在排放法規(guī)的推動作用下，這對汽車發(fā)動機提出了更高的要求。發(fā)動機管理系統(tǒng)(EMS)在其電子控制單元(ECU)中的半導(dǎo)體器件、在傳感器檢測精度及控制執(zhí)行器方面也不斷推陳出新，以適應(yīng)新的發(fā)展趨勢。本報特推出EMS專輯，介紹發(fā)動機管理市場狀況，發(fā)動機電子控制單元及傳感器技術(shù)與發(fā)展趨勢，以饗讀者。
盡管宏觀經(jīng)濟調(diào)控對今年汽車工業(yè)走勢產(chǎn)生了一定影響，但中國汽車工業(yè)前進(jìn)的步伐已無法阻擋，車輪“滾滾”的時代已經(jīng)來臨。根據(jù)國家信息中心預(yù)測，到2005年中國汽車總需求將達(dá)590萬輛，到2010年，中國汽車的總需求量將達(dá)到870萬輛。作為汽車的“心臟”———發(fā)動機，隨著中國新環(huán)保政策的出臺，發(fā)動機電噴技術(shù)的推廣和競爭正呈現(xiàn)不斷擴大和加劇的態(tài)勢，幾大巨頭也紛紛上緊發(fā)條。
據(jù)悉，德爾福中國科技研發(fā)中心奠基儀式于7月19日舉行，該中心是德爾福集團(tuán)在中國的技術(shù)中心，將為全球客戶研發(fā)零部件，同時為中國本地及外資汽車制造商提供應(yīng)用系統(tǒng)工程支持。一期工程預(yù)計將于2005年7月完成并開始運轉(zhuǎn)。
而日前成立的博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司是德國博世集團(tuán)在中國重要的先進(jìn)柴油系統(tǒng)制造及研發(fā)基地。同時，博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司還決定投資5000萬歐元建立研發(fā)中心。而在此前不久，西門子威迪歐汽車技術(shù)集團(tuán)宣布，將投資近一千萬歐元在長春生產(chǎn)新一代DEKA V Ⅱ汽油噴嘴，滿足其在亞洲地區(qū)客戶的需求。預(yù)計于2006年1月開始批量生產(chǎn)。去年剛在歐洲和北美市場上推出的DEKA V Ⅱ汽油噴嘴明年即在中國量產(chǎn)也表明，中國市場蘊含的潛力，讓新技術(shù)的應(yīng)用也逐漸與世界先進(jìn)水平接軌。
市場各有側(cè)重 柴油與汽油并進(jìn)
縱觀跨國零部件巨頭紛紛擴大產(chǎn)能、追加投資的作為，在中國市場上的布局其實也是在全球版圖的又一次擴張之勢。而他們在中國市場的耕耘已經(jīng)收獲了秋天的果實。
德爾福大中國區(qū)發(fā)動機管理系統(tǒng)經(jīng)理李南海先生介紹，北京德爾福萬源發(fā)動機管理系統(tǒng)公司主要做開發(fā)與生產(chǎn)，整個電噴系統(tǒng)除ECU在蘇州生產(chǎn)外，傳感器、執(zhí)行器在北京生產(chǎn)。ECU芯片用摩托羅拉(現(xiàn)為飛思卡爾半導(dǎo)體)、英飛凌等，德爾福做系統(tǒng)開發(fā)。針對中國客戶需求的多樣化，德爾福可根據(jù)客戶的不同需求做一些新的集成或適應(yīng)性設(shè)計。目前德爾福的汽油發(fā)動機在國內(nèi)市場占有率29%。其中在微型車、面包車市場占53%，在SUV市場中占有60%以上的份額，在轎車方面的占有率約為10%。李南海提到，因為國內(nèi)大部分轎車廠是合資廠，大都從合資方直接引進(jìn)或由其在國內(nèi)的合資企業(yè)提供發(fā)動機電噴系統(tǒng)。國內(nèi)自主品牌的轎車技術(shù)開發(fā)能力弱，大部分是面包車、廂型車，但慢慢向轎車市場拓展。德爾福除為大部分國內(nèi)汽車品牌提供針對性的產(chǎn)品與服務(wù)外，在轎車市場主要面向通用、歐寶、現(xiàn)代等。
西門子威迪歐上海有限公司沈健先生提到，發(fā)動機與其相關(guān)部件主要在長春西門子威迪歐汽車電子長春有限公司生產(chǎn)，如汽車發(fā)動機管理控制單元、傳感器、油路總成等等，目前以汽油發(fā)動機為主。但西門子威迪歐柴油發(fā)動機技術(shù)在世界很強，計劃也將在中國開展此項業(yè)務(wù)，并將先進(jìn)的共軛系統(tǒng)技術(shù)引進(jìn)到中國市場，以在中國柴油發(fā)動機市場占據(jù)主動。
