國產發動機的謝幕,電動機時代即將開啟

無論是普通車型還是豪華車,發動機成本都要佔到整車成本的 12%-18%。

沒它不行,發動機的性能決定了汽車的動力性、經濟性和環保性,是車企視為「心臟」的核心技術。

我國汽車製造業起步晚於歐美國家,發動機技術因此存在不小的差距。

主要體現在,國內自主品牌至今仍很少具備正向研發發動機的能力,而基於逆向研發的發動機大多無法突破 2.0 排量的天花板。

隨著近幾年車企向電動化轉型的浪潮席捲而來,全球車企開始投入大量精力研發三電系統技術,自主品牌也不例外。

雖然在發動機和三電系統之間還隔著混合動力系統這一過渡產物,暫時仍需要發動機技術的加持,但一個明顯趨勢是,汽車行業終將告別發動機時代。

留給國產發動機的時間已經不多,它正在進行最後的舞臺謝幕。

1.兩份榜單

2019 年的最後兩個月,中國和美國兩家第三方機構先後發佈了年度十佳發動機榜單。

其中一份由美國權威雜誌《Ward's Auto World》發佈,名為「沃德十佳發動機與動力系統」,評選對象面向在美國市場銷售的全球車企的發動機和動力系統。

另一份由國內汽車雜誌《汽車與運動》發佈,名為「『中國心』年度十佳發動機」,面向國內自主品牌與合資品牌的發動機。

兩份名單中:

「沃德十佳發動機與動力系統」榜單入選的有 5 款汽油發動機、2 款帶 48V 輕混系統的汽油發動機、1 款柴油發動機、1 款汽油強混動系統,以及 1 款純電驅動系統。

入選車企包括寶馬、戴姆勒、FCA、福特、通用、本田、現代和日產等。

「中國心」年度十佳發動機名單中,入選的有 9 款汽油發動機和 1 款汽油混動系統,入選的車企包括上汽通用別克、長安、奇瑞、海馬、東風日產、一汽紅旗、長城、吉利、一汽豐田/廣汽豐田。

先看一下兩份榜單。

沃德十佳發動機與動力系統榜單:

國產發動機的謝幕,電動機時代即將開啟

「中國心」年度十佳發動機榜單:

國產發動機的謝幕,電動機時代即將開啟

從兩份兩份榜單可以看到,獲獎的發動機型號和性能主要為多缸汽油機。

前一份榜單裡面,入選的發動機的特點是大排量、渦輪增壓、四缸、六缸。

入選後一份榜單的發動機中,除了一汽紅旗的 3.0 發動機,其發動機大多為小排量、渦輪增壓,且很少看到四缸、六缸的發動機。

那麼,兩份榜單究竟說明了什麼?國產發動機真的不如國外?國產發動機的真正實力處於何等水平?

2.國產發動機褒貶不一

汽車發動機主要分為汽油發動機和柴油發動機,分別應用在乘用車和商用車上。

通常來說,衡量一款發動機的好壞有幾項指標,主要包含功率、峰值扭矩、熱效率和 NVH 靜謐性和耐久性等。

其中:

  • 功率和扭矩決定動力輸出,而輸出的動力越大,車子提速就越快;
  • 熱效率決定油耗,熱效率越高,發動機越省油;
  • NVH 靜謐性決定舒適度,靜謐性做得越好,發動機運行時便越安靜;
  • 耐久性決定發動機運行壽命,目前多數發動機可以持續運行 16-20 萬公里,做得好的能做到 50 萬公里,甚至極少數可以達到 100 萬公里;
  • 發動機功率越大意味著排量越大,車輛在動力和瞬間加速等方面就有更多的發揮空間。

針對國產發動機的水平,主要存在兩種評價聲音:

一種認為國內汽車發動機水平已經達到與國外相當的水平;一種認為與國外還存在很大差距。

國產發動機的謝幕,電動機時代即將開啟

民間大多認為,國產發動機無法與國外相提並論,讓大家產生這種印象的原因主要是:

早期自主品牌很多會直接購買三菱的發動機,且自主品牌的車在中高端市場難敵外資與合資品牌,總是給人一種國產發動機動力很弱、市場佔有量不高的印象。更有人質疑國產發動機的「國產」二字是否純正。

而車企和專家則大多認為,國產發動機的差距正在縮小,甚至在某些方面較國外存在領先。

中國內燃機學會理事長、中國工程院院士、天津大學校長金東寒給出的評價是,在重型卡車等運輸領域,我國生產的多系列柴油發動機,技術水平已經同世界先進國家並駕齊驅,自主品牌約佔全球重卡柴油機市場份額的三分之二。

不過,金東寒指出,在家用轎車等乘用車領域,我國生產的發動機由於油耗較高、可靠性不足等原因,目前佔據的主要是低端市場,正處在奮勇直追的跟跑階段。

在他看來,「我國在發動機新材料研發、自主創新能力等方面依然存在一定的瓶頸。可以稱為發動機的製造大國,但還不是製造強國。」

3.發動機的核心

民間認知和權威專家的看法相差很大,到底應該更相信誰?

