某公司2.0L缸内汽油直喷发动机产业化项目资金申请报告

汽车股份有限公司 2.0L缸内汽油直喷发动机产业化项目 资金申请报告 工程咨询 院（甲级） 二 00 九 年 九 月 目 录 一、企业基本情况及财务状况 . 1 （一）企业基本情况 . 1 （二）企业财务状况 . 4 二、项目基本情况 . 5 （一）建设背景 . 5 （二）建设内容 . 9 （三）技术、工艺 . 10 1、产品技术来源及先进性 . 12 2、工艺路线及技术特点 . 16 （四）总投资及资金来源 . 21 （五）项目效益测算 . 21 （六）建设条件落实情况 . 22 （七）项目进展情况 . 22 三、申请投资补助的主要原因及政策依据 . 24 四、项目招标内容 . 25 五、其他需要说明的问题 . 27 （一）环境保护 . 27 （二）消防工程 . 30 （三）职业安全卫生 . 33 （四）节约能源及合理利用能源 . 34 六、附件 . 42 1 一、企业基本情况 及财务状况 （一）企业基本情况 1、企业基本情况 汽车股份有限公司（以下简称 公司）是一家由 地方国有投资 公司投资创建的国有股份制企业。 公司自成立以来，通过自主创新，坚持以“聚集优秀人力资本，追求世界领先技术，拥有自主知识产权，打造国际知名品牌，开拓全球汽车市场，跻身汽车列强之林”为奋斗目标，在激烈的市场竞争中，努力增强核心竞争力。经过 12 年的发展， 公司现已具备整车、发动机及部分关键零部件的自主研发能力，目前走在我国乘用车自主品牌前列，为应对更为激烈的市场竞争和更快发展奠定了一定的基础。 公司于 1997 年 3 月 18 日动工建设， 2001 年 轿车正式上市， 2007 年 8 月 22 日， 第 100 万辆汽车下线。 2007年销售 38.1 万辆，比 2006 年增长 24.8%，其中出口 11.98 万，比 2006 年销量增加了 132%，并实现轿车出口量连续五年居中国第一。 2008 年累计销售整车 35.6 万辆，其中出口 13.5 万辆，出口再创历史新高。产品销量连续八年居自主品牌第一、连续三年居全国乘用车行业前五名，产品出口连续六年保持全国乘用车行业第一名。 公司现有轿车公司、发动机公司、变速箱公司、汽车工 2 程研究总院、规划设计院、试验技术中心等生产、研发单位，具备年产整车 65 万辆、发动机 65 万台和变速箱 40 万套的生产能力。 现已上市的产 品有 品牌的 QQ、 A1、 A3、 A5、旗云、瑞虎、东方之子，开瑞品牌的优雅、优翼、优派，瑞麒品牌的 M1，威麟品牌的 V5 等四大品牌十四个系列整车及与其配套的发动机、变速箱和关键零部件产品。 截至 2008 年底， 公司总资产达到 271亿元。 公司从国际著名的汽车公司、零部件企业及国内各大汽车企业中吸引了一大批高水平的技术人才和富有经验的管理人才，使 公司这个年轻的企业拥有了成熟的技术与管理团队。 公司现有员工 2.5 万人，其中工程技术和管理人员 5000 多人 ,引进国外汽车领域知名技术专家、高级管理学者 100 多 人。在工程技术人员中，有 3300 多人 (包括硕士 343 人，博士 24 人 )从事产品开发，初步形成了车身、动力总成、底盘、电器等系统的专业开发队伍，具备较强的产品开发能力和引进技术消化吸收能力。为更好地吸引和留住人才， 公司还创新管理机制，采取技术与管理人才投资持股等多种形式，激发企业创新的活力和动力。 在产品研发上， 公司建立了以汽车工程研究总院为核心，以上海、北京等国内分院和东京、都灵等海外分院为支撑点，以一批控股设计公司为骨干，与关联零部件企业和供应商开展协同设计，同时兼顾与国内大专院校科研院所展开合作的 产品研发 3 体系，目前已经形成了从整车、动力总成、关键零部件设计到试验试制的比较完整的开发体系，建立了自己的标准体系和数据库。