国产汽车发动机与外企的差距

来源:智汇工业

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关键词:国产 外企 汽车发动机

    众所周知发动机是汽车、航空领域的核心技术,也是国内一直在攻克的难题,今天我们从技术方面分析一下为什么我们还没有造出优秀的发动机。

    最先进的汽车发动机在哪里

    德国从1880年到现在积累了百余年工业经验,发动机世界领先并不意外。德国发动机很优秀,尤其是大排量发动机,大马力操控性和安全性非常好。无论碰撞测试还是各国分别进行的质量评估,都一直位居前列。在德系车中奔驰体现出设计者对汽车的真正理解和真正实力,百年品牌,百年沉淀,实力不凡,当之无愧地成为德系三驾马车之首。

    美国福特1.0L三缸发动机曾获得2014年度最佳发动机大奖。福特在涡轮之路上走得不算最早的,但福特却在小排量涡轮增压的研发上抄了近道。在四缸小排量发动机越来越火的时候,福特潜心研究一度不被人看好的三缸小排量发动机,并解决了三缸机固定的噪声、振动等一系列问题,蝉联发动机年度大奖。美国目前最先进的发动机是涡轮风扇发动机,而做涡扇发动机做的最好的是美国的GE公司;当然,这种发动机是用在飞机上的,这是题外话。

    在亚洲还要说说日本车,日本车讲究省油。所以你就会发现日本车大部分比德国车轻了许多。日本在20世纪60年代,发动机、变速箱等技术方面水平远远不如德国、美国,日本汽车公司选择了外形模仿,内在锐化。在20世纪60年代,日本因为国土面积小,资源与能源贫乏,所以很谨慎开发大排量车型,日本汽车的总体特色是注重经济实用,更加追求良好的性价比,成为节能、降耗的先行者。

    石油危机之后,美国一部分家庭难以承担高昂的油费,选择了日本汽车代替大排量美系车,而在欧洲注重节能减排之后,日本车又进一步抓住了欧洲市场,一跃成为世界汽车工业的巨头。而这种坚韧不摧的发展主要得益于汽车制造厂商的两种汽车生产管理体系。一是“全面质量管理体系”;二是“准时供应”即精益生产方式。日本的成功经验值得借鉴,日本车企对市场定位准确。

    很多优秀的发动机都来自于日本和德国,比如日本本田的2.4L自然吸气发动机,德国奔驰的M274发动机,保时捷的水平对置发动机。

    自主品牌与外企的差距

    中国自主发动机与这些优秀品牌的差距体现在多个方面。

    一、先说钢铁的锻造工艺。发动机工作需要很大的承载力,所以说现在的缸体都是一体浇筑成型,在超高温浇筑过程中,液体金属倾倒在磨具中需要冷却成型,这个过程需要排气,如果空气不能及时的排出,就会有缺陷的产生,而金属长时间工作又会产生疲劳,所以说强动力、强扭矩的发动机我们暂时没有,因为他们需要更低的缺陷,更极限的金属疲劳。

    锻造工艺影响着引擎,同时零部件的加工也影响着发动机的性能,同样的切线不同的设备打造出来,质量就是有很大的差距,因为发动机内部要求极高的精度,一台发动机跑上20W公里放在现在真的不算个事儿,活塞在内部不停的往复,需要更好的精度。精度不够高的引擎,20万公里之后油耗大、噪音大、动力衰减,一部分是精度不够高决定的。国内主流的切割设备与刀片都是进口而来的,还略显被动。

    二、超精度的组装水平。很多朋友都发现,日本车发动机不能拆,一旦拆了性能于可靠性大打折扣,导致很多日系车越修越差。因为日系发动机组装都在超低温的情况下完全,热胀冷缩的原理使得零部件的间隙更小,常温下接缝更小。即使百万次运动之后,他们依然能保持着高精度的精密性,国内的无尘组装车间我们也有,高标准的制度我们也有,但是工作人员呢,劳斯莱斯都是纯手工打造,每一台车型上都有他们独特的标志,代表着匠心文化,高素质的技工我们也有,但是数量比不上日德系。

    三、优秀的供货商。大众造车近百年,丰田造车70年,他们都有完善的零配件供应商,能够密切的配合车企的研发工作,长期稳定输出优质的零配件,举个例子来说,早期的奇瑞轿车三大件绝对没问题,但是三大件之外的其他配件实有故障发生,不是升降器故障,就是大灯故障,这些故障都来自于供货商,同理发动机的性能优劣,供应商是否给力,也有一定的影响。