這要從發動機的核心技術入手。

一位在自主品牌工作多年的發動機研發人士告訴汽車之心,在比較之前,可以先釐清國產發動機這個概念。

他指出,按照汽車製造規律來講,只要不向別的車企支付專利費,且在國內生產,有能力設計燃燒室這個關鍵部件,便可以認為有極高的設計水平,是非常純正的自主研發。

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「其實在 2011 年,自主品牌如奇瑞、海馬、一汽、長安等,已經奠定了發動機技術基礎。2012 年,國內已經有一兩家車企可以做燃燒室。目前,自主品牌的發動機技術已經達到了一定水平,未來沒有繼續研發的必要了,唯一需要等的是銷量。」

這位前研發人士表示,國產發動機之所以給人水平很差的印象,主要原因是動力不足,而之所以做不到很大排量,不是發動機技術不行,而是自主品牌沒有大排量市場。

這也就是說,發動機的排量、缸體數量與技術水平並無直接關聯。

在研發發動機時,最開始研發的是單缸發動機(也叫模型機),這是最難的環節。

因為發動機最核心的是燃燒,燃燒涉及到燃燒室,單缸和雙缸、四缸的燃燒室和控制水平是一樣的。

如果要讓單缸的熱效率達到 40% 會超級複雜,但要把單缸做成雙缸、 四缸、八缸就相對簡單,只需要進行平移複製即可。所以大排量並不難,難得是把單缸的水平做到很高。

那麼,為什麼國內長期以來不做大排量的發動機呢?

因為發動機是批量化的工業化產品,由於涉及到研發、開模和產線費用,屬於一次性的投資,所以需要量的平衡。

現在的情況是,國產品牌的車很難將一款車每年賣到 15 萬輛以上,所以無法分攤成本更高的大排量發動機。

更何況,發動機水平與市場銷量也沒有絕對的關聯性。

在上述兩份榜單中,搭載入選名單裡的車型銷量固然可以取得不錯的銷量,但並不是每款搭載了榜單內發動機的車型都是熱門車型。

影響一款車賣得好壞的因素還包括品牌認知、整體技術實力、營銷策略和售後服務等一系列綜合因素。

綜合來看,衡量國產發動機水平的標準大致是:

具備正向研發能力,核心零部件由國內公司生產,且生產出來的發動機在市場上能夠規模性推廣。

對照這一標準,國產發動機水平其實是有一定差距的,這有其歷史原因。

4.艱難起步

1901 年,我國的道路上出現了第一輛汽車。

那年,一位名叫李恩思的匈牙利人將兩輛美國產的奧茲莫比爾汽車從香港運至上海,這個汽車品牌是繼戴姆勒和標緻後成立的全球第三個汽車品牌,也是美國市場最古老的汽車品牌。

再過三十年,也就是 1931 年 5 月,在國民黨軍官張學良的倡導下,中國第一輛汽車民生牌 75 型重卡才被製造出來。

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民生一詞取自「三民主義」,這款車投入了 80 萬元,基於逆向研發的方式,將一輛瑞雷 SIIB 型汽車進行零件拆裝測繪,進行重新制造,同時聘用外籍技師作為工程師。

研製成功的民生牌 75 型重卡車的汽油發動機採用了水冷六缸,61 匹馬力,最高時速只有 40 公里。相當於現在街上行駛的兩輪電動車的最高時速。

1953 年 7 月,由毛澤東題寫廠名的第一汽車製造廠奠基,它是一汽集團的前身。

一汽作為共和國「長子」,同時處於我國國家建設第一個五年計劃的大背景下,生產幹勁十足。它在商用車和乘用車的研發上爭分奪秒,很快便將「解放牌」載貨汽車下線。

1958 年 5 月,一汽生產的中國第一輛國產轎車東風轎車東風 CA71 下線。這款車以奔馳 190 為樣機,通過仿造為主和自主設計結合的方式,搭載了直列四缸、頂置式高速發動機,最大馬力 79 匹,最高時速 128 公里。

東風 CA71 一共生產了 30 輛,但最終由於技術不成熟,並沒有批量生產。

在東風 CA71 的基礎上,一汽成立高級轎車項目,計劃一個月內完成。以 1955 年產的 Chrysler Imperial(克萊斯勒帝國)C69 型為設計藍本,在一個月後生產了 CA72 型紅旗牌轎車。

