乘用车市场的汽油机技术发展现状.doc

乘用车市场的汽油机技术发展现状在我国乘用车发动机市场上,长期以来由于汽油机相对于柴油机在升功率、结构体积、噪声、振动等内在因素上的优势，及因油品制约、消费者态度等外在因素的影响，使得汽油机一直占据着乘用车发动机市场的主导地位。伴随着2006年乘用车市场的高速增长，汽油机市场也经历了快速平稳的增长。 随着跨国汽车巨头对中国乘用车市场的日益重视，先进的汽油机技术也逐渐被引入中国。同时，国内本土厂商也紧跟其后，逐渐加快了前进的步伐。其中最有代表性的奇瑞、华晨、吉利等自主厂商先后推出了一系列代表先进技术的具有自主知识产权的汽油发动机。1可变气门正时、升程技术(Variable Valve Timing and Lift Technology)可变气门正时、升程技术包括我们通常说的可变气门正时(Variable Valve Timing，简称VVT)和可变气门升程(Variable Valve Lift，简称WL)两种类型。目前，国内应用最多的是可变气门正时技术，而可变气门升程技术应用较少。所有VVT技术的工作本质是通过改变发动机在不同工况转速下的凸轮轴转角，来改变进、排气门的配气相位，进而实现不同转速下气门的最优开启角度或者气门升程位置。借助VVT技术，能显著提高充气效率，形成高的涡流比和减少泵吸损失，从而有效提高发动机的功率与扭矩，改善燃油经济性，减少油耗和废气排放。通常情况下，带VVT技术的汽油机可以提高功率/扭矩达5-20%，减少燃油消耗2-3%，降低HC排放10-15%。从VVT功能上看，在可变正时方面，有分段可变正时和连续可变正时。目前，国内绝大多数VVT发动机都具有持续可变气门正时功能，有一些厂家具有CVVT技术。国内最早使用该技术的是广州东风本田发动机有限公司，应用在上一代的雅阁轿车发动机上，本田称它为VTEC，它具有可变气门升程和分段可变气门正时功能。目前，本田新一代的VVT技术被称之为i-VTEC，它具有可变气门升程和持续可变气门正时功能。经过最近几年的推广，越来越多的合资厂商开始把这种先进技术引进到国内，丰田、大众、通用、标致雪铁龙、现代等跨国汽车巨头分别在各自的合资厂发动机上应用VVT技术。同时，我们也欣喜地看到，本土的发动机厂商也越来越重视这种先进技术。奇瑞将会陆续推出1.3L、1.6L、1.8L、2.0L等带VVT技术的ACTEC发动机，吉利也将继推出吉利4G18后陆续推出G-Power系列下的4G10、4G15等带VVT技术的发动机。进、排气双可变正时技术(Dual-VVT)是未来VVT技术的一个发展趋势。目前，国内整车厂中华晨宝马3系、5系列，上海通用君越2.4L，一汽丰田皇冠、锐志、卡罗拉等车型上的发动机都使用了Dual-VVT技术。从CSM的分析研究看，VVT技术将在未来汽油机上得到越来越多的应用，到2013年，其在乘用车汽油机上的安装率可以达到51%左右。表2率先引进GDI技术的大众厂家车型发动机型号大众迈腾ea888(一汽-大众大连发动机厂)明锐2缸内直喷技术GDI(Gasoline Direction Injection Technology)大众的缸内直喷技术是迄今唯一被引入到中国量产发动机上的直喷技术，它应用在大众大连发动机厂的EA888发动机上，即大众燃油引导喷射汽油直喷发动机FSI(Fuel Stratified Injection)技术。目前，在全球范围内，汽油机直喷技术在向两个方向发展，一个方向是以增加驾驶乐趣为出发点，整车厂致力于匀质直喷技术的汽油机开发，通过辅助涡轮增压、VVT技术，使发动机从较低的转速范围起就开始提供平稳的高扭矩。另一个发展方向是以提高燃油经济性为前提，采用分层直喷燃烧技术通过稀燃来大幅提高燃油经济性，其中代表性的是大众的FSI(Fuel Stratified Injection)技术，即我们通常听到的燃油分层燃烧直喷技术，它在显著提高发动机的功率和扭矩的同时，使燃油消耗降低可达15%。大众的FSI技术核心是使发动机在中低负荷下通过多次喷油，形成*近火花塞的浓混合气燃烧(保证足够的火焰传播温度)和其他区域的稀薄燃烧，从而实现分层燃烧过程，达到节省燃油的目的。在高负荷下通过直喷技术控制的精确喷油量和喷油时间，在进气行程时喷入适量燃油，借助高速进入燃烧室的空气形成的较强涡流，使混合气均匀混合在燃烧室，形成均匀燃烧。但是，由于缸内直喷要求极高的喷油压力，对喷油系统、特别是对喷油器长时间工作下的喷油精度提出了极高的要求，而保证喷油器的正常工作又对燃油品质提出了严格的要求。因为如果汽油中含有过多的杂质，会使喷油器过度磨损或堵塞，造成喷油量下降或改变喷油方向而影响分层燃烧效果。此外，由于汽油中的过量烯烃，在喷油器的高温环境下，极易在喷油器上通过与氧气发生氧化反应，形成低聚粘稠物的胶质，长期沉淀后形成积炭，容易造成喷油器堵塞。