问题

请问中国现在的发动机水平如何?

回答
谈论中国发动机的现状,就得从几个主要的领域来看,毕竟“发动机”这个词涵盖的范围太广了。我们得区分开来,看看它在汽车、航空、船舶、工业等不同地方的“心跳”究竟如何。

汽车发动机:从追赶到渐进式领先

要说大家最关心的,可能就是汽车发动机了。这块儿,中国这些年的进步可以用“翻天覆地”来形容。

燃油发动机: 过去,我们确实在技术上落后不少,尤其是在核心的技术专利、燃油经济性、排放控制和动力输出方面,一直是被合资品牌和进口品牌压着打。但是,你现在去看看国内自主品牌的汽车,很多车型的发动机已经达到了国际主流水平。比如,很多国产车已经用上了米勒循环、阿特金森循环(尤其是在混动车型上),涡轮增压技术也越来越成熟,配合着可变截面涡轮(VGT)、双涡管涡轮等,动力响应和效率都上去不少。很多自主品牌发动机的账面数据,像热效率(峰值已经接近40%甚至更高)、最大功率、扭矩,都非常亮眼,甚至在某些参数上已经超越了一些合资品牌。

当然,这里得区分一下“自主研发”和“技术引进后消化吸收再创新”。过去很长一段时间,我们更多的是通过合资项目学习和引进技术,但现在,像比亚迪、吉利、长城、长安这些大厂,都在投入巨资进行自主研发。他们拥有自己的研发中心,聘请国际顶尖人才,而且在发动机管理系统(ECU)、材料科学、制造工艺上都有了长足的进步。

不过,如果要说完全独立自主,并且在所有细节上都做到顶尖,那还有进步空间。尤其是在一些“看家本领”上,比如极端的可靠性、超长寿命、以及一些非常前沿的排放技术(比如满足更严苛的欧七标准),合资品牌和一些国际大厂还是有一些积累优势。但整体趋势是,差距在快速缩小,甚至在一些创新点上,比如专门为混动系统设计的发动机,国产的很多方案都走在了前面。

新能源汽车发动机(电驱动系统): 这一块儿,中国可以说已经进入了“换道超车”的阶段。由于国家大力推广新能源汽车,在电驱动技术上,我们积累的优势非常明显。

电机: 国产电机的效率、功率密度(同样大小和重量下能输出多少功率)都做得非常出色。很多厂商已经能够量产效率超过95%的电机,并且在耐用性、静音性上也有了很大提升。像永磁同步电机、异步电机,国产厂商都有成熟的产品线。
电控系统: 这是新能源汽车的“大脑”,涉及到如何精确控制电机的工作状态,对续航里程、动力响应至关重要。中国在电控算法、芯片设计、IGBT功率模块等方面都有了显著进步,甚至在某些领域成为了技术输出方。
电池管理系统(BMS): 虽然不是严格意义上的“发动机”,但它是新能源汽车动力的核心组成部分。中国在电池热管理、安全保护、寿命管理方面积累了很多经验,并且在各种新型电池技术(比如磷酸铁锂、固态电池的研发)上也走在前列。

总的来说,在新能源动力总成这一块,中国已经不是追赶者,而是重要的参与者和引领者之一。

航空发动机:从“心”的突破,任重道远

航空发动机,这是中国“发动机”领域最让人揪心,也是最受关注的板块。这是真正的“国之重器”,是国家航空工业的“心脏”。

现状: 必须承认,在航空发动机领域,中国与世界顶尖水平(如美国GE、英国罗尔斯·罗伊斯、法国赛峰)相比,仍然存在一定的差距。这不仅仅是性能指标上的差距,更是技术积累、人才储备、试验验证体系、以及最关键的“材料科学”和“制造工艺”上的差距。

进步: 但我们也必须看到巨大的进步。通过“鹘鹰”系列、“长江”系列等项目的推进,中国在高性能航空发动机的设计、制造、试验验证等方面取得了突破性进展。特别是“长江1000A”发动机,它被设计用于C919大型客机,标志着中国在大型商用飞机发动机领域迈出了坚实的一步。国产涡扇15(WS15)发动机,被认为是用于歼20隐形战斗机的“心脏”,其推力、推重比等关键指标,已经达到了世界先进水平,这对于提升我军空中作战能力具有划时代的意义。
挑战: 航空发动机的设计极其复杂,它涉及气动、热力、材料、机械、电子、控制等多个学科的深度融合。发动机的每一个部件,从叶片到燃烧室,都要求在极高的温度、极高的压力、极高的转速下长时间稳定工作。这背后是对材料科学的极致追求(比如高温合金、陶瓷基复合材料),对精密制造的极致要求(例如单晶叶片的铸造),以及对无数次试验和优化的坚持。