    我国的汽车发动机产业起步晚,基础弱,我们专注于搞经济而忽视了基础产业,在汽车发动机的制造上差距很大,主要表现在如下几个方面。

    1)技术理论,这个是最欠缺的。2)制造水平,我们现在所生产的发动机与国外原装进口发动机还是有很大区别的,主要体现在生产线建设、机械加工、铸造水平及尺寸控制等。而且机械加工和铸造一般都是用国外的设备,主要以德国和日本为主。3)同样的设计水平下,不同工厂生产出来后,可靠性和性能水平还是存在差距的,用同样的设备也不能弥补这个差距。4)我们缺的是底层的技术工人,技术工人的水平至关重要。5)出于成本考虑,一些材料用得不到位。6)部件供应商水平不到位,毕竟发动机是系统工程,目前国内一般以外国的原型机为基础开发自己的机型,那么在这个过程就可能出现一些问题。7)企业重视效益,缺乏持续发展的动力。

    中国品牌造不好发动机的深层原因

    首先要区别两个概念:science和engineering。科学是共享的、透明公开的,但是工程学却是保密的、私有的。

    发动机的原理可以说是极其简单,而且这个原理在内燃机存在的200多年里从来没变过:燃料燃烧致气体膨胀推动活塞做功。但是science说起来容易,如何用这些人类都知道的白开水一般的理论做出按人类意志行为的工程却完全是另一回事:如何把功率提上来,重量减下去,寿命延长,效率提高可以说是无穷无尽的漫漫长征。

    科学我们都可以学得懂,我们国家的高等科学教育也可谓非常成功,但是传统工业的工程学教育可以说是一塌糊涂,生产技术和理论严重脱节。

    在人类进入电气时代之前,西方国家有一段特殊的时期,这段时期是机械工业飞速发展的一段时期,被誉为“大蒸汽时代”。这一时期内几乎所有能动的东西都是齿轮机械,其繁荣程度前无古人,后无来者。

    由于我国没有接受这一时期的洗礼,基本上没有任何技术积累。而工程积累的核心就是两个字:秘方。无论是做饭、酿酒、制药还是冶钢、加工,其技术本质不外乎这两个字。而秘方则是完全私有的,一般由家族或公司的形式来传承。传承需要时间沉淀,也需要民族氛围。一个崇尚速度,敢于挑战人类极限,敢于质疑权威的民族,才会有足够的动力去研发这种铁与火的机器。这一点我们做得很不好,我们的教育似乎不太鼓励培养这种冒险精神。

    国产发动机的生产瓶颈有哪些?

    1)金属铸造

    发动机气缸主体和其他简单结构件一般使用金属浇铸成形,具体过程又分高压铸造和低压铸造。金属融化成液体倒入模具,此过程难点在于降温凝固过程中残余应力、排气、脱模剂喷淋等导致缺陷的发生,缺陷降低了成品率,而且严重影响寿命,因为金属铸造最怕缺陷。

    其次,金属材料自身的品质要求亦极高,一般是铸铁或铸铝,高品质的浇铸原材料我们不行,需从国外进口,但最近国家加强了对高品质铸铝原材料的研发,以满足航天航空的需求,将来可能会给汽车产业带来福利。

    再次,压铸模具和压铸机。世界最好的是日德,之后是意大利,再后是其他。模具要精密,耐用,适应自动生产,不能说铸造了几个模具就断了、漏了,再或者只能人工看着掌握火候那可不行。

    金属铸造问题是个天大的问题,毫不客气的说是中国从古至今的问题,从宝剑对抗圆月弯刀,到现在的发动机制造,都是这个问题。这套技术是典型的蒸汽时代的产物,是所有现代工业的底子,现在他们已经配合上了电气产业和计算机信息产业,更是如虎添翼。

    2)机械加工

    要有上好的车床、车刀、车工。车床和车刀起码还能高价从德国买到,但是车工就是个问题了。同样一个零件,选择不同的方向和走线切出来,寿命却明显不同。这些技艺,怎么办。发动机的活塞要在缸孔中千万次的来回运动,其误差要求极高,其壁表面加工要求一种工艺,叫做珩磨,保证缸孔表面耐磨而且还能附着一层油膜保证密封性能。

    这时珩磨的材料、工艺、方向又来了。此过程走不好,缸孔哪怕弯那么一点点,活塞千万次的运动便会加速发动机的老化。曲轴孔是多档的间断长孔,尺寸精度、圆度、同轴度、表面粗糙度每一项要求都非常严格。

