國產汽車發動機與外企的差距

來源:智匯工業

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關鍵詞:國產 外企 汽車發動機

    眾所周知發動機是汽車、航空領域的核心技術,也是國內一直在攻克的難題,今天我們從技術方面分析一下為什么我們還沒有造出優秀的發動機。

    最先進的汽車發動機在哪里

    德國從1880年到現在積累了百余年工業經驗,發動機世界領先并不意外。德國發動機很優秀,尤其是大排量發動機,大馬力操控性和安全性非常好。無論碰撞測試還是各國分別進行的質量評估,都一直位居前列。在德系車中奔馳體現出設計者對汽車的真正理解和真正實力,百年品牌,百年沉淀,實力不凡,當之無愧地成為德系三駕馬車之首。

    美國福特1.0L三缸發動機曾獲得2014年度最佳發動機大獎。福特在渦輪之路上走得不算最早的,但福特卻在小排量渦輪增壓的研發上抄了近道。在四缸小排量發動機越來越火的時候,福特潛心研究一度不被人看好的三缸小排量發動機,并解決了三缸機固定的噪聲、振動等一系列問題,蟬聯發動機年度大獎。美國目前最先進的發動機是渦輪風扇發動機,而做渦扇發動機做的最好的是美國的GE公司;當然,這種發動機是用在飛機上的,這是題外話。

    在亞洲還要說說日本車,日本車講究省油。所以你就會發現日本車大部分比德國車輕了許多。日本在20世紀60年代,發動機、變速箱等技術方面水平遠遠不如德國、美國,日本汽車公司選擇了外形模仿,內在銳化。在20世紀60年代,日本因為國土面積小,資源與能源貧乏,所以很謹慎開發大排量車型,日本汽車的總體特色是注重經濟實用,更加追求良好的性價比,成為節能、降耗的先行者。

    石油危機之后,美國一部分家庭難以承擔高昂的油費,選擇了日本汽車代替大排量美系車,而在歐洲注重節能減排之后,日本車又進一步抓住了歐洲市場,一躍成為世界汽車工業的巨頭。而這種堅韌不摧的發展主要得益于汽車制造廠商的兩種汽車生產管理體系。一是“全面質量管理體系”;二是“準時供應”即精益生產方式。日本的成功經驗值得借鑒,日本車企對市場定位準確。

    很多優秀的發動機都來自于日本和德國,比如日本本田的2.4L自然吸氣發動機,德國奔馳的M274發動機,保時捷的水平對置發動機。

    自主品牌與外企的差距

    中國自主發動機與這些優秀品牌的差距體現在多個方面。

    一、先說鋼鐵的鍛造工藝。發動機工作需要很大的承載力,所以說現在的缸體都是一體澆筑成型,在超高溫澆筑過程中,液體金屬傾倒在磨具中需要冷卻成型,這個過程需要排氣,如果空氣不能及時的排出,就會有缺陷的產生,而金屬長時間工作又會產生疲勞,所以說強動力、強扭矩的發動機我們暫時沒有,因為他們需要更低的缺陷,更極限的金屬疲勞。

    鍛造工藝影響著引擎,同時零部件的加工也影響著發動機的性能,同樣的切線不同的設備打造出來,質量就是有很大的差距,因為發動機內部要求極高的精度,一臺發動機跑上20W公里放在現在真的不算個事兒,活塞在內部不停的往復,需要更好的精度。精度不夠高的引擎,20萬公里之后油耗大、噪音大、動力衰減,一部分是精度不夠高決定的。國內主流的切割設備與刀片都是進口而來的,還略顯被動。

    二、超精度的組裝水平。很多朋友都發現,日本車發動機不能拆,一旦拆了性能于可靠性大打折扣,導致很多日系車越修越差。因為日系發動機組裝都在超低溫的情況下完全,熱脹冷縮的原理使得零部件的間隙更小,常溫下接縫更小。即使百萬次運動之后,他們依然能保持著高精度的精密性,國內的無塵組裝車間我們也有,高標準的制度我們也有,但是工作人員呢,勞斯萊斯都是純手工打造,每一臺車型上都有他們獨特的標志,代表著匠心文化,高素質的技工我們也有,但是數量比不上日德系。

    三、優秀的供貨商。大眾造車近百年,豐田造車70年,他們都有完善的零配件供應商,能夠密切的配合車企的研發工作,長期穩定輸出優質的零配件,舉個例子來說,早期的奇瑞轎車三大件絕對沒問題,但是三大件之外的其他配件實有故障發生,不是升降器故障,就是大燈故障,這些故障都來自于供貨商,同理發動機的性能優劣,供應商是否給力,也有一定的影響。

