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世界汽车发动机近期发展趋势


重型汽车 1999( 2) 总 51 期

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世界汽车发动机 近期 发 展 趋 势
解放军汽车管理学院 柳长立

发动机是汽车的动力源, 其性能的好坏直接决 定着汽车性能的好坏, 进而决定 了汽车市场的前 景。因此, 各国各汽车生产厂商都十分重视由顾客 和政策决定的汽车发动机的市场格局及其变化, 十 分关

注汽车发动机技术的发展动态, 以期在市场竞 争中把握先机, 建立和保持竞争优势。 下面结合世界汽车市场, 探讨近五年 ( 1997~ 2002 年) 世界汽车发动机的市场格局和主要技术发 展趋势, 以加深我国汽车及汽车发动机生产厂商对 相关形势的认识。

低, 北美地区最高, 详细情况见表 1。 从发动机凸轮轴的形式看, 汽油机与柴油机使 用情况完全不同。 汽油机以双顶置凸轮轴( DOHC) 发 动机和单顶置凸轮轴( SOHC) 发动机为主, 比重都比 较高, 其余是顶置式气门( OHV) 发动机; 而柴油机则 主要是单顶置凸轮轴发动机, 见表 2。 表1
地区 北美 西欧 亚太地区 南美 世界平均

1997~ 2002 年世界汽车发动机 的市场分布( 不含电动汽车)
汽油机( % ) 97. 9 71. 6 85. 3 94. 0 85. 8 柴油机( % ) 2. 1 28. 4 14. 7 6. 0 14. 2

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世界汽车发动机的市场发展趋势
据美国 汽车工业! 杂志分析, 近期世界汽车发

动机市场的总体格局将是: 需求仍然以汽油机为主, 柴油机为辅, 但二者的市场份额各地不一; 供应厂商 之间的竞争更加激烈, 行业合并浪潮再涌, 集中生产 的趋势更加明显。 1. 1 市场需求 从市场需求方面看, 预计 1997~ 2002 年这五年 中, 汽车汽油发动机仍然是世界汽车动力的主流, 但 是由于环境保护政策不同、 工业基础不同、 生产技术 能力不同、 汽油价格不同以及使用习惯的不同, 世界 汽车汽油发动机所占比例也不尽相同, 其中西欧最
收稿日期: 1998 年 10 月 29 日

表2

1997~ 2002 年世界汽车发动机 凸轮轴配置形式
DOHC 40. 7 3. 4 SOHC 41. 9 80. 6 OHV 17. 4 16. 0

发动机类型 汽油机( %) 柴油机( %)

业内人士普遍认为, 尽管世界汽车市场上汽油 机仍然是最主要的汽车发动机, 但是随着世界各国

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对大气环境问题的日益重视, 排放污染较小的柴油 机前景不可小视, 特别是随着电子喷射技术在柴油 机上的应用, 柴油机高效节油、 低排放污染的优点会 更加突出, 其发展是有后劲的。 1. 2 市场供给 近十年来, 世界汽车零部件工业出现了新的发 展趋势和特点, 汽车零部件企业不断地从汽车整车 生产厂家中分离出来, 并通过兼并等手段实现了组 织结构上的分化; 它们在市场中自主经营, 形成了以 集中为主要特色的经营策略, 同时为了适应市场竞 争的需要, 世界汽车零部件生产出现了国际化的倾 向, 在发展过程中, 它们广泛利用各种新技术, 使零 部件行业的发展要素突出和明朗。作为汽车重要系 统的发动机生产和供给, 也充分体现了这一特征。 自 80 年代末, 世界汽车零部件生产企业之间的 兼并现象如潮起潮落, 仅 1995~ 1996 年, 美国国内 的这种兼并资产总额就高达 320 亿美元, 影响的从 业人数达 30 万以上, 社会影响较大。 近十年来, 通过 兼并, 世界汽车零部件生产企业的相对垄断倾向十 分明显, 十年内企业总数减少了 73% 强( 见表 3) , 而 其间的市场总销售额却增加了 104% ; 如果考虑到 2002 年世界汽车总保有量可能突出 60 000 万辆和 行业兼并浪潮将继续的事实, 这种利润的增长在今 后仍然是客观存在的。 据统计: 16% 的兼并发生在与 汽车发动机相关的零部件生产领域; 16% 的兼并发 生在与车 身和汽 车玻璃相 关的零部 件生产领 域; 14% 的兼并发生在汽车零部件零售业; 14% 的兼并 发生在汽车制动系统、 汽车轮胎等零部件生产领域; 10% 的 兼并发生在真正所谓的内部零部件供 应领 域; 还有的则分布于汽车业的各种非生产领域。 表3 1998~ 2008 年世界汽车零部件企业 数目的变化( 实际或预测数)
经 营 领 域 1998 年 2002 年 2008 年 50 250 1 000 600
960