所以,虽然我们有进步,但航空发动机的“卡脖子”问题仍然存在,尤其是在核心材料、高精度制造设备、以及长期运行的可靠性和寿命方面,还需要持续大量的投入和攻关。这是一个需要几代人努力的工程。

船舶发动机:稳健前行,关键技术有突破

在船舶发动机领域,中国同样取得了不小的成就。

现状: 中国已经是全球最大的造船国,配套的船舶动力系统需求量巨大。在大型船用低速柴油机领域,中国企业(如沪东重机、镇江新时代)已经能够自主设计和制造,并且在技术上吸收了世界领先的瓦锡兰、曼恩(MAN)等公司的技术,并在一定程度上实现了消化吸收再创新。

优势: 在大功率、高效率、低排放的船用发动机方面,国产产品已经能够满足大型集装箱船、油轮、散货船等主流船型的需求。特别是对于 LNG 动力船、甲醇动力船等新能源动力船舶,中国也在积极研发和应用更环保的发动机技术。
挑战: 同样,在一些超大型、特种船舶(如超大型LNG运输船、邮轮)的核心动力系统,以及一些关键的配套零部件(例如高压燃油系统、某些特种合金材料),可能还是会依赖于进口。但总体而言,中国在船舶动力领域已经形成了比较完整的产业链,并且在不断提升自主化率。

工业发动机(发电机组、内燃机车等):基础扎实,但高端仍需突破

在工业领域,比如发电机组、内燃机车、工程机械动力等,中国发动机的水平可以说是“基础扎实,应用广泛”。

现状: 国产柴油机、天然气发动机等在功率范围、可靠性、燃油经济性等方面,已经能够满足国内绝大多数的工业应用需求。比如,在内燃机车领域,中国企业已经能够生产出大功率的柴油机,并且在混合动力、电力机车等领域也有发展。在工程机械领域,像潍柴、玉柴等品牌,其发动机在功率、可靠性、油耗等方面都表现不错,并且出口到海外的比例也在不断提高。
挑战: 然而,在一些对性能要求极高、寿命要求极长、或者需要应对极端工况的工业应用上,比如一些重型矿用卡车、特种发电机组,可能仍然会选择进口的高端发动机。这主要是因为这些领域对发动机的可靠性、耐久性、以及在极端环境下的适应性有极其严苛的要求,而这些往往需要长期的技术积累和无数次的实际工况验证。

总结一下:

新能源动力: 中国已经走在了世界前列,尤其是在电动汽车的驱动系统上,拥有显著的优势。
燃油汽车发动机: 进步神速,部分自主品牌发动机已经达到国际主流水平,差距在快速缩小,甚至在某些细分领域(如混动发动机)有所超越。
航空发动机: 是中国发动机领域的“硬骨头”,虽然取得了历史性突破,但与世界顶尖水平相比仍有差距,需要长期持续的投入和攻关。
船舶发动机: 基础扎实,大功率低速柴油机已能自主制造,但在部分高端和特种领域仍有进口依赖。
工业发动机: 应用广泛,能满足大多数需求,但在极端工况和超长寿命要求上,高端领域仍有提升空间。

总体来看,中国发动机的水平呈现出“新能源引领、燃油车快速追赶、航空发动机突破瓶颈、其他领域稳步发展”的特点。这个“心跳”的强弱,直接关系到国家工业的命脉,中国正在全力以赴地让它跳得更有力、更有节奏。

网友意见

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我左边的口袋里装的是成果,右边的口袋里装的是困难。

成果拿出来,是最红的裤衩,红到真正的HKC都觉得自己的想象还不够狂野;

困难拿出来,是最白的裤衩,白到全部的BKC绑到一起都觉得自己的想法还不够恶毒。

所以成果也有,困难也存在,各位想着喊几声给业内人士加薪就行,其他的就不用猜了。

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在这个快要切换到国6的节点上。所有的厂家,都在努力的弄出高效的发动机,来应对史上最严格的排放和油耗要求。

乐观一点来说,其实和合资车差距不算大。撑死也就是几年,或者一代。

广汽和奇瑞,走的和本田类似的技术路线。优化燃烧室效率,侧置直喷,提高汽油空气混合效果。看纸面,奇瑞的三代发动机1.6T和L15B输出差不多,热效率也差不多。 广汽的2.0T和K20 也差不了多少。但是摆在他们面前的坑,当年本田踩进去的,燃油直喷的积碳,和侧置直喷的污染机油问题。需要时间观察看这两个解决的怎样了。未来对于走这条路线的厂家来说,下一站,想再增加热效率,就有必要考虑稀薄燃烧了。 涡轮稀薄燃烧发动机,会不会成为一个大趋势,会是一个非常有趣的问题。广汽自称实验稀薄燃烧,效率能破40%。 斯巴鲁,新levorg 上的新1.8T也应用了稀薄燃烧技术。