因此，目前国内汽油的油品质量对缸内直喷是个严格的考验，正是基于这些因素的考虑，大众在中国的FSI发动机上取消了分层燃烧技术，只保留了均匀燃烧模式，而三菱、丰田也都没有把各自的GDI技术引入到中国。目前，本土厂商中，奇瑞在开发2.0L的缸内直喷汽油发动机，华晨在开发1.8L的缸内直喷汽油发动机。从GDI在乘用车汽油机上的装机比例发展趋势看，到2013年之前的这段时间，它在国内汽油机上的应用将非常缓慢，相对于整个乘用车汽油机的装机率仍将相当低，CSM预测的数据是将低于3%。乘用车的汽油机市场，随着可变气门正时及可变升程技术、缸内直喷技术等典型的现代汽油机先进技术的引进，从根本上提升了国内乘用车汽油机的技术水平。但我们也要清醒地认识到，本土发动机厂商相对于合资厂下的发动机厂商，在技术研发、产业化上仍有很大的差距，关键零部件的开发、配套等也为外商掌控着。我们更多的是需要通过学习、吸收他们的先进技术，来缩短与他们的技术差距，加快自己的技术升级，从而在竞争中赢得更多的市场份额。3.涡轮增压技术(Turbo Charger Technology)第一个把涡轮增压技术引入中国汽油机乘用车的仍是大众公司，最先将这项技术应用在2000年上海大众投产的帕萨特1.8T发动机上。应用涡轮增压技术，发动机排出的废气能量通过涡轮增压器的有效利用，使发动机能够吸入更多的高密度空气，提高充气密度，从而有效增加进气量。应用涡轮增压技术，给我们带来最直观的感受就是发动机的功率和扭矩得到有效提高，通常发动机功率及扭矩可以增加20%30%，而且能有效提高汽油机的燃油经济性和降低排放，特别是过量空气促进的充分燃烧能有效降低HC和CO的排放。现国外双涡轮增压技术在欧洲已获得广泛采用，宝马、奔驰、大众等车型上，它可提高高速和低速扭矩并提高功率。现双涡轮增压有两个都是废气涡轮增压，也有一个用废气涡轮增压，另一个用机械增压器,如一汽大众速腾轿车将装备最新1.4L-TSI双增压(废气涡轮增压机械复合增压技术，使1.4L排量发动机最大功率达到125kW/660r/min，最大扭矩达到240Nm/17904500r/min，升功率达到90kW/L。但是目前，在国内乘用车汽油机上应用涡轮增压技术，仍有很多内在因素制约了它的发展，因为乘用车上的汽油机结构紧凑，体积偏小，汽油机本身的混合气形成机理和燃烧的特殊性质都在一定程度上限制了涡轮增压技术的应用。汽油机应用涡轮增压器造成的困难有爆震倾向增大，热负荷增高，涡轮时滞造成的汽油机加速性能滞后等情况发生。同时，涡轮增压器的应用，对发动机本身的工作强度、机械加工精度、装配技术等都有更严格的要求。它要求发动机的内部零件承受更高的热负荷、更高的工作温度，要求发动机和涡轮增压器都要有更好的润滑、冷却条件。因此，无论是技术上还是发动机本身成本上，这些客观因素都在一定程度上都制约了涡轮增压技术在乘用车汽油机上的推广使用。此外，涡轮增压器是精密的汽车零部件，技术含量高，制造维修成本也比较高，这些也在一定程度上限制了它在国内乘用车汽油机上的应用。目前，除了大众率先在中国将涡轮增压技术应用在乘用车汽油机上之外，2006年底，东安三菱也从日本三菱引进了1.5L的4G15T涡轮增压发动机，升功率达到了75.3KW。本土的厂商中，华展也在2006年中旬推出了具有自主知识产权的1.8L的BLl.8T涡轮增压发动机，升功率达到69.4kW。作为乘用车自主品牌的代表，奇瑞也在不久的将来推出2.0L的涡轮增压发动机。根据CSM的数据预测，在2013年之前，乘用车上汽油机的涡轮增压技术的应用比例大约在5%左右(安装率)。4.其他技术的应用随着燃油价格的日益上涨，除了上述等一系列先进技术在乘用车汽油机上得到应用推广外，汽油机在缸体、缸盖结构本身也向着材料轻量化方向发展，也在致力于通过减轻自身重量来降低燃油消耗，达到节能环保的目标。从CSM的研究分析看，铝合金缸盖目前已经在乘用车汽油机上占有绝对的主导地位，其装机比例已经达到98.6%，除主要得益于铝合金相比较铸铁材料优异的轻量化特点外，也得益于它良好的散热性。同时，铝合金缸体也逐渐取代传统的铸铁缸体，从CSM的研究分析看，乘用车汽油机的铝合金缸体装机比例将从2006年的29.34%增长到2013年的57.10%。另一方面汽油机从最初的顶置气门(OHV)两气门、单顶置凸轮轴(SOHC)两气门，逐渐过渡到双顶置凸轮轴(DOHC)四气门占主流的趋势。从我国乘用车的汽油机发展趋势看，双顶置凸轮轴、四气门的结构设计逐渐成为主流设计趋势，这些也从客观上体现了在乘用车汽油机结构本身我国也正在缩小与发达国家在这方面的差距。小结乘用车的汽油机市场，在整体技术层面上，取得了长足的进步，跨国巨头为了应对日益激烈的市场竞争，开始引进越来越多的先进发动机技术到各自的合资厂中。本土的厂商也在慢慢站稳脚跟后，开始投入更多的精力在自主发动机的开发上，通过技术引进、技术合作等多种途径，来发展自己的发动机，从而摆脱过去在跨国公司夹缝中求生存的困境