    3)装配工艺

    看了《速度与激情》就觉得汽车是几个人在车库里面拧拧螺丝、吊台发动机就可以造车的。那些是修车,发动机里面的装配可不是单用手就可以,而是专业的装配工具。这些需要经验,需要技术,更需要时间。

    有些零件需要特定的机器进行安装,甚至螺丝的安装顺序,拧紧的力道都需要经验和仪器。活塞隙如果混入了细小的硬物颗粒,千万次的研磨又会造成多大的损坏?所以装配环境、工艺、设备、技术要求非常高。更要命的是,如果前两步走不好,我们连装配的机会都没得练。

    4)橡胶

    在第3步里面,装配过程中需要用到有机材料。有人说发动机就是钢铁和橡胶的共鸣,不错。说橡胶是内燃机的核心材料毫不为过,无论是气缸的密闭性还是油箱、水箱的密闭性,橡胶都是决定性作用。

    对于汽车发动机橡胶,高品质橡胶我们国产的不行,但是能力正在不断提高。

    5)主要机械零部件

    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算是另一个概念。归根到底还是两个问题:金属材料,机械加工。大家发现了么?制造机器的机器才是最底层、最NB的家伙。

    俗话说,欲先攻其事,必先利其器。所以打铁还需自身硬,底层有了,什么都有了。日德美俄意法英的锤子可是磨了很久了。

    6)技术封锁

    前面说的是技术问题,这个是个政治问题,但是却无法回避。当今社会已是一个高度发达的工业化社会,社会化大分工已经使得各行各业的距离越来越远。所以,任何一个复杂的系统性产品都不可能自己生产所有的零件。

    Google不可能为提高计算速度自己生产所有的处理器,GE不会为航空发动机研制更纯净的燃油,米其林轮胎不可能自己种橡胶树。因为社会要分工,只有分工才能更专注。那么要想组织这么分散的资源生产出自己的产品,组织本身就成了一种能力,所以现代统治阶级之所以能够统治,不是因为垄断了生产资料,而是垄断了组织生产的能力。

    企业也一样,任何一个优秀的企业都是自己具有某一部分的核心技术,然后将其他非核心组件外包,形成共赢的盈利形势。全球已经形成了一个复杂的供货链条,全球化大范围的分工与合作已经是常态,但是唯独对中国,这些关系链条像着了魔似的纷纷瓦解。

    为什么,想必都知道。比如上面提到的铸造模具,日德压铸模具只卖本国企业,其他国家想买都买不到。但是我们不能拿这个问题当挡箭牌,唯有自己拥有核心科技,别人才会看得起我们,才存在合作的价值;否则别人看上我们的永远只是人力而已。

    7)“市场换技术”的战略失误

    “市场换技术”是指80年代后期到2001年中国入世之间,中国政府允许外资入华修建汽车合资工厂的战略决策,前商务部长的吕福源这样解释:“中国必须有自己的骨干企业,合资必须建立在双赢的基础上,按中国的长远利益搞。我们让出巨大的市场,我们就有资格要技术、要利润。”

    也就是说,我们开放市场,为的是换取技术。事实上,这是一个幼稚的、停留在宏观上的理论性假设。首先,中国开放市场,是大趋势。不论什么目的,市场都会开放。其二,大大低估了科技的价值,换技术是一厢情愿。那些重要技术的价值之大恐怕会吓到所有人,远不是卖几百万辆汽车的钱能买到的。

    核心技术的进步永远不要期望别人会给我们,还是那句话,没有捷径。把技术进步寄托在别人身上是不靠谱的。正是这种“市场换技术”的借口,扼杀了自主研发的动力。

    我们要想真正造出一个100%的汽车发动机,是需要几代人共同努力的。庆幸的是,现在工业的发展已经基本步入正轨了,中国自己的汽车品牌也慢慢形成:比亚迪、奇瑞、长城、吉利、江淮等。期待有一天,TopGear榜上也能看到来自中国的速度。

    国产发动机的水平究竟如何?