國產發動機的謝幕,電動機時代即將開啟

據瞭解,大家最初低估了汽車研發尤其是發動機研發的難度,V8 發動機尤其是缸體的鑄造難住了項目組,無論如何試製都無法攻關,鑄造的 100 臺缸體 97 臺都成了廢品,最終選出幾件鑄件毛坯進行加工後才研製成功。

紅旗 CA72 搭載了 162 千瓦 V8 液冷發動機,每百公里耗油 10.1L,發動機罩上方印上了三面紅旗,後來的改款車經常出現在大閱兵、外事接待等重要場合。

從上述研發過程看,發動機的逆向研發仍然是主要方式,成為汽車品牌有一個共同的「心」病,說明我國還未真正掌握汽車製造的核心技術。

雖然此後我國汽車銷量不斷增長,但發動機的技術問題依然持續了很長一段時間,直到 20 世紀即將結束時,這一難題才被打破。

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奇瑞 ACTECO 系列發動機

1999 年 5 月 18 日,我國首個自主研發的汽車發動機奇瑞 ACTECO 系列發動機點火成功,這款發動機由奇瑞汽車與奧地利的 AVL 公司聯合設計開發而成。

奇瑞 ACTECO 系列發動機被公認為是國內第一個從設計、研發到生產製造完全自主的發動機品牌,奇瑞方面具有完全的自主知識產權。

奇瑞 ACTECO 系列發動機有 3 個子系列:

  • 小排量 (3 缸 0.8 到 4 缸 1.3 升) 汽油機系列;
  • 中大排量 (4 缸 1.6 升到 V8 的 4.0 升) 汽油機系列;
  • 柴油機系列 (3 缸 1.3 升到 V6 的 2.9 升)。

這些發動機後來安裝在了奇瑞的多款車型上面,至今累計用戶超過 600 萬,隨整車出口至全球 80 多個國家和地區,單獨出口至美國、日本、德國等國家。

當然,這款發動機在最初的批量生產過程中也遇到過困難,比如,國產供應商生產的產品無法滿足需求,最終找到瑞士 JF 公司後問題才得以解決。

奇瑞 ACTECO 系列發動機的出現將我國汽車工業拉上了新紀元。

此後二十年間,長安、吉利等的發動機不斷問世,國產發動機自主研發的歷史掀開新的一頁。

5.執著的汽車人

從時間維度看,國產發動機的歷史並不長,追溯國產發動機的崛起之路,可以看到汽車人的執著精神。

先從最早的探路者奇瑞說起。

摘下中國首個國產發動機桂冠的時候,距離奇瑞成立才僅僅兩年。奇瑞成立於 1997 年 1 月,早期正式購買了一條福特出售的發動機生產線起家。

為了做好 ACTECO 系列發動機,奇瑞投入了 30 億元建設發動機第二工廠,作為 ACTECO 系列發動機發動機的配套工程。

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從早期成立發展到 2010 年時,奇瑞的發動機團隊已有 1000 人左右的規模。

後來,奇瑞還聘請了當年美國偉世通公司唯一的發動機燃燒領域院士許敏的加盟。

許敏在奇瑞工作期間,幫助奇瑞搭建起了完整的汽車研發體系和研發流程,以及培養起了發動機的研發能力,此外,許敏的加盟也吸引了更多的海外汽車工程人才加入奇瑞。

除了大量的投入,奇瑞發動機的核心研發團隊也有激情和堅守。

時任奇瑞汽車發動機工程研究院副院長古春山曾經感嘆,

「發動機團隊中工作 10 年以上的核心成員達到數百人,雖然面臨外界各種誘惑,甚至是數倍的高薪,但是很多人選擇了堅守。真正的創新,不僅僅是得到一個或幾個死的產品圖紙,更大的收穫在於培養了我們自己的人才隊伍,掌握了活的產品開發能力。」

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奇瑞 ACTECO 系列發動機

自主品牌中對發動機有著持續投入的還包括長安汽車。

2009 年 6 月 2 日,長安汽車及發動機新基地在重慶江北區魚嘴工業園正式奠基。該基地總佔地面積 2000 多畝,預計到 2012 年實現一期建成投產,總投資 25 億元,達到 30 萬輛整車、100 萬臺發動機。最終將建成 60 萬輛整車、200 萬臺發動機的產能。

2014 年 9 月 9 日,「長安汽車發動機產能結構調整項目」在重慶兩江新區魚復工業園區長安汽車股份公司發動機新基地實施,總投資 321399 萬元,主要建設內容包括:

新建 2 棟 H 系列發動機機加總裝聯合廠房,新建理化計量中心、RDC 庫、2# 公用站房、工人技能培訓用房以及 2 號食堂等公輔設施,其中理化計量中心、RDC 庫、工人技能培訓用房本次僅涉及土建和主體工程部分。