    我國的汽車發動機產業起步晚,基礎弱,我們專注于搞經濟而忽視了基礎產業,在汽車發動機的制造上差距很大,主要表現在如下幾個方面。

    1)技術理論,這個是最欠缺的。2)制造水平,我們現在所生產的發動機與國外原裝進口發動機還是有很大區別的,主要體現在生產線建設、機械加工、鑄造水平及尺寸控制等。而且機械加工和鑄造一般都是用國外的設備,主要以德國和日本為主。3)同樣的設計水平下,不同工廠生產出來后,可靠性和性能水平還是存在差距的,用同樣的設備也不能彌補這個差距。4)我們缺的是底層的技術工人,技術工人的水平至關重要。5)出于成本考慮,一些材料用得不到位。6)部件供應商水平不到位,畢竟發動機是系統工程,目前國內一般以外國的原型機為基礎開發自己的機型,那么在這個過程就可能出現一些問題。7)企業重視效益,缺乏持續發展的動力。

    中國品牌造不好發動機的深層原因

    首先要區別兩個概念:science和engineering。科學是共享的、透明公開的,但是工程學卻是保密的、私有的。

    發動機的原理可以說是極其簡單,而且這個原理在內燃機存在的200多年里從來沒變過:燃料燃燒致氣體膨脹推動活塞做功。但是science說起來容易,如何用這些人類都知道的白開水一般的理論做出按人類意志行為的工程卻完全是另一回事:如何把功率提上來,重量減下去,壽命延長,效率提高可以說是無窮無盡的漫漫長征。

    科學我們都可以學得懂,我們國家的高等科學教育也可謂非常成功,但是傳統工業的工程學教育可以說是一塌糊涂,生產技術和理論嚴重脫節。

    在人類進入電氣時代之前,西方國家有一段特殊的時期,這段時期是機械工業飛速發展的一段時期,被譽為“大蒸汽時代”。這一時期內幾乎所有能動的東西都是齒輪機械,其繁榮程度前無古人,后無來者。

    由于我國沒有接受這一時期的洗禮,基本上沒有任何技術積累。而工程積累的核心就是兩個字:秘方。無論是做飯、釀酒、制藥還是冶鋼、加工,其技術本質不外乎這兩個字。而秘方則是完全私有的,一般由家族或公司的形式來傳承。傳承需要時間沉淀,也需要民族氛圍。一個崇尚速度,敢于挑戰人類極限,敢于質疑權威的民族,才會有足夠的動力去研發這種鐵與火的機器。這一點我們做得很不好,我們的教育似乎不太鼓勵培養這種冒險精神。

    國產發動機的生產瓶頸有哪些?

    1)金屬鑄造

    發動機氣缸主體和其他簡單結構件一般使用金屬澆鑄成形,具體過程又分高壓鑄造和低壓鑄造。金屬融化成液體倒入模具,此過程難點在于降溫凝固過程中殘余應力、排氣、脫模劑噴淋等導致缺陷的發生,缺陷降低了成品率,而且嚴重影響壽命,因為金屬鑄造最怕缺陷。

    其次,金屬材料自身的品質要求亦極高,一般是鑄鐵或鑄鋁,高品質的澆鑄原材料我們不行,需從國外進口,但最近國家加強了對高品質鑄鋁原材料的研發,以滿足航天航空的需求,將來可能會給汽車產業帶來福利。

    再次,壓鑄模具和壓鑄機。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,適應自動生產,不能說鑄造了幾個模具就斷了、漏了,再或者只能人工看著掌握火候那可不行。

    金屬鑄造問題是個天大的問題,毫不客氣的說是中國從古至今的問題,從寶劍對抗圓月彎刀,到現在的發動機制造,都是這個問題。這套技術是典型的蒸汽時代的產物,是所有現代工業的底子,現在他們已經配合上了電氣產業和計算機信息產業,更是如虎添翼。

    2)機械加工

    要有上好的車床、車刀、車工。車床和車刀起碼還能高價從德國買到,但是車工就是個問題了。同樣一個零件,選擇不同的方向和走線切出來,壽命卻明顯不同。這些技藝,怎么辦。發動機的活塞要在缸孔中千萬次的來回運動,其誤差要求極高,其壁表面加工要求一種工藝,叫做珩磨,保證缸孔表面耐磨而且還能附著一層油膜保證密封性能。

    這時珩磨的材料、工藝、方向又來了。此過程走不好,缸孔哪怕彎那么一點點,活塞千萬次的運動便會加速發動機的老化。曲軸孔是多檔的間斷長孔,尺寸精度、圓度、同軸度、表面粗糙度每一項要求都非常嚴格。