零部件经营, 但其销售额将达到 70 亿美元。 从发展的战略上讲, 世界汽车零部件工业的兼 并与世界汽车市场结构的变化、与世界各大汽车生 产企业的战略调整息息相关。

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世界汽车发动机近期技术发展趋势
研究表明, 近期世界汽车发动机的技术发展将

呈现出这样的特征: 一方面汽车动力多样化, 除传统 内燃机外, 还有各种替代燃料动力以及电动汽车等; 另一方面, 传统内燃机技术将进一步发展, 发动机的 性能将得到明显的改善, 使发动机既符合政府排放 政策的要求, 又符合顾客的要求。 2. 1 发展方向 汽车对人类社会的贡献众所周知, 同样, 汽车对

人类的危害也家喻户晓。汽车的副作用首先体现在 交通事故上, 其次体现在对大气的污染上, 再次体现 在使用经济性上。因此, 与汽车发动机密切相关的 洁净和节油就成为汽车发动机发展的重要方向。 为了敦促汽车企业提高燃油经济性、降低尾气 排放污染, 各国政府都制定了严格的相关政策。例 如, 美国政府从 70 年代以来, 一方面制定了一系列 车辆排放控制标准, 并 6 次修订, 使要求越来越严 格, 美国一些州甚至制定了比联邦政府标准更严的 排放法规; 另一方面制定了车辆油耗标准及其技术 发展政策, 扶持和推动汽车企业的相关技术进步。 欧洲共同体为了促使汽车企业生产低排放汽车和提 高燃油经济性, 也制定了相应的控制或推动政策, 一 方面引导企业发展, 另一方面控制企业偏离政策的 行为, 收到了较好的经济效果和社会效果。 在各国政府的扶持和引导下, 世界汽车工业始 终没有放弃代用燃料汽车、 电动汽车等的发展, 使汽 车的动力呈现出多极化趋势。虽然目前这些动力技 术都有各自的局限性, 但是只要技术方面的障碍被 克服, 前景还是被广泛看好的。 研究表明, 汽车使用代用燃料有许多优点: ? 汽 车尾气排放有害成分大大低于汽油发动机汽车和柴 油发动机汽车( 见表 4) 。# 发动机工作效率高, 寿命 长。由于天然气和液化石油气辛烷值较高, 故具有 很好的抗爆震性能, 可以提高发动机压缩比; 代用燃 料的混合气比较均匀, 燃烧较完全, 可以提高发动机 的工作效率, 降低油耗; 代用燃料不会稀释润滑油, 可以减少机件磨损。 ? 燃料成本和维护费用较低, 效益显著。天然气比汽油价格低 30% ~ 50% 、液化

全球性零部件供应商 一级零部件供应商 二级零部件供应商 相关材料/ 工具供应商
服务( 法律/ 工程/ 广告等) 总 计

25 100 800 450
600

16 75 0 250
350

4 060

2 055

941

从销售额方面看, 从事全球性汽车零部件生产 经营的 50 家大企业, 1998 年总销售额将达到 30 亿 美元以上; 到 2002 年, 只有约 25 家企业从事全球性

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石油气比汽油价格低 20% ~ 40% ; 在使用过程中, 液化石油气油耗比汽油机低 5% ~ 8% , 且使用过程 可靠性好, 所需维护费也比汽油机要低。 %推广代 用燃料汽车, 可以调整能源结构, 减少资源浪费。 表4 部分代用燃料汽车的排放 与汽油机汽车的比较
排放物 CO HC NOX Pb 天燃气 0 1. 6 1. 2 0 液化石油气 2. 9 1. 7 1. 3 0

