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技术革新:汽车发动机新命题

作者: 汽配人网 发表于: 2006-03-29
  随着国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ阶段汽车的排放法规的陆续颁布,以及汽车节能、环保需求的趋势,使得汽车新能源动力的争夺战升级,传统动力汽油机、柴油机技术亦不断革新,以承接未来的挑战。  

  汽油机技术重在节能  

  如何提高燃烧效率,降低燃油消耗成为汽油机目前面临的主要技术挑战。东风汽车有限公司商用车研发中心研究部部长阳松林提到,汽油机节能技术的发展趋势是:缸内直喷稀燃(GDI),节油约8%-15%;全可变气门(FVVT),直至电动气门技术(EMVT),节油约10%-18%;减小发动机排量(DOWNSIZE)采用可变涡轮截面高增压和可变压缩比技术(VCR),节油约20%-25%;全可变与均质稀薄燃烧技术(HCCI),节油约20%-30%。排放控制新技术主要包括冷却废气再循环(EGR)、稀燃排气后处理系统以及DeNOx催化转换器等。  

  这些节能技术在国外应用正在深入,随着国家排放和节能法规的进一步趋严以及市场竞争的加剧,国内有关各方也应加快跟进。北京福田环保动力股份有限公司武凤荣介绍,新技术在国外发动机生产企业内的研究更进一步,GDI技术也已应用到了产品上。国内相对落后,还处于初期研究和模仿的阶段,还没有进入产业化阶段。阳松林则提到,上述节能技术将首先从合资公司引入国内市场,国内也有一些企业与国外公司合作开展GDI、FVVT、DOWNSIZE产品的先期开发并力争拥有自主知识产权,部分高校已进行HCCI、EMVT的基础研究。他还同时表示,这些技术涉及的关键零部件要达到产业化、规模化目标,还需要企业、院所的密切合作,花大力气攻关。  

  柴油技术向国III标准接轨  

  不断严格的排放法规要求让柴油机已从机械控制转为电子控制。当前柴油机电子控制燃油系统主要有三种,即电控泵喷嘴系统、电控单体泵系统、共轨燃油喷射系统,都已投入生产。上海柴油机股份有限公司副总工程师张有表示,目前满足国Ⅲ排放的主要技术有:燃油系统电子控制技术、增压中冷技术、高压喷射技术;燃烧过程优化技术;四气门技术。对于小排量柴油机如轿车柴油机可能需要采用废气再循环技术降低氮氧化物。  

  由于适应国III排放标准的电控高压共轨喷射系统的成本较高,组合式单体泵电控喷射技术应运而生。无锡油泵油嘴研究所高工杨中极表示,最近我所开发的经济型系统,是以满足欧Ⅱ的泵管嘴系统+电子调速器+EGR系统及控制来实现。虽说还需要做更细致的工作,但其成本及油耗之低将具有很强的竞争力和生命力。  

  目前国内中重型柴油机产品自主开发进展较好,上柴、潍柴、玉柴、锡柴、杭发等柴油机生产厂家均开发出满足国Ⅲ排放标准的电控柴油机,并已经不同程度地推向市场。张有介绍,从开发过程可以发现,国Ⅲ柴油机产品采用的主要是电控高压共轨技术和电控单体泵技术。  

  应加快自主品牌建设  

  在汽车自主开发已提升到战略高度的时日,汽油机自主品牌缺失的现状令人忧虑。阳松林表示,这是由于合资公司轿车汽油机的研发都在国外,国内往往只作国产化生产,长此以往国内失去了创造汽油机自主品牌的载体。目前,国内没有真正意义上的自主汽油机品牌,汽油机研发能力也落后于柴油机研发能力,自主创新能力很弱,需要迎头赶上。  

  为提高国内汽油机产品的竞争力,阳松林提到,企业应加大产品开发的投入,发挥国内高校、科研院所和企业的各自优势,选择关键技术问题开展研究开发,必要时请国外技术公司进行技术咨询和联合设计,实现跨越式发展。目前东风汽车公司在商用车柴油机、天然气发动机和自主品牌轿车汽油机领域研发和产业化方面取得了重大进展。  

  武凤荣则表示,提升汽油机自主品牌最佳的办法是在新品开发中与国外的咨询机构合作,在合作开发中使自身的设计能力和开发能力得以提高,“走出去,请进来”。目前,国内很多企业都在尝试这种做法,并收到了一定的效果。  

  编辑点评  

  要开发属于自己的发动机ECU  

  汽车市场表面繁荣的背后隐藏着核心技术缺失的“黑洞”,这也成为国内汽车业心头永远的“痛”。尤其是在汽车动力核心——发动机ECU领域,中国市场上销售的发动机控制ECU模块等关键汽车电子产品“基本被几家跨国公司垄断”,国内自主品牌整车面对的是一个强势到近乎垄断的配套市场。而要摆脱受制于人的局面,出路或许只有一个:那就是开发属于自己的发动机ECU。尽管追赶困难重重,但却势在必行。  

  从技术层面看,通过模仿来掌握发动机ECU的硬件还是软件非常困难。一方面,ECU硬件的集成度在不断提高。随着驱动电路向智能化方向发展,驱动电路高度集中,一个芯片已能完成以前几个芯片的功能。另一方面,重要的软件更难掌握。ECU软件的实质是企业在技术开发过程中,企业通过对各种发动机在各种工作状态下进行试验而获得的知识和经验积累,是一个不断完善和细化的过程。这种经验积累恰恰是在电控领域没有进行过自主开发的中国企业所缺乏的。  