聯(lián)合汽車電子有限公司(UAES)作為博世汽油系統(tǒng)在國內(nèi)唯一的合資單位，最早進(jìn)入中國市場，生產(chǎn)適合中國汽車工業(yè)發(fā)展需要的、并有批量產(chǎn)品出口的汽油噴射系統(tǒng)及其零部件。目前UAES的產(chǎn)品已向上海大眾、上海通用、一汽大眾、神龍富康等國內(nèi)主要轎車車型供貨。在保證轎車主流車型市場份額的同時，也全面進(jìn)軍家轎和微型車市場，已占據(jù)國內(nèi)市場的半壁江山。而新近成立的博世汽車柴油系統(tǒng)股份有限公司注冊資本2億歐元，是博世柴油系統(tǒng)在德國以外最大的投資項目，專門生產(chǎn)環(huán)保、節(jié)能的達(dá)到歐Ⅲ號標(biāo)準(zhǔn)及歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)的高壓柴油噴射系統(tǒng)。博世在汽油發(fā)動機不逞人讓之外，在柴油機領(lǐng)域也是雄心勃勃。
李南海先生介紹，汽油機電子控制的核心問題是燃油定量和點火正時。柴油機電子控制的核心問題是燃油定量和噴油正時。這兩者都由噴射設(shè)備根據(jù)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷和冷卻液溫度等信息控制。歐洲柴油使用比率比較高，大約是40%，汽油是60%。因為柴油比較便宜，它的污染少，耗油性低。國內(nèi)的柴油品質(zhì)還沒達(dá)到普及化的階段，控制精度也有差別。柴油在共軌技術(shù)出來后，其控制精度才能與汽油機電噴相比擬而真正進(jìn)入普及階段。
新排放標(biāo)準(zhǔn) 帶動新一輪征戰(zhàn)
發(fā)動機ECU核心芯片包括MCU、驅(qū)動電路、電源電路、功率器件等。在這塊舞臺上，飛思卡爾(原摩托羅拉半導(dǎo)體部)、英飛凌、ST、瑞薩、TI等半導(dǎo)體廠商在其中是各成其就，占據(jù)了絕大部分市場份額，汽車電子成為半導(dǎo)體廠商新的掘金寶地。
根據(jù)中國政府新頒布的法規(guī)，北京將從明年起實施相當(dāng)于歐Ⅲ的排放標(biāo)準(zhǔn)，全國自2008年起也將全面實行相當(dāng)于歐Ⅲ的排放標(biāo)準(zhǔn)。這對發(fā)動機技術(shù)提出了新的要求，各廠商也是積極備戰(zhàn)，開始新一輪的搶跑。
李南海先生介紹，滿足歐Ⅱ、歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機在應(yīng)用的傳感器、執(zhí)行器差不多，但有幾個零件上要求精度更高，如氧氣傳感器、噴油嘴等。歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)要求噴油嘴噴出來的油霧顆粒更小，此外還有ECU上軟件邏輯的不同。而比歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)要求更高的歐Ⅳ、歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)則涉及ECU軟件結(jié)構(gòu)的變革。他介紹道，達(dá)到歐Ⅳ、歐Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機ECU的控制邏輯是扭矩控制，ECU根據(jù)油門踏板位置傳感器信號計算駕駛者想要以什么速度駕駛這個車，判斷發(fā)動機應(yīng)該提供多大的扭矩，ECU反算出來這個扭矩需要給發(fā)動機多少油及空氣來實現(xiàn)更精確的控制。而歐Ⅱ、歐Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)則是根據(jù)駕駛者開了油門，空氣進(jìn)來多少，由電腦算出來給多少油。一個是根據(jù)實際需要的扭矩提供油量，一個是根據(jù)空氣進(jìn)來的量提供油量，一個是主動式的，一個是被動式的。
因為環(huán)保、油耗法規(guī)的要求將使發(fā)動機會越來越復(fù)雜，如缸內(nèi)直噴技術(shù)就應(yīng)時而生。李南海先生介紹，如歐美缸內(nèi)直噴已在批量投產(chǎn)。還有目前流行的可變氣門正時控制及渦輪增壓技術(shù)。渦輪增壓用來提高進(jìn)氣量，按理論空燃比計算，壓縮空氣的實際進(jìn)氣量會多一些，相對就可給多一點的油，發(fā)動機性能就會相對增加。目前還有可變氣缸技術(shù)，發(fā)動機ECU根據(jù)運轉(zhuǎn)速度有幾缸不工作，不工作一般是不給油，不給火。但發(fā)動機還是會壓縮，壓縮時要耗功，所以壓縮時把氣門打開，就不會有壓縮的反作用力出來，這可以降低功耗，更加節(jié)能。