根据优势互补、利益共享的原则， 汽车与全球汽车业界及关联行业、领域，采用多种方式，建立广泛的双边、多边合作关系。 在世界汽车技术的最前沿成立 自己的研发设计公司，是 公司整合资源的重要做法。意大利是汽车造型设计的圣地， 公司投资成立了整车造型设计、汽车工程设计及设计咨询公司，聘用高级造型设计、工程结构设计工程师和设计项目管理专才，将国际上先进的汽车设计理念引入到 汽车的新车型的 设计过程中。为了提升 汽车的制造工艺水平，特别是满足生产现场技术水平提升的需要， 公司在日本成立研发、咨询公司，整合日本汽车开发、生产管理的资源，寻求在日本的汽车专业人材、选派人员前往 公司，以促进生产现场技术水平提高。通过整合国外的资源，从而大大提升了 汽车整车自主研发的能力，同时也降低了开发成本。 2、 企业发动机研发生产情况概述 生产情况： 于 1997 年开始建设发动机公司，现有发动机一厂和发动机二厂，已形成年产 40 万套发动机的能力。 发动机一厂于 2000 年 1 月份投入批量生产，目前主要生产“ SQR480、 SQR372 和 SQR472” 三大系列产品，单机出口美国、伊朗、印度尼西亚，并随整车出口到伊朗、印度尼西亚、埃及、 4 叙利亚、沙特、俄罗斯等国家。 发动机二厂于 2005 年 3 月份投入批量生产，是在高产能，多品种，高质量要求的基础上建立的全新现代化智能工厂。 目前主要生产 473、 481/484 以及柴油发动机三大系列产品， 产品排放可达到欧标准，满足 公司内部以及国内外用户的需求。 研发情况： 公司成立了发动机工程研究院，专门进行发动机的产品开发，下设十多个部门，涵盖了发动机开发的全过程：设计、模拟计算分 析（ CAE）、试验开发等；包括发动机缸体、缸盖开发部、试验开发部、 CAE 分析部、电控系统开发部、整机技术部、前沿技术部（ GDI 燃烧系统）、柴油机部等；目前该院共有 600 多名工程设计人员，其中博士 11 人，硕士 64 人。 公司早在 2003 年就开始了 GDI 发动机的研究工作，已系统研究了世界上主要汽车公司的 GDI 产品，积累了大量开发经验，具备了较好的开发基础； 2004 年公司于北京车展上推出了2.0GDI 概念样机，取得了良好的反响和回应； GDI 发动机的基础机型 2.0TCI 发动机已经完成开发工作，将于年内上市。 正在 建光学发动机试验设施，对缸内喷雾、气流、混合气形成、燃烧过程等进行系统研究，开发 GDI 燃烧系统；此外， 公司还与清华大学等高校合作进行 GDI 燃烧系统基础研究。 （二）企业财务状况 公司近年经营情况如下表所示： 5 表 1 公司近年经营情况表 企业资产负债率较高的主要原因是： （ 1）研发投入大： 公司正在开发系列轿车及各种变型车 20 多款，同步开发多款发动机和变速箱产品，近三年已投入研发资金 32.6 亿元； （ 2）长期借款多：为了满足 公司未来三年的产品生产需要，近年投资项目多，导致长期借款额增大。 二、项目 基本情况 （一）建设背景 1、 节能减排的要求 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，作为石油工业消耗大户的汽车工业消耗我项 目 年 限 销售整车 （辆） 其中：出口整车（辆） 销售收入 （万元） 净利润 （万元） 负债率 2006 年 305236 51638 1446528 39597 83% 2007 年 380817 121319 1930159 101385 78% 2008 年 356093 135013 1847568 46498 76% 2009 年 1-6 月 211224 14984 1062664 32169 73% 6 国石油工业产品的 60%左右。 