    3)裝配工藝

    看了《速度與激情》就覺得汽車是幾個人在車庫里面擰擰螺絲、吊臺發動機就可以造車的。那些是修車,發動機里面的裝配可不是單用手就可以,而是專業的裝配工具。這些需要經驗,需要技術,更需要時間。

    有些零件需要特定的機器進行安裝,甚至螺絲的安裝順序,擰緊的力道都需要經驗和儀器。活塞隙如果混入了細小的硬物顆粒,千萬次的研磨又會造成多大的損壞?所以裝配環境、工藝、設備、技術要求非常高。更要命的是,如果前兩步走不好,我們連裝配的機會都沒得練。

    4)橡膠

    在第3步里面,裝配過程中需要用到有機材料。有人說發動機就是鋼鐵和橡膠的共鳴,不錯。說橡膠是內燃機的核心材料毫不為過,無論是氣缸的密閉性還是油箱、水箱的密閉性,橡膠都是決定性作用。

    對于汽車發動機橡膠,高品質橡膠我們國產的不行,但是能力正在不斷提高。

    5)主要機械零部件

    凸輪,曲柄連桿,齒輪組,軸承,鏈條,液壓件,能做出來是一回事,能長時間穩定的使用算是另一個概念。歸根到底還是兩個問題:金屬材料,機械加工。大家發現了么?制造機器的機器才是最底層、最NB的家伙。

    俗話說,欲先攻其事,必先利其器。所以打鐵還需自身硬,底層有了,什么都有了。日德美俄意法英的錘子可是磨了很久了。

    6)技術封鎖

    前面說的是技術問題,這個是個政治問題,但是卻無法回避。當今社會已是一個高度發達的工業化社會,社會化大分工已經使得各行各業的距離越來越遠。所以,任何一個復雜的系統性產品都不可能自己生產所有的零件。

    Google不可能為提高計算速度自己生產所有的處理器,GE不會為航空發動機研制更純凈的燃油,米其林輪胎不可能自己種橡膠樹。因為社會要分工,只有分工才能更專注。那么要想組織這么分散的資源生產出自己的產品,組織本身就成了一種能力,所以現代統治階級之所以能夠統治,不是因為壟斷了生產資料,而是壟斷了組織生產的能力。

    企業也一樣,任何一個優秀的企業都是自己具有某一部分的核心技術,然后將其他非核心組件外包,形成共贏的盈利形勢。全球已經形成了一個復雜的供貨鏈條,全球化大范圍的分工與合作已經是常態,但是唯獨對中國,這些關系鏈條像著了魔似的紛紛瓦解。

    為什么,想必都知道。比如上面提到的鑄造模具,日德壓鑄模具只賣本國企業,其他國家想買都買不到。但是我們不能拿這個問題當擋箭牌,唯有自己擁有核心科技,別人才會看得起我們,才存在合作的價值;否則別人看上我們的永遠只是人力而已。

    7)“市場換技術”的戰略失誤

    “市場換技術”是指80年代后期到2001年中國入世之間,中國政府允許外資入華修建汽車合資工廠的戰略決策,前商務部長的呂福源這樣解釋:“中國必須有自己的骨干企業,合資必須建立在雙贏的基礎上,按中國的長遠利益搞。我們讓出巨大的市場,我們就有資格要技術、要利潤。”

    也就是說,我們開放市場,為的是換取技術。事實上,這是一個幼稚的、停留在宏觀上的理論性假設。首先,中國開放市場,是大趨勢。不論什么目的,市場都會開放。其二,大大低估了科技的價值,換技術是一廂情愿。那些重要技術的價值之大恐怕會嚇到所有人,遠不是賣幾百萬輛汽車的錢能買到的。

    核心技術的進步永遠不要期望別人會給我們,還是那句話,沒有捷徑。把技術進步寄托在別人身上是不靠譜的。正是這種“市場換技術”的借口,扼殺了自主研發的動力。

    我們要想真正造出一個100%的汽車發動機,是需要幾代人共同努力的。慶幸的是,現在工業的發展已經基本步入正軌了,中國自己的汽車品牌也慢慢形成:比亞迪、奇瑞、長城、吉利、江淮等。期待有一天,TopGear榜上也能看到來自中國的速度。

    國產發動機的水平究竟如何?

