|
在3月下旬召开的上海国际发动机及汽车零部件展览会期间，著名汽车专家、同济大学汽车学院楼狄明教授受主办单位热情相邀，做了一场题为“最新汽车发动机的技术市场与产品市场”的专题讲演，博得与会者尤其是发动机企业代表的阵阵掌声。
面对日趋苛刻的环保要求和日益严峻的能源形势，为象征现代化交通工具的汽车提供动力的发动机行业该如何应对？未来发动机的技术市场和产品市场呈什么样的发展趋势？让我们来听听专家的看法。
汽车发动机工业面临的形势
20世纪80年代以来，许多国际大城市由于受汽车发动机排放的影响大气质量日趋恶化，已引起全球的关注。与此同时各种新型动力汽车如混合动力汽车、燃料电池汽车和电动汽车的研究迅速崛起。在大众传媒推动下，不少人开始怀疑车用内燃机还有没有研究发展的价值？
另一方面更为严峻的现实是，20世纪70年代发生的两次能源危机，曾一度引起发达国家的恐慌。面对石油产地集中在少数国家，具有很大的地区垄断性，使各个国家不得不审视自己国家能源安全问题，同时爆发了国际性的有恃无恐的能源争夺。由此，迫使人们去考虑内燃机工业持续了近一个世纪的辉煌，是否会像蒸汽机一样寿终正寝，会被其它动力取而代之？受排放法规及能源等因素的制约，作为现代化交通象征的汽车工业，其内燃机动力将何去何从？为应对石油资源日益枯竭的这一现实，代用燃料将处在什么位置？
总之，一系列问题摆在了从事汽车研究、设计、制造经营者面前。
能源的现状
能源和环境的可持续发展是汽车发动机面临的根本问题。现代的运输业对石油的依赖性非常高，全世界70％的石油用于交通运输。根据目前世界能源资源信息，世界石油可采资源量3113亿吨，分布很不均匀，中东石油资源最为丰富，石油资源相对于天然气、煤炭等能源而言，是一种短缺资源。我国石油可采资源量为141亿吨左右，仅占世界4.5％左右。我国1993年开始成为净石油进口国，2000年石油进口超过7000万吨，作为石油工业消耗大户的汽车工业消耗我国石油工业产品的50％左右。
亚洲是能源相对比较缺乏的地区，我国是缺油、少气、多煤炭国家。我国煤炭可开采资源为2.1万亿吨名列世界前茅，其它所有能源如折算到吨标煤仅占6.6％，因此用好煤炭资源是我国能源可持续发展长期决策。但煤炭在我国往往作为一次性能源消耗，每吨煤产生的经济效益很低，如何提高煤的利用率，发挥其经济效率是重要研究课题。
我国内燃机工业发展除了面临环保法规的巨大压力，同时又面临着石油资源日趋枯竭的现实。1993年起，我国已是石油净进口国，目前进口数量已超过我国石油产量30％以上，且有增无减。石油资源不足直接影响到内燃机工业持续发展，也危及到国家能源安全。在世界上已知的石油储量中，可供投入国际市场的产油国，又主要集中在中东地区，因而油价的政治和垄断因素很大。国际上用油的不稳定性，使各工业国对增加消费用量持谨慎态度，各项降低内燃机油耗措施，甚至法规都在促使发动机经济性不断提高。所以，合理和节约用油及寻找代用燃料是对今后内燃机工业发展的重要支持。
另一方面，我国有丰富煤炭资源和相当数量的天然气、煤层气可开发利用，这些能源可以转化为煤制汽油、煤制柴油、二甲醚、醇类燃料及CNG、LNG、LPG等可供内燃机使用。随着西部大开发进展和农业生产力的提高，生物燃料及生物柴油还有待我们去开发。
通常这些代用燃料多含氧、不含硫和芳香烃，往往被人们称作为“清洁燃料”。目前采用代用燃料发动机可以达到低排放和超低排放目的。因此内燃机工业持续发展必须考虑燃料多元化。
环保的要求
20世纪60年代末，美国汽车排放物占到大气总污染的60％。从此人们开始认识到内燃机排放是城市大气污染的重要根源之一。于是早在1968年美国政府就制定了《大气清洁法修正案》即著名的“马斯基”法，成为历史上第一个对大气污染制约的法案，以后欧、美等发达国家相继通过排放法规实施，控制内燃机有害排放推动内燃机工业发展并逐步形成世界上两大法规体系。
我国是发展中国家，汽车工业发展比较迟缓。随着全球对环保的日益重视，我国汽车工业经过若干年实践，确定以欧洲汽车法规体系为蓝本。我国环保、汽车、交通部门联合发布的《汽车排放控制技术政策》中已明确规定2000年采用欧I排放法规，2004年采用欧II，2008年采用欧III，2010年争取与国际接轨（北京、上海、广州等城市实施期限会提前），这便意味着国外用了30年走过的历程，我们要在10年内完成。
