试技术和设备普遍依赖进口。要改变国内汽车测试技术与设备落后现状,除国家给予自主企业一定政策与资金的支持外,企业也应在发动机自主研发上多下功夫,因自主开发其中很重要的一点是要进行试验研究,要有相应的试验设备和测试设备,自主研发能力的提高将带动测试设备更新上台阶,这是相辅相成的。自主整车及发动机企业,应加快开发高技术含量的测试技术与设备,克服产品和技术依赖进口的现状,增强国家竞争力。

3提高车用发动机核心技术的解决措施。

3。1以电控技术为突破口加快自主研发。

经过近几年的快速发展,国内汽车汽油机企业已熟练掌握了四气门。无声链条传动。液压挺杆。铝合金气缸体。塑料进气歧管。汽油机增压。可变配气相位。燃烧过程控制等先进技术［4］,使这些原本只在合资品牌的高端产品中才采用的技术成为国内新投放发动机的主流技术。另外,可变气门升程。可变进气歧管。汽油机缸内直喷。两级增压等先进技术也开始在自主品牌汽油机中应用,有的已开始市场化。在柴油机市场,我们与国外产品相比仍具有一定优势。这得益于两方面原因:一是原有柴油机使用车辆大多是自主品牌,二是柴油车使用车辆的舒适性要求不高,价格低廉,国外公司与中国企业竞争不占优势。

目前国内柴油电控系统主要有共轨电喷系统。电控单体泵。电控泵喷嘴等,和国外先进技术比,虽然国内企业还不具备对等的实力,但发展势头良好,如江苏无锡油泵油嘴研究所研发的共轨系统已在无锡公交车上使用,电控共轨柴油喷射。电控泵喷嘴。多气门。涡轮增压中冷。尾气净化技术。燃烧过程控制等主流技术已被玉柴。锡柴。潍柴等国内各大商用车柴油机企业所掌握,国内商用柴油车企业在加快技术升级的同时,积极加强和国外柴油机企业合资合作的动向,提升了产品的技术水平。

3。2建立外资合作共用开发平台。

面对合资车型先进发动机带来的出色性能,很多自主品牌企业意识到自己的不足,一些具有一定实力的企业纷纷开始自主研发高性能发动机,但自主品牌在高性能发动机方面几乎没有任何技术积累和开发经验,在这种情况下,国内企业采取的办法是与国外一些发动机技术公司展开合作,共同开发全新的高性能发动机,比如奇瑞和江淮分别与奥地利AVL李斯特内燃机及测试设备公司合作,长安和华晨与德国FEV公司合作,力帆与英国RIARDO公司合作,华泰与意大利VM公司合作,长丰猎豹与菲亚特动力技术有限公司合作等,柴油机发动机产品技术来源见表1。

目前已经投产的有奇瑞。长安。华晨等自主品牌发动机,这些发动机各项技术指标都达到了很高的水准,甚至超过了很多合资车型。不过参数的好坏并不能完全体现发动机的性能,后期的调校。匹配也很关键。在这方面,自主品牌同样没有太多经验,有些合作开发的新发动机参数指标非常突出,但实际表现却并不出色,这主要是因为匹配不合理导致的,可见在调校。匹配方面还需要一个积累和完善的过程。这种开发模式能够以较先进的技术和性能提高车型的竞争力,也可以在合作过程中积累到更多开发经验,为以后独立开发新产品打下基础。

3。3建立技术创新战略联盟。

整合内燃机优势产业资源以及大学。研究所等创新资源,以研究满足日益严格的排放法规。油耗法规和降低排放CO2为目的,开展以高效清洁燃烧技术。控制技术。高功率密度与爆燃等关键共性技术攻关,突破燃油喷射系统。增压器。后处理器等产业发展瓶颈。同时,实施技术转移,加速关键共性技术科技成果商业化运用,提高节能环保内燃机自主开发能力和技术创新成果的辐射能力,推动节能环保内燃机产业结构调整和升级。

4结论。

汽车发动机决定了汽车的质量,是汽车的核心。

打造优良的汽车发动机成了提升汽车质量品牌的关键。国内无论是整车企业还是专业的发动机制造企业都在加大研发力度,以求在激烈的市场上占据一席之地。发动机发展到今天,应该说达到了近乎完美的境界,纵观它的成长历史,几乎是在它的动力性。经济性。环保性三角的斗争中度过,但是它依然那么执着,依然在不断地吸收新技术。在能源危机的不断加剧和汽车尾气排放法规越来越严格的形势下,未来车用发动机的发展关键是提高能量利用率和降低污染物的排放。

参考文献。

1谢程宁,苏丽萍,宁智。车用柴油机技术现状及发展趋势［J］。山东内燃机,2005(3):1～5

2蒋德明,陈长佑,杨嘉林,等。高等车用内燃机原理［M］。西安:西安交通大学出版社,2006

3张俊红,李志刚,王铁宁。车用涡轮增压技术的发展回顾。现状及展望［J］。小型内燃机与摩托车,2007(1):66～69

4田晋跃。现代汽车新技术概论［M］。北京,北京大学出版社,2010(收稿日期:2012－04－06