針對新的排放法規(guī)，李南海先生提到，法規(guī)越嚴(yán)格，需要ECU有更多的處理量，主要是軟件的邏輯開發(fā)。這也要求ECU計算速度快、存儲量大。目前軟件已做成模組化的方式，針對新的系統(tǒng)，一個模組一個模組開發(fā)架構(gòu)，系統(tǒng)需要什么功能，就可調(diào)用相應(yīng)的模塊，減少了開發(fā)周期。德爾福正在設(shè)計新的控制可變氣缸的控制邏輯，可變氣門正時邏輯單元來控制這些機構(gòu)。并在研究控制可變氣缸的氣門機構(gòu)，讓它在某些情況下完全打開，不用耗功。目前德爾福北京研發(fā)人員為86人，預(yù)計到2008年增加到350人。
今后發(fā)動機功能的復(fù)雜性以及與外界數(shù)據(jù)通信要求，不僅要求ECU要有更快的處理速度，還可靈活集成相關(guān)控制功能。BOSCH的ME7發(fā)動機管理系統(tǒng)可根據(jù)客戶要求集成渦輪增壓控制、可變進(jìn)氣歧管控制等功能。
李南海先生還提到，混合動力雖然油耗低，但其成本太高，所以大部分還是在研發(fā)階段。目前真正買到混合動力車只有日本買得到，但也是小規(guī)模生產(chǎn)混合動力車。它的真正普及還需一段時日。
中國發(fā)動機產(chǎn)業(yè)化 尚待時日
縱觀國內(nèi)外發(fā)動機控制系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)廠商，不外乎德爾福、博世、西門子威迪歐、偉世通等幾家，中國市場也幾乎被這些廠商的合資企業(yè)所壟斷，在這種情況下，能否上演“絕地反攻”，成就中國自己的發(fā)動機產(chǎn)業(yè)？
清華大學(xué)汽車工程系教授袁大宏認(rèn)為，使用國內(nèi)自主開發(fā)的電控燃油噴射系統(tǒng)，不僅可以降低成本，還會得到良好的售后服務(wù)。目前國內(nèi)自主開發(fā)能夠滿足相當(dāng)于歐Ⅱ排放標(biāo)準(zhǔn)的電控燃油噴射系統(tǒng)，在技術(shù)上已不存在問題。電控發(fā)動機的開發(fā)和電控燃油噴射系統(tǒng)的開發(fā)是同步進(jìn)行的，開發(fā)自主品牌的電控發(fā)動機，需要掌握電控燃油噴射技術(shù)。他表示，電控燃油噴射系統(tǒng)在國內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是遲早的事，誰動手的早，誰走在前頭，誰就會在未來的市場競爭中占據(jù)有利位置。
李南海先生提到，實際上，國內(nèi)廠商大都是“復(fù)制”現(xiàn)有的發(fā)動機，投入研發(fā)的較少。他還提到，我國臺灣以前也是由國外廠商提供發(fā)動機技術(shù)，而后在臺灣生產(chǎn)。現(xiàn)在臺灣也開始研制發(fā)動機，投資自主設(shè)計和制造新的引擎，投資的規(guī)模相當(dāng)于7.5億元。如果中國內(nèi)地投入足夠的資金及研發(fā)支持，加上政府和相關(guān)整車廠的支持，有可能發(fā)展自己的發(fā)動機產(chǎn)業(yè)。
但無庸諱言，在國際市場上獨領(lǐng)風(fēng)騷的發(fā)動機廠商也是經(jīng)過巨額的研發(fā)投入、持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，才在汽車中最為復(fù)雜的發(fā)動機領(lǐng)域奠定了實力。須知，德爾福每年的研發(fā)投入在十幾億美元。即便是在國內(nèi)的合資企業(yè)，掌握核心技術(shù)的也微乎其微。即便在技術(shù)上取得了一定的突破，但如何轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，能否被市場接受，這其實是更加現(xiàn)實和更為迫切的難題。發(fā)動機質(zhì)量、控制精度要求很嚴(yán)格，控制領(lǐng)域需要專門的Know How和大量的現(xiàn)場試驗，不是設(shè)計出來就能被市場接受的，至少要經(jīng)過三年的各種苛刻條件的考驗。發(fā)展我國自己的發(fā)動機產(chǎn)業(yè)，這不僅需要有大量的資金投入、政府的支持，并且還需要汽車產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)環(huán)節(jié)的配合。在這方面，需要有雄心、有想法、耐得住風(fēng)險、守得住寂寞的企業(yè)。
可喜的是，國內(nèi)已有兩三家企業(yè)在找國外的發(fā)動機設(shè)計公司設(shè)計開發(fā)新的發(fā)動機，讓我們期待國內(nèi)的發(fā)動機產(chǎn)業(yè)能夠早日馬力強勁地發(fā)動起來。
