涡轮增压器行业分析报告20140709

1、密级：GK项目编号：涡轮增压器行业分析报告目录1涡轮增压技术11.1涡轮增压技术简介11.1.1涡轮增压器的分类11.1.2涡轮增压器主要结构与工作原理31.1.3涡轮增压技术分类31.1.4应用领域41.2涡轮增压优缺点并存51.3涡轮增压省油？62涡轮增压发展利好62.1中国提供了涡轮增压最好的市场土壤62.2政策倒逼汽车涡轮增压技术快速普及72.2.1供给方面92.2.2需求方面92.2.3成本比较112.2.4国际比较112.2.5市场调研验证123我国涡轮增压器市场大，盈利强143.1行业盈利能力强154行业竞争格局164.1国际增压器市场格局164.2国内涡轮增压器市场格局174.

2、3国内上市公司标的191 涡轮增压技术涡轮增压是一项有很长历史的技术，原理简单，并且已经较成熟，早期的涡轮迟滞问题得到了一定的改良。相对于同马力的自然吸气发动机，涡轮增压发动机有重量轻和体积小等优点，但平顺性较差。根据美国 EPA标准，涡轮增压仅仅显示出微小的燃油经济性，而根据欧洲标准，燃油经济性却很明显。1.1 涡轮增压技术简介一般来说发动机功率大小取决于气缸容积，容积越大，功率越大，主要通过增加气缸数量与单缸容积来实现，如 3 缸、4 缸、6 缸、8 缸发动机。但容积越大带来的负面影响是制造成本的上升，发动机自身体积和重量的上升。涡轮增压的原理并不复杂，在排气通道内安装一个涡轮，从气缸排出

3、的废气具有一定压力，从而带动涡轮转动，在进气管道内安装一个与排气涡轮同轴的压缩涡轮，从而压缩进入气缸内的空气，增加发动机的进气量，使更多的空气和燃料混合燃烧，来获得更大的功率。发动机转速越快，废气越多，从而涡轮转速越快，进气量就越多。涡轮增压是一种历史悠久的技术，一般公认发明者是瑞士工程师比希，于 1905 年申报了此项专利，当时主要用于飞机发动机，由于高空中空气稀薄，需要对空气压缩以获得更大的进气量，在坦克发动机上也有应用。1961 年通用汽车试探性的在汽车发动机上安装了涡轮。70 年代装配涡轮增压的保时捷 911 问世。瑞典的萨博公司 1977 年推出萨博 99，真正让涡轮增压获得了更广泛

4、应用。但即使萨博公司开启了涡轮增压更广泛推广的大门，涡轮增压机型的比例一直是可以忽略的，主要存在于一些追求动力的性能车型。直到最近的 2007 年左右，才在以大众为代表的欧洲车厂推动下有普及的趋势，经过技术的进一步提升，目前涡轮增压已经相当成熟。注意上面所说的是指汽油车，在柴油车领域，涡轮增压较早就获得了广泛应用，我们后文的讨论也集中于汽油车。1.1.1 涡轮增压器的发展历史1.1.2 涡轮增压器的分类按照工作原理分，增压器分为机械增压器、废气涡轮增压器、复合涡轮增压器及气波增压器。1）机械增压器：通过机械增压技术，空气/燃料混合气体由一台直接受发动机驱动的压气机进行压缩，但受寄生损失效应影响

5、，增加的输出功率在发动机驱动压气机时，会损失一部分。用于驱动压气机的功率占发动机总输出功率的 15左右。因此，与自然进气发动机相比，在输出功率相同的情况下，机械增压发动机的油耗较高。2）废气涡轮增压器：普通发动机产生的废气被直接排放到大气中，而涡轮增压发动机却利用废气的热量驱动涡轮。压叶轮与涡轮装配在同一根轴上，吸入并压缩新鲜空气，并将压缩后的气体送入发动机。涡轮增压器和发动机之前不存在机械耦合。3）复合涡轮增压器指废气涡轮增压和机械增压并用,这种装置在大功率柴油机上采用比较多,其发动机输出功率大、燃油消耗率低、噪声小，但是结构太复杂，技术含量高，维修保养不容易,因此很难普及。4）气波增压器利

6、用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。气波增压也称脉冲增压,采用脉冲增压的目的就是要尽可能多地利用脉冲能。这种形式和机械增压形式的增压器多用于船舶柴油机上。涡轮增压与机械增压器技术与性能对比项目 涡轮增压器机械增压器能量来源利用发动机排出的废气中的热能及动能，由叶轮机械发动机排气能量转变为机械功，再由机械功转化为气体的压力能消耗发动机的有效功率，由发动机曲轴通过传动带或传动链驱动空气压缩装置技术压比 单级增压器最高压比可达 4.5压比不超过 2.2增压器转速 增压器转速最高可达 30 万转/分钟增压器转速低于 3 万转/分钟空气流量 径流、混流增压器流量可达 2kg/s发动机领域因受空间制约，应用

7、流量小于 0.8kg/s增压器效率 压气机最高效率可达 82%，增压器最高总效率可大于 60%压气机最高效率小于 65%性能优点1.利用发动机废气能量，不消耗发动机额外功率，可以有效提高发动机升功率；2.通过回收发动机废气能量进行增压，可以有效改善燃烧效率，增压后油耗率可降低 10%左右；3.通过废气涡轮增压技术，可有效改善缸内燃烧，降低废气中颗粒含量，同时降低碳氢、一氧化碳等有害物质的含量；4.具有高原补偿功能，减缓高原功率下降1.利用传动装置，可在发动机低速工况下产生较高的增压效果，解决增压迟滞问题；2.发动机排气阻力较小，泵气损失小，具有较高的充气效率；3.机械增压器旋转部件温度低，对材