由于排放法规的要求，内燃机的技术进步围绕以降低排放为核心，以先进的节能、低污染发动机的目标作为设计的主旋律。这就要求采用高新技术提升内燃机的技术含量，相应改善燃油及润滑油品质，并实现燃料多元化、动力多元化以满足日趋严格的排放法规要求。
汽油机目前通过尾气处理满足更高的法规已成事实；柴油机由于处于富氧条件，后处理难度较大，处理成本也较高。
随着排放法规的贯彻和实施，内燃机国内市场竞争会更加激烈，例如从欧II到欧III、欧IV的飞跃，不是简单法规定义，而是意味着内燃机技术水平发展到一个新的层面。将会进一步加快国内企业优胜劣汰的过程，原有的内燃机企业将会经历一场前所未有的阵痛，企业会产生分化，那些只靠价廉而不顾质量的企业会陷于绝境。对于那些资金实力雄厚，技术水平领先的企业将获得一个巨大市场。在这个市场上每个企业都面临不同的资金、技术、人才、服务的考验。所以环保指标不仅仅是一个法规，更是一个商机。通过法规贯彻实施，对内燃机产品可能会发生质的飞跃。从现在开始给我们的时间最多只有6～8年，时不我待，必须迎头赶上。
我国经济逐步进入世界经济体系大循环，在参与经济全球化的过程中，利用和国外、国内各种合作机会，更好发挥壮大自身，更好利用国际上资金、技术和管理经验，实现产业结构调整，促进企业技术进步，增强企业在国内及国际市场竞争力，特别是作为独立存在的内燃机企业生存发展难度更大，更需要有一流的技术和产品、产业的不断升级，才能跻身于内燃机行业之林。
汽车发动机的技术市场
面对排放法规日益苛刻的要求以及石油资源日益枯竭的现实，排放与能源成为未来汽车发动机可持续发展的主要动力。因而出现了内燃机能源的多元化及动力装置的多元化趋势。
未来的发动机概括起来有以下几个方面：
先进的汽油机
电子控制缸内直喷（及正在发展的均质压缩燃烧汽油机HCCI）＋精确控制空燃比＋三效催化可使汽油机排放大幅降低。
缸内直喷电控汽油机（GDECI）并由缸内直喷发展到均匀充气压缩着火（HCCI“Homogeneous Charge Compression Ignition"）汽油机，有望向柴油机燃烧方式发展、充分发挥提高压缩比及压燃方式其热效率高的优点，使汽油机热效率大为提高。
HCCI燃烧方式的主要优点有：
a.可获得和直喷式柴油机相同的高热效率；
b.NOx和PM的排放特别低；
c.可以应用多种借用燃料；
d.综合了汽油机（均质混合气）和柴油机（无节流损失）的优点；
e.可以应用低喷射压力的供油系统和节约贵金属的消耗，从而降低成本。
缺点是：
a.要在发动机全工况范围内控制点火定时和燃烧率很困难；
b.要把HCCI向高负荷扩展十分困难；
c.冷起动和瞬态响应特性不理想；
d.HC和CO排放高。
先进的柴油机
电子控制直喷式柴油机＋进气/涡流/喷射优化＋有效的尾气处理将在燃油经济性方面比汽油机更占优势，是3L车（百公里油耗仅3升）的首选动力。
由于排放法规的要求，内燃机的技术进步围绕以降低排放为核心，以先进的节能、低污染发动机的目标作为设计的主旋律。这就要求采用高新技术提升柴油机的技术含量，相应改善燃油及润滑油品质方能满足日趋严格的排放法规要求。
柴油机的技术发展从欧洲、美国、日本技术进步的历程可以看出，要满足欧III以上法规，基本上都是采用多气门技术、增压及增压中冷技术、高压喷射技术、电子控制技术、排气后处理技术、燃用相适应的规范的柴油（低硫、低芳香烃）。
优化柴油机的燃烧过程。针对柴油机主要有害排放是NOX和颗粒物生成特点，从燃烧室的结构，气流的运动及喷射过程的匹配上抑制初期燃烧放热规律的峰值；提高后续燃烧放热规律强度，同时缩短后然，尽早结束燃烧持续期。前者为了降低NOX排放，后者为了改善燃油耗及降低烟度和颗粒排放。
为了有效控制颗粒物排放，通常采用高压喷射，欧III要求喷射压力在120MPa以上，欧IV在150MPa以上甚至更高，目前燃油喷射系统的喷射压力达到200MPa以上。
NOX排放有效控制方法：采用先进燃烧室（如低涡流直喷燃烧系统），排气再循环的使用（冷却的EGR），电控燃油喷射并通过预喷和推迟喷射定时都可以减少NOX排放。
为了使发动机性能全面提高，通常采用涡轮增压（包括VNT、AVNT、e－turbo）、空一空涡轮增压中冷、先进的燃油喷射系统（高压共轨、泵喷嘴，新型泵一管一嘴系统）、多气门、喷油器中置等等，这些已成为目前欧、美、日为满足更加严格排放法规通常设计理念。
现代设计理念中，有一点也是大家的共识：柴油机开发目标，从降低油耗提高发动机效率对燃烧过程进行优化，从源头上对有害排放加以控制，也就是首先在发动机内对排放物加以控制。