我国对于石油能源的进口的依赖逐年加大。 2008年， 我国进口 原油 1.7888 亿吨，原油消费对外依存度达 47.9%，比 07 年提高 1.3 个百分点；而 石油 消费对外依存度达49.8%，比 07 年提高 1.4 个百分点。 石油供应安全面临严峻挑战。 随着全球石油资源的日益消耗、全球油价的持续攀升及我国的能源战略安全问题的显露 ,对汽车节油提出了更高的要求。 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，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（北京、上海等重要城市2006 年实施欧 III 标准） ， 2010 年争取与国际接轨，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。我国已经实施和将要实施的排放法规限值见下图： 7 图 1 我国已经实施和将来要实施的排放法规限值情况 面对石油资源日益枯竭的现实以及排放法规日益苛刻的要求，能源和环境问题已经成为制约我国汽车工业发展的最大问题，能源和环境的可持续发展是汽车发动机面临的根本问题。发展我国汽车工业必须走科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的可持续发展道路。 综上所述，面对能源的危机和满足日益严格甚至苛刻的排放法规，发动机的技术发展 必须以节能、低污染作为设计目标；汽油机 GDI 技术的实现既可以减少燃油消耗（减少 10%-20%左右），又可以减少有害气体排放。 2、 企业参与竞争迫切性的要求 我国汽车产业发展虽然迅猛，生产规模和市场规模越来越大，但长期以来，中国汽车产业自主创新能力缺乏，缺乏核心竞 8 争能力的现状一直没有改善。国内自主品牌汽车企业的生存压力越来越大，但汽车工业在国民经济中的作用越来越重要，我国将很快成为汽车大国。据预测，到 2010 年我国汽车保有量将达到5000-6000 万辆，汽车生产能力将超过年产 1200 万辆，产销量将达到 1000 万辆。汽车产业将成为国民经济中最重要的产业之一，因此民族汽车产业必须发展壮大。 汽车市场竞争实质上是现代科技的较量，是技术创新的竞争。目前世界各大汽车公司已把主攻方向从实施精益生产、提高规模效益转向以高性能、低排放、低油耗等高新技术对汽车工业进行提升。围绕安全、环保、节能等重点领域，采用新能源、新材料、新工艺开发研制新车型，占领技术制高点。以美国政府发起的“新一代汽车伙伴计划”（ PNGV）为代表，用高新技术提升汽车产业已全面展开，并取得了重大突破。 世界汽车产业发展历史表明，要发展壮大汽车产业，必须具有关 键部件的前沿技术。发动机是汽车的“心脏”，是评价整车产品性能和企业技术开发能力的关键指标。世界各大汽车公司、研究机构非常关注发动机燃烧系统的研究，不断推出新的理念，提高燃烧效率，减少燃油消耗和排放。 随着世界汽车工业快速发展及我国加入世界汽车行业的竞争，是否拥有自主知识产权的、代表世界先进技术的产品已成为今后立足的根本，因此开发代表未来汽油发动机发展方向的 GDI发动机技术的重要性就不言而喻了。 9 3、日益增长的市场需求 随着消费观念的成熟和市场环境的变化，影响消费者决策的因素越来越向产品经济性方面转移，燃油耗 及动力性成为市场关注的焦点。