    有人說中國造不出發動機,這不對。我們有自己的自主發動機。隨著我國宏觀經濟保持持續健康穩定發展,我國汽車發動機水平近年來保持快速發展。中國有六大自主汽車發動機:奇瑞ACTECO和SQR481F系列自主發動機、榮威KV6、海馬HA1.6系列自主發動機、吉利CVVT、華晨1.8T和長安志翔2.0。

    奇瑞自主研發的發動機就做得最好。奇瑞ACTECO發動機,第二代已上市(配2011款的奇瑞A3),采用了DVVT技術,達到國際先進水平;第三代也已上市。吉利汽車有遠景以及帝豪EC7等車型配備吉利自主研發的發動機。長城汽車,自研的GW4G15發動機,騰翼C30、絢麗、酷熊等車型配備。還有長安汽車,也有自主研發的東安動力M系列發動機。一汽、奇瑞、東風、吉利、比亞迪、長安、昌河、長豐和長城這些廠家都有自主研發的發動機。

    現在絕大部分自主車企都可以自己研發、制造發動機,但是在一些細節上,在技術水平上,與外企還有一定的差距。這些差距體現在多個方面。

    1)中國一汽

    集團背景:共和國長子。與合作伙伴大眾、豐田、馬自達等成立了眾多合資公司。小排量發動機質量穩定,大排量發動機實現了“零的突破”。

    小排量發動機,以借鑒合作伙伴為主,沒有技術亮點,但質量穩定:旗下奔騰使用馬自達6平臺進行開發;2.0T發動機,參考大眾EA113(老帕薩特,老A6上面的那款2.0T);駿派的1.5的發動機,借鑒的是豐田的5A系列。

    一汽自主研發的大排量發動機,主要用在它旗下高端定位的紅旗品牌上,比如3.0升的CA6GV系列的V6自然吸氣發動機、裝配在紅旗L5上面的4.0升V8雙渦輪增壓發動機,6.0升的V12自然吸氣發動機。它們都是全鋁設計,雙ECU控制,氣門正時。不足在于,較之于國外競品,動力有所欠缺。

    2)東風汽車集團

    集團背景:合作伙伴包括日產、本田、起亞等,2014年注資8億歐元(大約相當于75億人民幣),獲得了標致雪鐵龍集團14%的股份,和法國政府共同成為標致雪鐵龍集團最大的股東。東風汽車車系多,比如風行、風神、風光、風度、啟辰等,各自裝載的發動機也有所不同。

    東風風神旗下部分車型搭載的是自主研發的e-TECO發動機,這款發動機具有“三高兩低”優勢,即“高動力性、高燃油經濟性、高可靠性和低噪聲、低排放”,最大功率為85kW,最大扭矩則達到145N·m。

    除了自主研發的發動機,東風的不少車型直接使用三菱、日產、標致雪鐵龍的發動機,比如東風風行中老三菱系發動機很常見,此處就不再贅述。

    3)上汽集團

    集團背景:2018年美國《財富》雜志公布的世界500強排行榜,上汽集團名列第36位,在此次上榜的中國企業中排名第9,在全球汽車行業中名列第7(先不論其他,賺錢是一定的)。

    要說上汽的發動機研發能力,就不得不提到一段收購往事:2005年中國南京汽車集團正式成為英國百年老廠羅孚汽車公司(路虎前東家)和其發動機生產分部的買家。嚴格上來講,羅孚被拆成3部分,技術和車型賣給上汽,生產線賣給南汽,品牌最終被福特收回。2007年南汽最終并入上汽,羅孚在中國“合二為一”,上汽榮威就是基于羅孚技術核心而生產的。

    就發動機本身來看,上汽的2.0T在數據上可以和國內主流合資車一較高下,據說其CSA7152SDAQ發動機已經媲美本田發動機的功率了。

    在柴油機方面,根據相關報道,最新的“上汽π”發動機,是一款針對“全球最嚴”國6b排放法規正向開發的,擁有澎湃動力的靜音柴油機,達到國內領先、具備國際水準,將為全球用戶帶來比肩國際頂尖2.0T柴油發動機的使用體驗。

    4)廣汽集團

    集團背景:廣汽進入汽車制造領域的時間比較早,但是真正投入國產自主研發的時間較短。前期與本田、豐田合作積累了豐富的技術儲備;早在2006年就拿到菲亞特的發動機技術,菲亞特將自己的FamilyB系列發動機賣給廣汽,成為其技術來源。

    傳祺品牌車輛在2010年投產,作為第一款自主汽車,傳祺通過使用成熟品牌平臺開發。10年剛剛推出時,宣揚“意大利血統”,的確也是這樣,早期傳祺底盤發動機技術使用意大利名牌阿爾法-羅密歐166車型底盤技術進行自主研發。

    廣汽自主研發的發動機已到第三代,有不少技術創新,如自主研發的燃燒室控制技術GCCS,有高達35MPa的直噴系統,能減少噴油油滴的直徑,提高缸內平均溫度,促進燃燒、降低排放。

