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世界技术变化威胁中国油泵油嘴工业

20世纪90年代后半期,柴油发动机发生了一次重大的技术变化,被称为柴油发动机心脏的燃油喷射系统从机械式转向电子控制式。这个变化不仅极大地影响了柴油发动机的技术性能,甚至威胁到中国油泵油嘴工业的生存。

    由于柴油的物理化学特性,柴油发动机必须配备较复杂的喷射系统。与汽油相比,尽管它具有更好的动力性能,但是柴油的自燃点高,不易挥发,所以必须经过雾化、混合才可以有效燃烧。同时,柴油在不加控制的条件下雾化之后,由于混合气体形成的时间短,容易产生非均质燃烧,导致燃烧过程猛烈而不稳定。由于这些特点,喷射系统就成为柴油发动机提高燃油效率、降低污染的关键。
    自发明柴油发动机100年来,柴油机的燃油喷射系统都是机械式的,而油泵油嘴就是这个系统中的两个主要关键部件。油泵油嘴的作用是根据发动机工作循环的要求,按一定的供油规律将柴油喷入汽缸,雾化并与空气混合、燃烧。油泵和油嘴是传统机械式喷油系统中生产技术要求最高、加工难度最大的两个核心部件。于是油泵油嘴成了柴油机喷油系统的代称,它们对柴油燃烧的效率、排放水平以及相应带来的动力性等关键指标有着决定性的影响。
    技术变化的两个动力
    技术变化的第一个动力来自政府管制下的市场需求变化。进入20世纪80年代之后,发达国家对降低汽车废气排放的要求不断提高,欧洲从1993年开始执行的欧Ⅰ标准迅速提高到欧Ⅱ和欧Ⅲ标准,目前乘用车已经开始执行欧Ⅳ标准,而商用车2006年1月也将开始执行欧Ⅳ标准。各国法规都对柴油机的发展形成了越来越大的压力,迫使企业寻求技术解决之道。
    技术变化的第二个动力来自新技术供给的变化。20世纪80年代电子技术和精密加工技术获得了长足的进步,为柴油机喷射系统发生重大变化提供了技术手段。特别是由于电磁控制手段的加入,使得新的电控喷射系统对传统油泵油嘴喷油系统实现了彻底的换代。通过电磁控制手段,燃油喷射的时间和喷射压力、喷射量和喷射频率可以得到更好的控制,使燃油能够得到更好的雾化燃烧,要达到欧Ⅲ甚至更为严格的排放标准就须采用电控喷油系统。
    随着控制手段更加精确,柴油机的震动、噪音被大大减小,舒适性大大提高,进而使柴油机经济性好、动力大等优点充分凸现出来。国际上有关的大公司都对开发新一代燃油喷射系统进行了大量投入,电控喷射系统的革命大大扩展了柴油发动机的应用范围。原来为汽油机所统治的轿车行业呈现出明显的“柴油机化”趋势,尤其是在欧洲。
    曾经辉煌一时的行业
    中国的柴油机工业及其配套的油泵油嘴工业是在第一个五年计划时期(1953~1957年)建立的。以苏联援建的洛阳第一拖拉机厂为里程碑,当时的柴油机主要应用在农业机械领域。在机械式喷油系统时代,中国首先是通过一系列的仿制来实现技术上的起步,主要以引进的苏联与东欧产品为对象。
    在20世纪60年代,国家机械工业部组织多家单位联合仿制了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ系列泵,大大提升了中国在这一领域的技术水平,甚至这几个产品以及在此基础上改进的加强泵迄今依然还在大量使用。当时机械工业部下属的油泵油嘴企业共有10家,包括无锡、北京、南京、锦江、汉江、湖北、山东黄县、大连8家专业油泵油嘴厂,以及上海柴油机厂和洛阳拖拉机厂附属的油泵油嘴分厂,形成了一个“8+2”的格局。
    随着改革开放以后中国汽车工业的快速发展,特别是实行的载货车“汽油改柴油”政策,促进了柴油机工业的快速发展。柴油汽车和柴油机企业的发展直接拉动了油泵油嘴工业的快速膨胀,大约到20世纪90年代初期我国油泵油嘴企业在数量上达到了一个顶峰,业内企业达到200家。在那个时期,油泵油嘴处于供不应求状态,业内企业家家盈利。随着市场经济进一步发展,油泵油嘴行业在近10年来出现了激烈的动荡和分化。目前,有一定规模的油泵油嘴企业大概还有70家左右(不包括为大中油泵油嘴厂做部分零件粗加工的小型民营企业),其中前10名企业的产量要占到行业总产量的80%。全行业共有职工4万人,2003年全行业共生产多缸喷油泵197.3万台,全年销售收入41.9亿元。