目前技术而言，为了满足欧II、欧IV以上法规，机外净化措施被采用，通常在内燃机上使用的机外净化措施有：氧化催化转化器、还原型催化转化器、三元催化转化器及颗粒净化器。任何有效排气后处理使用的先决条件是无硫柴油的广泛使用。
综上所述，要满足日益严格甚至苛刻的排放法规，今后的柴油机必须是先进的柴油机，今后的内燃机行业是高新技术和先进制造业的相结合的产业。现在我国的内燃机企业不应该停留在盲目追求产品数量，大规模发展低档产品的层面，面对日益严格的法规，惟有适者生存，没有技术进步的产品其生命周期将是很短暂的。
在达到未来严格法规基础上，我国商用车将是以柴油机为主，特别是大、中型车。目前，大、中、轻、微型载货车柴油机比例分别为100％、75％、80％、0％。预计2005年大、中、轻、微型载货车柴油机比例分别为100％、90％、90％、15％；大、中、轻、微型载客车柴油机比例分别为100％、75％、65％、10％。
轿车柴油机在“十五”期间会有发展；农用动力柴油机仍唱主角，但要提升技术含量；大型工程机械基本上为柴油机所占有，高原发动机将倍受企业重视。
动力的多样化
面对能源与排放的压力，目前人们又将注意力集中到清洁燃料发动机、复合动力、燃料电池汽车、电动汽车研究，它可以解决内燃机使用过程中有害气体与颗粒排放。但是也由于自身特点，其发展受到一定制约。
在动力多元化方面，开展对气体燃料发动机、煤制清洁燃料发动机、内燃机复合动力研究。
这些方面研究应包括燃料燃烧特性研究、缸内过程研究、燃料的混合气配制及燃料喷射、发动机磨损等。
代用燃料（清洁燃料）发动机：指以煤制油、醇类燃料、气体燃料、生物柴油等为燃料，仍以汽、柴油机方式工作的内燃机。由于大多数燃料含氧不含硫等有害物，有利于燃烧及降低排放。气体燃料还由于能达到均匀混合燃烧目的，可以做到无碳烟排放。
汽油机、柴油机混合动力，由内燃机、电机、电容、蓄电池组成的混合联动。这种动力装置可使内燃机始终运行于最佳工况，能量充分利用，以取得最佳排放效果与经济性。
汽油、甲醇、氢燃料电池混合动力，实现燃料电池与电池、电机联动，以获得零排放（仍有少量NOX）。
在研发以燃料电池为代表的新动力平台方面，各大汽车公司已经投入了百亿美元的研发经费，取得了可喜的技术进步，国家“十五”863也将电动汽车列为投入力度最大的重大专项，同济大学、上汽集团参与燃料电池轿车的开发，为赶超世界先进水平奠定了基础。
先进的蓄电池驱动。
上述几种动力都有能力在汽车上达到超低排放甚至零排放的能力，但是要正确评价其排放、经济性和成本，还要从生产、制造、使用整个生命周期给予评价（例如燃料电池动力虽然可以达到零排放，但生产这些燃料的过程，运输分配过程同样会产生有害排放）。
任何一种燃料必须具备以下属性，这是今后研究代用燃料取代的原则。
具有较高热值、特别是混合气热值；
燃油蒸发性、有利于形成混合气；
能量密度高，储存运输方便，最好能利用原有燃料运输、存储、分配系统；
发动机改动小，原有产业基础变动不大；
不危及人类健康，安全性较好。
汽车发动机的产品市场
我国内燃机主机厂约300家，2001年内燃机产量达到2200万台，2.8亿kW。其中柴油机820多万台，比2000年增加了5％，柴油机中，单缸机700万台、多缸机120多万台。车用汽油机和摩托车发动机、小型通用汽油机约1300万台。柴汽比约为3∶5。用这些动力主要配套为汽车的产量233万辆，比2000年增长12.8％；农用运输车280万辆（其中三轮244万辆、四轮为36万辆），比2000年增加5.5％；摩托车产量1236.7万台，比2000年增加7.2％。总体是汽车、工程机械逐年稳步攀升，农业机械则表现得起伏不定。
对于发动机企业来说，2002年是收获辉煌的一年。在整车行业的强力拉动下，发动机企业无不赚得盆溢钵满。2002年全国汽车用发动机累计产（43家）销（41家）量分别为2507867台和2484362台，同比累计增长分别为34.14％和33.61％。2002年我国生产汽车325.12万辆，同比增长38.49％；销售324.81万辆，同比增长36.65％，达到十年来的最高峰。同时，全行业盈利水平大幅提高。预计今年市场需求将达360万辆。对于中国发动机企业而言，这一巨大的市场可谓是极大的利好消息。当然，在中国发动机企业欣喜地看到诱人的“奶酪”的同时，国外发动机巨头无不奢望能够从中分得一杯羹。（同济大学汽车学院 楼狄明教授）
下一篇：从“卖汽车”到“卖服务”--汽车服务成亮点
[1]
|