  因而这是一项长期攻关的课题,需要国家政策与资金的支持,需要产业链上下游之间的通力协作,需要稳扎稳打、循序渐进。同时,整车厂商应该提高自主开发意识,而不仅仅做表面文章,并对国内的配套厂商给予一定的支持;另一方面,ECU开发商则要建立完善的开发环境,包括开发工具、硬件和软件模块库等,与系统供应商、整车厂商加强合作,营造一个高效的开发体系。目前国内康佳、比亚迪等ECU开发商在开发领域都取得了不错的进展。而奇瑞自主开发的ACTECO发动机的亮相,以及随着一汽C301、上汽陆威、长安CV7、吉利FC-1的陆续上市,国内在发动机领域将呈现新的竞争力。 (李 映)  

  精彩观点  

  东风汽车有限公司商用车研发中心研究部部长阳松林:  

  发动机ECU开发应集中于软件  

  目前国内占主导市场的轿车的核心技术发动机ECU基本被外商垄断,国内企业人才缺乏、设计开发能力弱、产品技术水平低、创新不足。一些院校和科研院所及企业在国家科技攻关项目的支持下,先后进行了汽油机、柴油机、气体燃料发动机ECU的研发,但成果转化成产品的很少,停留在原理样机、样品阶段。同时发动机电控系统中的传感器、执行器等国内企业配套能力弱、产品性能差,很大程度上制约了发动机ECU的开发和产业化。  

  国家政策支持和国内汽车市场的发展潜力为汽车发动机电子控制系统开发商带来难得的机遇和动力。虽然我国半导体工业发展相对滞后,但国际半导体芯片产品市场对我们充分开放,开发发动机ECU硬件比软件相对容易。目前,国内急需解决的关键技术是ECU软件,我们要深入扎实消化吸收国外先进的技术和标准,在开发过程中重视集成开发环境技术的应用,以确保能够真正从底层开发并掌握汽车发动机电子控制系统核心技术。软件开发要标准化,应采用标准I/O驱动模块、实时多任务操作系统、高级语言控制编程、基于模型的算法设计、自动代码生成、虚拟仿真测试,遵循ASAM-MCD应用标准和有关网络总线及通讯协议等规范。  

  康佳集团汽车电子研究所资深技术专家刘建军:  

  应采用先进的软硬件开发流程  

  从20世纪90年代后期开始,国内已出现了一些小型公司及高校对车用电控系统ECU的开发,主要是模仿国外一些著名公司的早期产品。由于受到电子器件、软硬件设计经验、控制策略的理解及市场需求的限制,发展较缓慢,有些只停留在硬件功能的实现阶段,不能产业化。ECU在开发阶段就应学习采用国外先进的软硬件开发流程、方法和标准,使其有足够的可靠性,立足于产业化。同时通过积累,优化和完善控制策略也是必不可少的。通过国内汽车近六年对电控汽油喷射系统的大量采用,使汽车生产厂商充分学习和认识了电控系统,消除了一些神秘,增加了一些对国产电控系统接受的可能性。加上国家近来对国有自主技术的支持和市场的价格竞争压力,国产ECU的电控系统正逐步被一些国产品牌汽车厂商在越来越多的车型上采用。当然很多电控系统零部件有了国产供应商也是不可缺少的条件之一。  

  康佳目前已建立起了完全自主产权的发动机电控系统ECU的技术平台,已通过了全部DV测试,产业化进程顺利进行。将按计划在2006年内批量投产满足国Ⅲ排放法规的电控汽油喷射系统产品。  

  无锡油泵油嘴研究所高工杨中极:  

  经受市场检验方能成功  

  三种典型的柴油发动机电控喷射技术单体泵、共轨、泵喷嘴在国外已有多年的应用。在电控高压共轨系统方面,博世、德尔福、西门子VDO和电装四大公司的系统都在国内多种机型上配试。国内在十年前曾有过研发电控高压共轨系统的热潮,但随后都知难而退,就剩下无锡油泵油嘴研究所,十年来一直在坚持研发共轨系统,很艰难,也很孤单。现在已装车在考核可靠性及组织批量化生产,这一事实鼓舞了不少人的信心,使最近国内对共轨系统的研发热度又有所回升。一些企业、研究机构和高校加入到新兴行业中,这无疑打破了国外大公司一统天下的格局。  

  但同时我们还要认识到,一切工作均要受到市场的检验与考核,得到认可才可谓成功。与发动机配试达到动力、排放性能要求算是走出第一步,台架试验达到经济性要求算一步,装车性能包括动力经济性是一大步,接着是可靠性、小批量一致性等等。配成功一种机型不见得就能配多种机型,还有运行中的故障发生率,使用中的服务等,总之柴油机使用高压电控喷射技术会遇到许多过去不曾料到的种种新问题,需要仔细研究,认真对待,一个个解决才可能到达胜利的彼岸。除了企业自身还需要不懈努力外,同时也需要得到政府、行业的支持与配合,共同将具有我国自主知识产权的柴油机电控喷射系统达到产业化,进入市场。