零部件工况进行实时诊断和监控。 ( 2) 可变气门启合时间系统 可变气门启合时 间系统过去主要用于提高发动机动力性, 但是目前 越来越多的汽车生产商利用该技术降低发动机的排 放。据研究, 使用该系统后, 发动机的 NOx 将比传统 内燃机降低 60% 以上。例如, 日本丰田公司在其生 产的& 先锋? 轿车上使用该系统后, 虽然单车成本因 此而增加了 100 美元左右, 但是其动力性提高了, 排 放污染降低了, 燃油经济性提高了。为了应用该系 统, 许多公司还开发了新型活塞、 多气门技术等, 进 一步增强发动机的性能。 ( 3) 广泛应用替代材料 为了降低汽车的油耗, 降低重量一直是主要手段之一, 因此替代材料的使 用就倍受关注。目前, 铝仍然是发动机上的主要替 代材料, 特别是在汽缸体上的应用越来越普遍。世 界著名的汽车公司如本田、 丰田、 日产、 通用、 福特、 大众、奔驰及宝马等都在大力发展铝材化的汽车发 动机, 利用新材料技术开始了新一轮降低发动机重 量的竞争。另外, 尼龙在发动机上的应用也有增无 减, 据分析, 到 2005 年尼龙在发动机上的使用量将 比目前增加 75% 以上。在发展之中的还有陶瓷材料 以及镁、 钛等高性能材料。

( g/ km)
汽油 53. 1 2. 2 1. 7 0. 09

2. 2

传统车用内燃机 作为几十年市场主宰的内燃机, 在代用燃料汽

车和电动汽车的强大功势面前, 以高新技术为依托, 依然焕发着& 青春?的活力。这些技术的主要目的就 是降低排放污染、 提高燃油经济性。综合起来, 这些 技术主要包括如下方面: ( 1) 高级发动机管理系统 现代理论证明, 发动 机的控制对于其排放性能、经济性能及动力性能等 有十分重要的作用, 而现代汽车的发展已经使得一 些原有的技术显得力不从心了。例如, 以传统汽油 机为例, 当内燃机工作转速达到 5 000r/ min 时, 发动 机内部汽油与空气混合气流的速度非常快, 这时要 根据发动机工况、工作温度及其它控制系统的信息 来精确计算某一时刻的发动机供油量、喷油时间间 隔等控制变量, 然后再根据这个结果控制喷油量是 非常困难的, 因为从这种计算到随后的控制的时间 间隔只有约 6ms; 据世界著名的汽车发动机控制系 统生产者博世公司的技术专家说, 真正工况下要计 算优化喷油方案的时间只有 0. 03ms。显然, 传统的 机械技术根本不能完成这个任务, 即使是现代电子 技术, 要想在完成此任务的同时又要完成其它功能 也存在许多困难。目前, 由博世公司生产的新一代 发动机系统( ME7) 成功地解决了这个问题。它采用 了高性能处理器, 其运算速度达 1 000 万次/ s, 如果 需要的话, 还将使用运算速度为 5 000 万次/ s 的处 理器, 在传统发动机管理系统的基础上, 实现了多功 能的高度集成: 节气门控制, 燃油箱蒸发性控制, 提 供车辆自诊断, 提供与车辆其它子系统如防抱死制 动系统、牵引力控制系统及车辆动力系统之间的接 口, 对排放循环阀、 空气泵、 可变气门启合时间等变 量进行有效操纵, 并能够对车辆所有与排放有关的

重汽集团引进奥地利斯太尔 汽车制造技术生产的斯太尔系列 产品, 自 4 月 1 日起正式使用新商 标 (( ( 汉字& 斯太尔?。 根据中奥双方的引进合同, 重 汽 集 团 引 进 技术 的 商 标 使 用 期 1999 年 4 月 13 日到期, 为此, 重汽 集团向国家工商行政管理局申报 了斯太尔系列产品新商标。 新商标 正式使用后, 原用斯太尔公司商标 & STEYR?同时停止使用。 自 1999 年 4 月 1 日起, 斯太尔 整车产品商标及铭牌, 斯太尔整车 产品的检验单、 合格证、 三包? 证、 & 随车装箱单、说明书等技术文件, 斯太尔产品零部件及零部件技术 文件, 斯太尔产品广告等所用商标 及标识均使用新的商标和标识。

斯 太 尔 系 列 产 品 启 用 新 商 标 名 称


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