    从总体上看,在机械式喷油系统时代,中国的油泵油嘴工业发展相对顺利。在欧Ⅱ排放标准及以下的产品领域,虽然跨国公司也陆续登陆中国,甚至投资在中国建立了企业(例如博世在苏州成立了独资的博世汽车部件公司),但单就柴油机的油泵油嘴这一领域而言,跨国公司并没有取得明显的竞争优势。
    技术变化的致命威胁
    柴油机燃油喷射系统的一次革命性变化,使生产机械式燃油系统的技术能力迅速成为无用,因此就威胁到中国油泵油嘴工业的生存。
    当这一工业遭遇革命性技术变化时,中国本土企业的技术劣势就明显呈现出来。在机械式喷油系统时代,由于技术变化速度不快而且是高度连续性的,中国企业通过引进、模仿和自主改进就可以跟上技术的发展,并依靠低成本制造而保持竞争优势。但从机械式到电子控制的技术变化是跳跃式的,不仅需要掌握传统油泵油嘴企业所不具备的电子和精密机械加工技术,而且需要中国企业所普遍缺乏的研发经验和能力。
    更重要的是,中国企业和技术引进对象之间的关系已经发生了根本性变化,导致过去可以比较容易通过模仿或购买技术许可证来引进技术的条件不复存在。
    跨国公司大举进入
    1990年,当时的机械部和科技部联合开展了一次声势浩大的电喷技术攻关,其重点在于解决汽油机的排放问题。这一项目参与者以威孚集团、无锡油泵油嘴研究所以及总参下属的相关研究所为主,后来上汽、一汽、二汽、清华大学、航天部第一研究院也加入了进来。包括博世、西门子、福特等在内的跨国公司纷纷申请加入这一项目,其中博世公司最终中标,达成了与中方成立合资公司,即(上海)联合电子(UAES)的协议。在上海联合电子中,德方占据了完全的技术主导权,企业并没有任何的开发活动,主要内容是由博世在汽油燃油喷射系统领域向合资企业提供EV6技术的技术许可。汽油机电喷技术攻关项目以受让外国技术的合资形式而告终,已经可以谋取中国市场的外国企业不再愿意允许中国企业保持对引进技术进行学习的控制权,实际上没有任何中国企业通过这一项目而获得电喷技术的开发能力。
    当外国企业的电控柴油喷射技术已经开始普及并大举进入中国市场的时候,一个无法回避的事实是,所有的中国企业迄今为止都还只能生产机械式的油泵油嘴。2004年中国生产了151万辆载重卡车,其中使用柴油发动机的载重卡车和大客车共141.9万辆。但是,满足这样一个巨大规模市场的中国柴油发动机工业却将不得不全部依赖外国企业所控制的燃油喷射系统。
    中国油泵油嘴业命门已现
    顺应环境保护的国际潮流,中国政府将从2007年7月1日起在全国范围内实行国3排放标准(相当于欧Ⅲ排放标准,其中北京是到2005年底实行)。但机械控制的喷油系统经过技术改造,最多也只能达到欧Ⅱ排放标准,要使尾气排放达到欧Ⅲ以上标准非采用电控技术不可。
    虽然部分业内人士认为,由于中国市场需求层次的差异以及国家未来对排放的控制力度等因素,机械喷油系统仍然至少还有10年左右的市场,但新技术的到来毫无疑问只是一个迟早的问题。一些跨国公司已经开始在中国大规模投资建厂,目标就是生产欧Ⅲ以上排放的柴油电喷系统。
    对于国内生产传统机械喷油系统的企业来说,技术上的落后已经不能简单的用时间来衡量,如果不对新技术投入研发,企业将必然走进一条死胡同。一边是社会对环境问题的日益重视,国家逐步推行更高的排放标准,另一边是跨国公司凭借技术优势虎视眈眈地注视着中国市场。在这一领域,不掌握核心技术的不仅是国内某一家企业,而是整个中国油泵油嘴行业。更严重的是,由此在产业链上产生的波及效应还可能会进一步威胁到中国柴油发动机工业的独立生存。
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