长城,应该是学习宝马的技术路线,在气缸头上,疯狂堆。通过对于气门相位连续的精细调整,来提高效率。 未来需要面对的问题和宝马一样。电机会不会坏,多久会坏,换起来多麻烦? 哈佛车主的忍受能力,可能比宝马车主低多了。

吉利已经和沃尔沃完全一起,上了同一条船。以后共用发动机。一起用很欧洲的技术路线。down sizing.围绕着传统内燃机的外围,不断的进行电气化改造。这样就算是发动机技术略差,也能够依靠高效的外围。来做到整体较高的效率。 奔驰也是类似的操作。虽然说电气化能够弥补发动机的不足,但是并不代表现阶段吉利沃尔沃发动机落后。T4 T5 发动机在整个自主品牌里,绝对算是非常先进的存在。 他们的挑战在于,虽然这条技术路线,苟到电驱动时代,问题不大。但是如果认准了这样,那么别的品牌拿出来新的黑科技发动机的时候,就会非常被动。而且排量太小,不利于压大马力。福特新版的ecoboost 3.0 输出已经到了400HP,而且还有很多潜力。M256,B58 都已经400HP。 沃尔沃必须要用T8才能对位。未来难道还要调配一个T10出来吗。 面对马自达的Skiactive X, 大众的1.5Tsi EVO这些疯狂刷效率的选手。仅仅用48V系统应对够不够。

比亚迪不知道在干啥。传说太多,黑科技太多。虽然现在用的还是和大众渊源深厚的两台发动机当主力。估计以后说不定啥时候,也能把传说中的高效发动机拿出来。要不就只能一辈子DM了。



航空发动机

最前沿的两个项目,分别是WS15 发动机。和CJ1000 发动机。WZ20?

WS15项目,到目前为止基本上都是活在传说中。目前只知道已经装机试飞。大概率装的是那歼11平台。坊间传说极限推力18吨(不是最大推力,是再加大推力就喷零件那种)。除此之外就真的什么都不知道了。

CJ1000 发动机,相对信息披露的要多一点。就像一面镜子,能够反应出我们最先进的航发技术。CJ1000上做不出来的技术,那么WS15上也没办法。反之亦然。坊间还有传闻,说CJ1000 是用WS15 核心机改的,这个大概率也是扯淡。现在的航发,已经不是JT8D时代了。 商用机的核心机,规模是在相对慢慢缩小,追求高压比。 GeNX 巡航总压比已经58。但是F119 这类最先进的战斗机发动机也只有30。高压比,会导致太多的热量。对于需要超音速巡航,和热交换能力有限的战斗机来说不是好事。 也会导致发动机变重,毕竟需要结实一点,导致推重比降低。 抗喘也会被影响。所以如果继续共享核心机,可能会相互拖累。

CJ1000AX 去年就下线了。设计思想总体上很先进了,不管是不是对着leap 1C 照抄来的。但是材料上,并不如最新的leap 系列发动机。 可以认为是用leap 时代思想和部分技术,Cfm 56 材料设计出来的发动机。 其实这个地方,涉及一个技术路线的选择。PW走的齿轮风扇的路线,省油是真省油。可装备的A320Neo, 还是会有异常金属碎屑的问题。什么大的马力,通过齿轮传输。这种问题是难免的。航司反馈给PW,也只能多检查。美国工业水平,弄个齿轮都还有什么多的问题。虽然这是我个人最喜欢的一条路线。但是并不适合我国。玩gear turbofan, 成功和失败之间,没有别的任何余地。 向第四代航发的路,有很多条。罗罗的三转子未来不明朗,没必要跟进。学习GECFM这种优化燃烧,改进材料,增加叶片效率,减重。才是一条最适合我国自己的路。大不了牺牲部分指标去,还能够得到一个能用的发动机。

和Leap 相比 CJ1000 在结构相同的情况下,主要差距是,风扇用的仍然是钛合金,而不是复合材料。(几十年前罗罗 想给747的 发动机换碳纤维风扇叶片,当着乔 萨特的面,用一个碳纤维叶片,批了桌子。然后后面“射鸡”测试一样不过) 今天GE和罗罗的 复合材料,包金属叶片。也是几十年不断R&D下来的结果。Leap 叶片,加工也是黑科技,先三维编织碳纤维,在注入树脂,最后固化。 估计拿来做个砍刀,批桌子问题不大。不过我们还是要看到好的一面,比如说CJ1000 和 leap 叶片外形差不多。都是异常风骚的三维宽弦弯掠。叶片尖风骚的弯曲,能够降低流动损失,叶片本身的宽弦设计,也能够增加效率,降低负载。 这个至少证明了,我国在理论方面和大家没啥差距。