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長安藍鯨 1.4T 高壓直噴發動機

長安汽車後來在資金募集公告中披露,「長安汽車發動機產能結構調整項目」達產後預計每年實現營業收入 62.23 億元、稅後利潤 6.44 億元。這個項目稅後內部收益率為 17.45%,稅後投資回收期為 7.22 年。

2017 年 1 月 9 日,長安汽車公告稱,將對 H 系列五期、NE1 系列一期發動機生產能力建設項目新增建設投資 39.48 億元 (含外匯 2.30 億美元),新增鋪底流動資金 1.37 億元,資金全部為公司自籌;公司全球研發中心 (一期) 項目增加排放試驗室建設項目新增建設投資 3.45 億元。

其他車企的投入也大多在 10 億元到 100 億元之間。

比如,東風輕發 M9T 發動機項目總投資約 11.33 億元,吉利沃爾沃總投資 105 億元的沃爾沃發動機項目,打造 1.5T、2.0T 發動機的生產基地等等。

在自主品牌執著投入發動機研發的同時,一些有著國企背景的車企還開始在國家政策的引導下,率先與外資品牌合作,開始走向通過組建合資公司的方式學習國外先進的發動機技術。

從上述「中國心」十佳發動機榜單可以發現,合資品牌的在發動機研發方面也取得了一定成績。

靠著早期汽車人對於技術的執著,國產發動機就這樣慢慢成長了起來。

6.遇上電動化

如果再給自主品牌十年時間,讓它們的產品在中高端市場站穩腳跟,許多人應該會對國產發動機有新的印象,但這種可能性越來越小了。

變數發生在 2014 年,以蔚來、小鵬等為代表造車新勢力出現,它們全部棄用發動機而選擇三電系統,甚至一些自主品牌也不得不順應趨勢向新能源進行轉型,國產發動機的未來隨之打上問號。

國產發動機的謝幕,電動機時代即將開啟

前科技部部長萬鋼披露的數據顯示,2014 年,我國汽車產銷量分別為 2372 萬輛和 2349 萬輛。2370 多萬輛的汽車中,國產發動機配套達到了 2108 萬臺。也就是說,國產汽車配套率達到了 86%。

次年,萬鋼提出,「車企普遍認為,汽車發動機一定要能夠在節能減排、清潔排放上下大功夫。同時,我們的重點還要放到新能源汽車方面,新能源汽車我們國家從本世紀初開始研發起步。」此後幾年,國家倡導發展新能源汽車的信號日益明顯。

實際上,大多車企認為,電動化對國產發動機的影響沒有多大。

上述研發人士認為:國內的發動機在 2011 年時已經達到國際水平。比如奇瑞的發動機實際上是 2011 年研發的,只是到 2019 年才拿出來。整體上,發動機已經沒有什麼高科技,奔馳、寶馬也玩不出什麼花樣。

當燃油車禁售表出來後,大家會集體放棄,向電動化方向發展,紛紛投入三電研發,尤其是涉及到動力輸出的電機。

自主品牌需要全力投入下一段新的征程,在發動機時代的積累未必能適應電動化轉型。

以長安汽車為例,雖然在 2001 年便已開始新能源技術研究,並宣佈已形成系統設計、整車集成、部件開發等核心能力,建成了覆蓋新能源 6 大領域的 15 個試驗室,累計申報專利 580 多項。

但這家車企真正將重心轉到新能源上是在 2017 年。

2017 年 10 月,長安啟動香格里拉新能源戰略計劃,計劃將在 2020 年完成三大新能源專用平臺打造,最終在 2025 年全面停售傳統燃油車,投入 1000 億元用於全產業鏈研發轉型重構,預計在未來 8 年(2018-2025 年)推出全新純電動車產品 21 款、插電式混合動力產品 12 款。

目前,長安的新能源汽車大多還是「油改電」汽車,在續航、動力和銷量等方面表現並不出挑。

中國內燃機工業協會數據顯示,2019 年 1-11 月,我國內燃機累計銷量 4261.93 萬臺,同比增長-9.23%。

這些內燃機銷量中,用於乘用車的累計銷量為 1724.48 萬臺,用於商用車的累計銷量為 288.94 萬臺,合計為 2000 萬臺。

對比發現,2018 年 1-11 月,乘用車用內燃機銷量 1951.76 萬臺,商用車用內燃機 277.33 萬臺,乘用車需要的內燃機數量已經大約少了 200 多萬臺。

與此同時,2019 年 1-12 月,我國動力電池裝車量累計 62.2GWh,同比累計增長 9.2%。

新的動力時代就要來臨。



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