从国内外的研究情况看，均质充量型缸内直喷汽油机与同排量汽油机相比，燃油经济性提高 10%左右，结合增压后，燃油经济性与同功率汽油机相比可改善 15%-25%，对于消费者而言， GDI 的经济性无疑是最吸引他们的亮点之一。以 2.0L 排量的 缸内 直喷汽油机为例，其动力输出完全足够应用于装备 3.0L以上自然吸气发动机的车型，而整车油耗大为下降。另外， 缸内直喷汽油机的低端扭矩大，响应快，整车动力性相应提高。因此，发展 缸内 直喷发动机是未来一段时间内最好的选择，有着广阔的市场前景，装备 缸内 直喷汽油机的 汽车也将以其动力强劲、经济性好、排放低等众多特性赢得消费者的青睐。 （二）建设内容 1、 主要建设内容 在 公司发动机二厂现有厂房内，新建 缸盖生产线 和装配线各一条 ，增加加工中心、 清洗机、 试漏机、 压装 机等设备，形成年产 10 万台 GDI 发动机的生产能力。缸体框架、凸轮轴、曲轴 及 连杆 生产线 通过增加设备、工装等，与现有产品柔性共线生产。 2、 建设规模： 年产 10 万台 2.0L 缸内汽油直喷发动机 。 10 3、 建设期： 33 个月 。 进度计划如下： 表 2 项目计划进度表 日期 项目 1 1 2 3 4 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 前期工作 产品开发 工艺设计 设备购置 安装调试 验收投产 （三） 技术 、 工艺 缸内汽油直喷（ GDI： Gasoline Direct Injection）发动机（以下简称： GDI），是直接在气缸里面喷射汽油的技术。汽油机采用燃油电子控制喷射（ EFI， Electrical Fuel Injection）加三元催化器（ TWC， Three Way Catalyst）已成为降低排放的主流技术，传统的汽油机压缩比低，泵气损失大，因此其燃油经济性低。 GDI汽油机兼有柴油机热效率高和汽油机升功率大的特点，与传统进气道喷射（ PFI， Port Fuel Injection）相比， GDI 汽油机具有冷启动碳氢排放低、充气效率高、燃油经济性好、瞬时反应快、起动快、空燃比控制更精确等优势，是未来发动机技术的发展方向。 本项目产品采用了缸内直喷、可变气门正时及增压中冷等先 11 进技术， 产品升 功率： 75KW/L；升扭矩： 160Nm/L；比油耗 :355g/kwh。产品排放满足国四标准，正在开发满足欧五标准的 GDI 发动机。 各项技术及经济指标如下： (1) 结构参数 气缸数及布置型式：直列 4缸 压缩比： 10 气阀数： 16 缸径 x 冲程： 83.5x90mm 缸心距： 93mm 连杆长度： 144mm (2) 重量、外形尺寸 重量： 155kg 外形尺寸（长 x 宽 x高）： 638x634x670mm (3) 性能参数 额定功率： 150kW5500rpm 最大扭矩： 320Nm1800rpm 低端扭矩： 249Nm1500rpm 全负荷最低比油耗： 290g/kW.h 排放：国 IV (4) 噪声 额定功率点 1 米声压级小于 96dB(A) 最大扭矩点 1 米声压级小于 76dB(A) 12 1、 产品技术来源及先进性 （ 1）产品技术来源 本项目产品为 公司自主开发 ， 拥有完全自主知识产权 。 燃油系统： 由 公司自主开发， GDI 发动机燃油系统如图 2 所示，包括低压系统和高压系统两部分。低压系统燃油压力约为 6bar，油泵单元集成了燃油泵、压力调节器和油滤。高压系统的高压油泵最大可 建立起 120bar 的燃油压力，燃油在油泵作用下，通过进油管到油轨和喷油器，未喷燃油则沿回油管流回油箱。燃油系统不正常工作时，油轨上的泄压阀打开，燃油经泄油管流回油箱。 