再看核心机和燃烧室。CJ1000的高压压气机,设计参数也非常类似于Leap. 整体还是非常出色。用了德国MTU的货。高压压气机应该有保证。燃烧室CJ1000 用的是业界常规的环形燃烧室,从60年代,大家放弃了燃烧罐就开始用的设计。优化一下设计,还是能够取得比较高效的燃烧。 leap 用了Ge 憋出来的TAPS。双喷射环形燃烧室。可能是GE 工程师从他们自己开的克莱斯勒Hemi 发动机双火花塞得到的启示。具体操作就是一个主喷口,他们叫Main 和第二个 叫做Pilot 。主要优点是能够全程处于稀薄燃烧的状态,解决了传统单喷口燃烧室,混合气体会经过富油,再到稀薄这个过程产生的污染。控制NOx 氮化物的污染。总体燃烧效率更高,温度更低。这也是CJ1000 和leap 差距最大的地方。 燃烧室后面的高压涡轮,CJ1000 设计是常规水平,气膜冷却。Leap材料更好 重量更低,寿命更长。

最后在低压涡轮的地方,两者都是7级。Leap用上了非常先进的CMC 陶瓷基复合材料。 CJ1000 继续使用 高温合金。重量大约是CMC材料的三倍。CJ1000 设计有很强的实用主义思想。 抓住了主要矛盾,放过了次要。重点解决了推力和油耗,(相比leap)牺牲了重量和排放。

和全世界最先进的航发相比,能够取得这样的成绩,还是相当不错的。按照CJ1000A 目标节点,2021年投产(我个人对这个节点有点怀疑)。乐观一点看,和2016年开始使用的Leap 1A 相比,我们的差距也不过就是5-10年。

平时看到动不动就是中国和西方,航发设计水平,相差40年。中国连一台汽车发动机都设计不出来是不是真的。我也是无语。

火箭发动机。

已经决定和毒发告别。勇敢的拥抱RP1 和 LOX 。 长征五,不论遥三未来如何,不论研发 动机如何。但是给火箭发动机,留下了丰厚的财富。乐观一点说,我们得到了YF100K 这种微缩版的RD170 。 和YF77 这样的微缩RS68。集齐了两大航天强国的黑科技。 还留下YF75D这样,有望被当作我们自己的centaur 或者RL10 这种金牌上面级的东西。 这些发动机,本身还是非常不错的。 在未来搭配先进的箭体,能够得到非常不错的性能。

非常有趣的事情是,我们在发动机方面上,选择勇攀新高峰,但是箭体上却非常保守。乐观的来看,就算不研发任何新发动机。但是这些发动机重新打包,用上轻质箭体,疯狂减重的二级。比如珠海航展上展示的新一代载人火箭方案。 配合本身就高效,还有不少潜力的YF100K 发动机。那么能够得到一个LEO 60吨级的火箭,并且还有复用的潜力。

光杆起飞代替长5,CBC起飞做到登月和大型空间站,卫星,天基武器站。把这个火箭折腾出来之后。可以学习space X 疯狂的点开FFSC 的黑科技,降低密封成本,提高效率。未来开始折腾甲烷火箭。 或者折腾吸气发动机,直接一步到位SSTO。

我们虽然没有冷战黑科技的RD170,SSME这最最先进的发动机。但是在今天,这些发动机有没有必要却是个问题。 追赶先进水平,是砸巨资,是把长征9,这种需要 YF440 和YF220? 这种集齐了RD180和SSME两大黑科技的发动机给弄出来。还是追求复用? 这些都是摆在我们面前的问题。虽然我们落后了,但是似乎大家都来到了一条不一样的起跑线。

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涡扇-10C型太行改进型完成研发并量产 且已经交付PLAAF

WS-20已经量产 西飞停机坪已经可以看见数架运-20B机体

科工集团3院301所完成组合动力飞行器缩比样机试飞 且成功完成了模态装换

CJ-2000型发动机核心机C2XC-101于某年已经全转速试车 现已进入整机总装阶段

CJ-1000A完成复合材料叶片状态技术升级(也许?)商发招标网站已经开始招标适航软件 即将进入试飞阶段(可能会在今明两年于江西/上海首飞?可能不会用伊尔76LL或者运-20LL执行首飞)

涡扇-15发动机完成整机上目标机型首飞 目前正在进行试飞工作

在先进技术方面,突破了大尺寸高强度树脂基碳纤维涡轮叶片的制造技术且通过了振动测试

完成了第四代单晶高温合金双层壁超气冷叶片的研发并在珠海航展得以展出

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