发动机,一直以来在工业界都被视为技术的难点,尤其是与日本的对比,总让人感觉中国在追赶的路上依然步履艰难。
日本的发动机技术在全球市场上表现得相当强势,从汽车、工程机械、到航空领域,几乎无处不在。由于中国起步较晚,积累的经验和技术较少,导致在发动机制造的差距依旧明显。特别是外媒,尤其是日本媒体,曾一度放话称,即便给中国三十年乃至五十年的时间,也难以达到他们的水平。
日本发动机的崛起历程
日本在发动机领域起步较早。明治维新后,他们便开始积极向西方学习并推动工业化进程。进入20世纪初期,日本从引进西方汽车零件开始,1911年,桥本增治郎创办的快进社成功研发出了本土化的发动机,虽然当时功率较小,但标志着日本发动机制造的起步。到了1920年代,三菱、日立等大企业逐步掌握了铸造和加工技术。
二战期间,日本全力投入军用发动机的研发和生产,飞机、战舰等重要装备的动力系统逐渐发展出了大量人才和技术。战后,美国的援助帮助日本迅速恢复,并且使得日本的汽车工业如火如荼地发展。1950年代,本田推出了卧式单缸发动机,并采用了空冷技术,性能不逊色于欧美产品。进入1960年代,丰田创新推出了稀薄燃烧技术,极大提高了燃油效率。
随着1970年代石油危机的爆发,日本抓住了这一机遇,推出了CVCC清洁排放技术和涡轮增压系统,为日本车打开了欧美市场。1980年代,丰田的3S-FE发动机凭借高性能和低价格震撼了欧美市场。进入21世纪后,本田的阿特金森循环和丰田的混合动力技术使得日系发动机在节能环保方面依然保持领先。如今,日本的发动机不仅应用于汽车,还广泛用于工程机械、船舶以及发电设备等领域。
日本的发动机之所以能够在全球范围内占据一席之地,背后有一个强大的制造体系。日本机床制造业的精湛技术使得其零部件加工精度极高,减少了能源损失,提高了动力转换效率。流体动力学的精细优化,进一步降低了气门缸体的阻力损失,使得日本发动机具有了卓越的耐久性和经济性。
中国发动机的发展
相比之下,中国的发动机制造起步较晚。直到1950年代,中国才开始从苏联引进相关技术。1956年,中国第一汽车制造厂仿制了苏联的ZIS-150发动机,并将其应用在解放CA-10卡车上,这标志着国产发动机的开始。然而,由于当时的材料和工艺水平较低,国产发动机在燃油经济性、稳定性以及使用寿命等方面仍存在较大差距。
进入1960年代,中国从东欧引进了生产线,主要用于重型卡车和军用车辆的发动机制造。上海汽车厂生产了S195柴油机,但与进口的发动机相比,其性能差距明显。到了改革开放后的1980年代中期,中国开始通过合资企业引进国外技术,特别是与德国奔驰和日本丰田的技术合作,使得中国发动机的品质有了显著提升。
进入1990年代后,中国自主品牌发动机开始小批量投产,虽然在功率和寿命上接近国际主流,但在燃油经济性和排放控制上依然存在不足。到2000年以后,中国加强了核心技术的研发,建立了多个研发机构,开始自主研发发动机平台,技术水平逐渐提升,虽与日本相比差距依然存在,但已不再是单纯的“追赶”。
中国与日本的差距
在金属铸造技术上,日本能够通过超高温锻造生产整体缸体,确保模具耐高压,零件无缺陷,而中国在这方面仍然存在差距。日本在加工设备和技能上的优势尤为明显,其技工的经验丰富,能够精准地选择切削参数,保证零件的长寿命。中国的零件生产工艺还处于积累阶段,质量参差不齐。日本的产业链更加成熟,轴承和液压件的质量也远超中国,许多高精度零部件仍依赖进口。这些差异导致了中国在精密制造领域的滞后。
中国发动机制造的进步
然而,中国近年来在发动机技术上的进步已经不仅仅停留在“追赶”阶段,部分自主品牌已经在多个技术领域实现了突破。例如,比亚迪、吉利、长城、奇瑞等企业已经开始研发高效热效率发动机,部分产品的热效率超过44%,并且与丰田、本田等日系发动机的主流产品处于同一技术水平。奇瑞发布的第五代ACTECO1.5T发动机,热效率已达到45%,接近当前的热效率极限。
在混合动力系统方面,比亚迪的DM-i超级混动系统不仅在发动机能效上做出了优化,而且整体驾驶性能得到了提升,综合油耗低至百公里3升以内,甚至在实际测试中超越了传统日系混动车型的能效和响应速度。
高端发动机制造的技术壁垒,如铝合金缸体一体压铸、高精度电控燃油喷射系统、涡轮增压和缸内直喷技术,如今也被中国企业掌握。例如,吉利与沃尔沃联合开发的Drive-E系列发动机已经实现了大规模国产化,性能和排放标准达到了欧洲六阶段的严格要求。
中国能否追赶上日本?
日本发动机能够在全球制造业中占据如此优势地位,离不开其长期积累的技术壁垒、核心材料的掌控以及精密制造的传统。日本的专利体系非常完善,根据日本特许厅和世界知识产权组织的数据,2010至2023年间,日本企业共申请了超过7万项与发动机相关的专利,这些专利覆盖了从燃烧效率、排气控制到零部件连接等几乎所有关键技术环节。
此外,日本在高端合金材料领域拥有领先地位,例如神户制钢、住友金属和新日铁等公司生产的发动机钢材,具备极高的耐热性、强度和韧性,这些特性在高温高压运行环境中至关重要。尽管中国钢铁产量居世界首位,但在微观组织控制和疲劳寿命提升等方面还存在一定差距。
更重要的是,日本拥有一套强大的工人体系和制造文化。日本制造业注重工匠精神,许多工人来自制造世家,一项工序可能由几代人专职负责,技术传承形成了独特的“隐性知识”。这种高度责任感和精细管理的理念,使得日本制造产品在全球市场上具备了无与伦比的信誉。
因此,中国想要追赶上日本,不仅仅是技术上的追赶,更需要整个制造生态和文化的深层次演进。仅仅模仿技术形态,难以突破背后的知识产权壁垒和材料工艺的制约。中国仍需不断积累经验,深化自主研发,才能逐步缩小与日本的差距。