图 2 燃油系统结构示意图 13 图 3 高压油轨和高压油泵 高压油轨的作用是在一定压力下储存燃油，然后通过喷油器分配到各个气缸。油轨为铜焊钢管，通过四个支架固定到缸盖，高压进油管接头、泄油管接头、油压传感器、泄压阀集成在油轨上，如图 3所示。油压传感器监测油轨中燃油压力；泄压阀使用卡环固定在油轨上，防止异常情况下油压过高而可能产生的损坏， 使油压一直保持在 120bar 以下。高压油泵安装在缸盖上，由进气凸轮轴驱动。相对于全负荷最大喷油量，该泵能提供足够的泵油量。高压喷油器是 GDI 汽油机燃油系统的关键部件， GDI 汽油机采用如图 4 所示喷油器，并且在透明发动机上研究了其喷雾特性对喷雾形状、喷油正时、混合气形成、机油稀释等的影响，确定了 GDI 燃油系统设计方案。 14 图 4 喷油器 图 5 单缸透明燃烧室发动机及缸内喷雾高速摄影 图 6 燃油稀释试验结果 Swirl Type MH Type MH_1 Type MH_2 Type 15 电控系统及控制策略： 与 Bosch 公司联合开发 ，采用国际上最先进的高压直喷油泵、喷油器及高压油轨等，可建立起最大120bar 的系统燃油压力，通过调整喷油器喷雾特性、合理组织喷油正时和进气流动，在缸内形成均匀的化学计量比混合气，有助于促进燃烧，降低燃油消耗及有害排放。 （ 2） 产品 的先进性 本项目产品采用了以下先进技术： 缸内汽油直接喷射 (GDI):发动机直接在气缸里面喷射汽油，通过对喷油时刻及喷油脉宽的精确控制，从而精确控制喷油量；同时 150bar 的喷射压力使得燃油雾化好，可与空气均匀混合，促进燃油混合气完全燃烧。 废气涡轮增压及中 冷系统 (TCI):通过增压，在不增加排量的基础上，可以大幅度提高发动机的功率和扭矩。增压发动机输出的最大功率与未装增压器的相比，可增加大约 40%甚至更多。同时由于增压发动机燃烧的改善，提高了燃油经济性，同时减少了有害物的排放。 可变气门正时 (VVT):采用进、排气双 VVT 结构，分别控制进排气相位，优化进、排气，配合燃油直喷系统，稳定发动机工作过程。通过改变气门正时来有效的利用进排气的脉动效应，提高充气效率，从而提高发动机性能。由于气门重叠角可变，能够控制内部 EGR 率，改善油耗、降低排放。 16 2、 工艺路线及技术 特点 新建缸盖生产线 和装配线 ， 并对缸体、曲轴等 生产线 进行共线改造，节省 工艺投资，提高设备利用率。 2.1 工艺特点 生产线广泛采用加工中心进行柔性加工，这样既保证了产品的质量，又使生产线具有产品品种调整及产量调整的灵活性，尽量降低生产线的投资； 广泛采用高速加工技术，如生产线的加工中心多采用高速加工中心； 广泛采用先进的刀具材料及刀具结构，如聚晶金刚石（ PCD）刀具、立方氮化硼 (CBN)刀具、枪钻、枪铰刀具， MAPAL 铰刀等； 采用气动、电柱量仪对加工零件进行质量控制； 生产线上的设备采用全封闭结构，从而避 免了冷却液及切屑的飞溅可能造成的人身伤害，同时设备自带除尘过滤装置或除油烟装置，以改善车间的空气质量； 为保证整机装配清洁度、提高装配质量，对零件采用装配前清洗工艺； 关键部位的螺栓连接采用电动力矩拧紧机，可实现扭矩、转角、屈服点控制，其余部位的螺栓连接采用定扭矩拧紧扳手； 为确保装配质量，装配线上配置一定数量的检测设备；发动机总成 100进行出厂试验。 2.2 工艺描述 17 （ 1）缸体生产线 缸体中间清洗机采用多工位定位常温清洗机，高温热水加热；最终清洗机采用多工位定位高温热水加热清洗机，均设置废液排放装置。 线上设综合测量机对缸孔、曲轴孔进行 100%的检测并对曲轴孔进行分组刻印。 关键工序的加工设备配备 SPC 检测装置，精镗缸孔组合机配备主