    有人说中国造不出发动机,这不对。我们有自己的自主发动机。随着我国宏观经济保持持续健康稳定发展,我国汽车发动机水平近年来保持快速发展。中国有六大自主汽车发动机:奇瑞ACTECO和SQR481F系列自主发动机、荣威KV6、海马HA1.6系列自主发动机、吉利CVVT、华晨1.8T和长安志翔2.0。

    奇瑞自主研发的发动机就做得最好。奇瑞ACTECO发动机,第二代已上市(配2011款的奇瑞A3),采用了DVVT技术,达到国际先进水平;第三代也已上市。吉利汽车有远景以及帝豪EC7等车型配备吉利自主研发的发动机。长城汽车,自研的GW4G15发动机,腾翼C30、绚丽、酷熊等车型配备。还有长安汽车,也有自主研发的东安动力M系列发动机。一汽、奇瑞、东风、吉利、比亚迪、长安、昌河、长丰和长城这些厂家都有自主研发的发动机。

    现在绝大部分自主车企都可以自己研发、制造发动机,但是在一些细节上,在技术水平上,与外企还有一定的差距。这些差距体现在多个方面。

    1)中国一汽

    集团背景:共和国长子。与合作伙伴大众、丰田、马自达等成立了众多合资公司。小排量发动机质量稳定,大排量发动机实现了“零的突破”。

    小排量发动机,以借鉴合作伙伴为主,没有技术亮点,但质量稳定:旗下奔腾使用马自达6平台进行开发;2.0T发动机,参考大众EA113(老帕萨特,老A6上面的那款2.0T);骏派的1.5的发动机,借鉴的是丰田的5A系列。

    一汽自主研发的大排量发动机,主要用在它旗下高端定位的红旗品牌上,比如3.0升的CA6GV系列的V6自然吸气发动机、装配在红旗L5上面的4.0升V8双涡轮增压发动机,6.0升的V12自然吸气发动机。它们都是全铝设计,双ECU控制,气门正时。不足在于,较之于国外竞品,动力有所欠缺。

    2)东风汽车集团

    集团背景:合作伙伴包括日产、本田、起亚等,2014年注资8亿欧元(大约相当于75亿人民币),获得了标致雪铁龙集团14%的股份,和法国政府共同成为标致雪铁龙集团最大的股东。东风汽车车系多,比如风行、风神、风光、风度、启辰等,各自装载的发动机也有所不同。

    东风风神旗下部分车型搭载的是自主研发的e-TECO发动机,这款发动机具有“三高两低”优势,即“高动力性、高燃油经济性、高可靠性和低噪声、低排放”,最大功率为85kW,最大扭矩则达到145N·m。

    除了自主研发的发动机,东风的不少车型直接使用三菱、日产、标致雪铁龙的发动机,比如东风风行中老三菱系发动机很常见,此处就不再赘述。

    3)上汽集团

    集团背景:2018年美国《财富》杂志公布的世界500强排行榜,上汽集团名列第36位,在此次上榜的中国企业中排名第9,在全球汽车行业中名列第7(先不论其他,赚钱是一定的)。

    要说上汽的发动机研发能力,就不得不提到一段收购往事:2005年中国南京汽车集团正式成为英国百年老厂罗孚汽车公司(路虎前东家)和其发动机生产分部的买家。严格上来讲,罗孚被拆成3部分,技术和车型卖给上汽,生产线卖给南汽,品牌最终被福特收回。2007年南汽最终并入上汽,罗孚在中国“合二为一”,上汽荣威就是基于罗孚技术核心而生产的。

    就发动机本身来看,上汽的2.0T在数据上可以和国内主流合资车一较高下,据说其CSA7152SDAQ发动机已经媲美本田发动机的功率了。

    在柴油机方面,根据相关报道,最新的“上汽π”发动机,是一款针对“全球最严”国6b排放法规正向开发的,拥有澎湃动力的静音柴油机,达到国内领先、具备国际水准,将为全球用户带来比肩国际顶尖2.0T柴油发动机的使用体验。

    4)广汽集团

    集团背景:广汽进入汽车制造领域的时间比较早,但是真正投入国产自主研发的时间较短。前期与本田、丰田合作积累了丰富的技术储备;早在2006年就拿到菲亚特的发动机技术,菲亚特将自己的FamilyB系列发动机卖给广汽,成为其技术来源。

    传祺品牌车辆在2010年投产,作为第一款自主汽车,传祺通过使用成熟品牌平台开发。10年刚刚推出时,宣扬“意大利血统”,的确也是这样,早期传祺底盘发动机技术使用意大利名牌阿尔法-罗密欧166车型底盘技术进行自主研发。

    广汽自主研发的发动机已到第三代,有不少技术创新,如自主研发的燃烧室控制技术GCCS,有高达35MPa的直喷系统,能减少喷油油滴的直径,提高缸内平均温度,促进燃烧、降低排放。