    廣汽傳祺1.5T的發動機數據很牛,最大扭矩235N·m,而且最大扭矩區間1450~4200r/min,比豐田思域、福特的1.5T發動機的數據厲害。

    當然,參數之外,看實測會發現,裝配1.5T發動機的GS4/GA6加速(百公里加速11秒多)卻比思域差。同樣都是轎車,傳祺GA6的整備質量是1518kg,東本思域的整備質量是1306kg,相差212kg。

    5)吉利集團

    集團背景:吉利近年來大動作頻頻,在全球范圍收購。“買奔馳也就是圖個吉利”等段子,我們也耳熟能詳。除此之外,2010年吉利花了15億美元(相當于90億人民幣)從福特手中收購沃爾沃,沃爾沃目前已是吉利的全資子公司,但其核心技術尚未被吉利吸收。領克是與沃爾沃合資,用了一部分沃爾沃技術。

    吉利1.3T發動機是完全擁有自主知識產權的第一款增壓發動機,放在帝豪和帝豪GS上面,用了復合材料的隔熱罩、可變氣門正時這些主流技術,還對整個發動機進行了NVH的優化,發動機運轉的噪聲控制不錯。吉利1.8T參考了大眾的設計,但在變速器的匹配方面有提升空間。

    吉利嘗試過研發大排量發動機。吉利博瑞的頂配車型裝的3.5升的V6發動機,脫胎自豐田2GR系列發動機,運用雙可變氣門正時、RLFS無回路供油系統、可變進氣歧管等技術,是國內大排量發動機的代表之一,但這款發動機市場表現欠佳,目前已經停產,也未再用于新車型。

    6)長安集團

    集團背景:長安汽車重視自主研發投入。每年,長安汽車會將利潤的5%作為研發資金投入,并在全球建立起了研發中心,比如美國研發中心主攻底盤,都靈研發中心做整車設計,英國研發中心注重發動機、變速器等動力系統的開發。博采眾長,力求將先進的技術收入囊中。

    BlueCore系列發動機是長安發動機的明星產品,特點“勁、凈、靜”——發動機動力強勁,功率與加速性能領先;實現了更潔凈的低排放,滿足歐V標準,可升級到歐VI;優異的NVH靜音表現,在各系統上采用先進的降噪結構。另外,在輕量化方面,BlueCore發動機采用了全鋁缸體和缸蓋,比國內同等排量發動機輕30kg左右。

    長安發動機同樣有不足之處,車質網上關于自主品牌發動機的投訴中,長安CS75名列其中,主要問題是機油增多。

    7)奇瑞集團

    集團背景:1997年,奇瑞公司廠房正式破土動工。較之其他國內汽車,奇瑞與發動機明顯有更深的緣分,奇瑞是先做發動機再做整車的。

    1996年,奇瑞引進了一條福特公司的二手發動機生產線,由于沒有掌握組裝生產線的核心技術,奇瑞不得不與英方達成了一項名為“交鑰匙工程”的協議。后奇瑞下定決心自主研發,1999年,企業歷史上第一臺發動機點火成功,奇瑞正式踏上了發動機研發之路。

    說說產品,奇瑞和世界三大權威內燃機研發機構之一的奧地利AVL合作,研發了18款發動機,奇瑞負責前期設計,AVL公司負責后期的調校,起名為ACTECO發動機,菲亞特、川崎等車企都是這款發動機的客戶。而此后的第三代發動機在熱效率方面超過了37%,與本田思域搭載的1.5T發動機表現接近。

    8)長城汽車

    集團背景:1984年成立。它在管理上學習豐田,技術路線上跟隨大眾,是自主車企中第一家有自己發動機廠的公司(2000年),很早就研發出了1.5T發動機。

    長城汽車與三大權威內燃機研發機構之中的兩家都有很多合作:代號GW4C20的2.0T發動機是直接委托給德國FEV內燃機公司來研發的,長城與英國里卡多同樣有合作。

    發動機參數和國外同排量發動機比起來差不多,比如1.5T的GW4B15發動機和通用1.5T的Ecotec非常接近,但是質量方面有待提升。據車質網,投訴理由中長城的問題主要是主要是異響、抖動和漏油。

    長城早期做皮卡,第一輛皮卡早在90年代中期就下線了,因而它在柴油機方面算得上國內柴油機的龍頭。早期的柴油機和博世聯合開發,逆向開發了日本的五十鈴。現階段的柴油機是和世界上最大的汽車零部件制造公司之一的德爾福聯合開發的。

    (審核編輯: intern-edu)

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