    广汽传祺1.5T的发动机数据很牛,最大扭矩235N·m,而且最大扭矩区间1450~4200r/min,比丰田思域、福特的1.5T发动机的数据厉害。

    当然,参数之外,看实测会发现,装配1.5T发动机的GS4/GA6加速(百公里加速11秒多)却比思域差。同样都是轿车,传祺GA6的整备质量是1518kg,东本思域的整备质量是1306kg,相差212kg。

    5)吉利集团

    集团背景:吉利近年来大动作频频,在全球范围收购。“买奔驰也就是图个吉利”等段子,我们也耳熟能详。除此之外,2010年吉利花了15亿美元(相当于90亿人民币)从福特手中收购沃尔沃,沃尔沃目前已是吉利的全资子公司,但其核心技术尚未被吉利吸收。领克是与沃尔沃合资,用了一部分沃尔沃技术。

    吉利1.3T发动机是完全拥有自主知识产权的第一款增压发动机,放在帝豪和帝豪GS上面,用了复合材料的隔热罩、可变气门正时这些主流技术,还对整个发动机进行了NVH的优化,发动机运转的噪声控制不错。吉利1.8T参考了大众的设计,但在变速器的匹配方面有提升空间。

    吉利尝试过研发大排量发动机。吉利博瑞的顶配车型装的3.5升的V6发动机,脱胎自丰田2GR系列发动机,运用双可变气门正时、RLFS无回路供油系统、可变进气歧管等技术,是国内大排量发动机的代表之一,但这款发动机市场表现欠佳,目前已经停产,也未再用于新车型。

    6)长安集团

    集团背景:长安汽车重视自主研发投入。每年,长安汽车会将利润的5%作为研发资金投入,并在全球建立起了研发中心,比如美国研发中心主攻底盘,都灵研发中心做整车设计,英国研发中心注重发动机、变速器等动力系统的开发。博采众长,力求将先进的技术收入囊中。

    BlueCore系列发动机是长安发动机的明星产品,特点“劲、净、静”——发动机动力强劲,功率与加速性能领先;实现了更洁净的低排放,满足欧V标准,可升级到欧VI;优异的NVH静音表现,在各系统上采用先进的降噪结构。另外,在轻量化方面,BlueCore发动机采用了全铝缸体和缸盖,比国内同等排量发动机轻30kg左右。

    长安发动机同样有不足之处,车质网上关于自主品牌发动机的投诉中,长安CS75名列其中,主要问题是机油增多。

    7)奇瑞集团

    集团背景:1997年,奇瑞公司厂房正式破土动工。较之其他国内汽车,奇瑞与发动机明显有更深的缘分,奇瑞是先做发动机再做整车的。

    1996年,奇瑞引进了一条福特公司的二手发动机生产线,由于没有掌握组装生产线的核心技术,奇瑞不得不与英方达成了一项名为“交钥匙工程”的协议。后奇瑞下定决心自主研发,1999年,企业历史上第一台发动机点火成功,奇瑞正式踏上了发动机研发之路。

    说说产品,奇瑞和世界三大权威内燃机研发机构之一的奥地利AVL合作,研发了18款发动机,奇瑞负责前期设计,AVL公司负责后期的调校,起名为ACTECO发动机,菲亚特、川崎等车企都是这款发动机的客户。而此后的第三代发动机在热效率方面超过了37%,与本田思域搭载的1.5T发动机表现接近。

    8)长城汽车

    集团背景:1984年成立。它在管理上学习丰田,技术路线上跟随大众,是自主车企中第一家有自己发动机厂的公司(2000年),很早就研发出了1.5T发动机。

    长城汽车与三大权威内燃机研发机构之中的两家都有很多合作:代号GW4C20的2.0T发动机是直接委托给德国FEV内燃机公司来研发的,长城与英国里卡多同样有合作。

    发动机参数和国外同排量发动机比起来差不多,比如1.5T的GW4B15发动机和通用1.5T的Ecotec非常接近,但是质量方面有待提升。据车质网,投诉理由中长城的问题主要是主要是异响、抖动和漏油。

    长城早期做皮卡,第一辆皮卡早在90年代中期就下线了,因而它在柴油机方面算得上国内柴油机的龙头。早期的柴油机和博世联合开发,逆向开发了日本的五十铃。现阶段的柴油机是和世界上最大的汽车零部件制造公司之一的德尔福联合开发的。

    (审核编辑: intern-edu)