8、料及制造工艺要求较低缺点1.采用废气推动增压器工作，在发动机低速工况下及加速工况下，存在增压迟滞问题；2.直接利用发动机排出的高温废气，所以整个装置的热负荷问题较为严重，需要采用耐高温材料和精密的制造工艺保证；3.对大气温度及排气背压比较敏感，需经过复杂的匹配和试验过程以保证发动机性能；4.对发动机系统的冷却、润滑及清洁要求较高，需要定时维修保养1.直接消耗发动机功率，在高速工况下，消耗发动机功率较大，需要找一个平衡点进行匹配，发动机高速无法匹配机械增压器，必须脱开，所以在高速工况下无法起到增压效果；2.体积较大，同时需要复杂的传动机构将发动机的转速进行放大；3.存在大量的配合间隙，容易损坏和

9、产生噪音；4.成本较高，市场保有量较低应用领域占据市场的绝对主导地位，已普遍应用在乘用车、商用车等车用内燃机市场以及农机、船舶、矿山机械、工程机械、军用动力、发电机组等非车用内燃机领主要应用高端乘用车内燃机和航空发动机，大部分作为二级增压的低速匹配部分与涡轮增压器共同存在占增压器比重国内增压器市场基本全部为涡轮增压由于机械增压技术在国内起步较晚且技术应用领域主要为高端乘用车和航空发动机，在国内的市场实际应用尚未广泛推广发展方向1.向满足小排量内燃机的高速微型车用内燃机增压器发展；2.向满足快速响应、耐更高排温的汽油内燃机增压器方向发展；3.向满足更高升功率内燃机的高增压和超高增压方向发展（包括

10、二级增压系统）；4.向满足更高 可靠性、更高排温和更强密封性能的高可靠性涡轮增压方向发展；5.向满足内燃机更高排放水平；具有更高只能控制水平的可变截面涡轮增压器方向发展向机械增压器与涡轮增压器联合运行的二级增压系统方向发展，主要应用于高端乘用车市根据性价比比较，中短期来看。在汽车上将更多的会采用废气涡轮增压器。长期来看，随着电控技术的规模化开发与普及，性能更好的电辅助涡轮增压器将会逐渐普及。1.1.3 涡轮增压器主要结构与工作原理废气涡轮增压器主要由涡轮室、压气机（即增压器）、轴承与增压控制系统组成。1）压气机一般涡轮增压器压气机是离心压缩机，并由三个基本部分组成：压气机叶轮，扩压器和压壳。随

11、着叶轮的旋转，空气被轴向吸入，加速到高的速度，并在径向方向上排出。扩散段减缓气流速度，总体上没有损失，从而使压力和温度上升。扩散段由背板和压壳流道的一部分组成，收集的空气在达到压气机出口前速度变慢。2）涡轮室涡轮增压器的涡轮室包括涡轮和涡壳，将发动机废气转化为机械能来驱动压气机通过涡轮机的流动截面区域的废气在入口和出口之间的压力和温度下降。这个压降被转换成动能，以驱动涡轮转动。有两种主要的涡轮机类型：轴向和径向。在轴向涡轮机中，废气仅在轴向方向上流动。在径向涡轮机中，气体流入是向心的，即在径向方向上从外向内，并在轴向方向上流出。涡轮直径 160 毫米以下时，只能使用径向涡轮机。这对应于涡轮增压

12、器的发动机的功率约为 1000 千瓦。超过 300 毫米时，只有轴向涡轮机可以使用。这两个值之间，轴向和径向都可以。3）轴承系统涡轮增压器的曲轴和涡轮转数可达每分钟300,000转。其寿命与发动机寿命相同，为一辆普通汽车行驶 1,000,000 公里花费的时间。只有涡轮增压器专用滑动轴承才能满足这一需求，且成本较为合理。轴承系统主要有径向轴承系统和轴向止推轴承系统。4）增压控制系统乘用车涡轮增压发动机驾驶性能必须满足与同输出功率的自然吸气发动机相同的高要求。这意味着，在发动机低转速时必须具有十足的增压压力。这只能在涡轮端的增压压力控制系统上实现。涡轮端的旁通阀是增压压力控制的最简单方式。通过选

13、用较小尺寸的涡轮，在发动机低转速时，可以得到很好的扭矩特性，并实现良好的车辆驾驶性能。采用这种设计，在达到最大扭矩之前，将会产生更多的废气。因此，一旦实现特定的增压压力，废气流的一部分被送入旁通阀排出。旁通阀打开或关闭通常由一个弹簧加载的膜片根据增压压力进行调节。现在电子增压控制系统越来越多地应用于乘用车柴油和汽油发动机上。相比只能充当一个满负荷的压力限制器的纯粹气动控制，电子增压控制系统可以优化压力设定。此操作考虑各种参数，如增压空气温度，时间提前量和燃料质量。阀盖的操作对应于前面描述的执行器。执行器的振动膜片根据调制的控制压力进行调节，而不是完整的增压压力。1.1.4 涡轮增压技术分类目前

14、涡轮增压技术主要有混流式涡轮增压技术、可变涡轮增压技术、两级涡轮增压技术、电辅助涡轮增压技术。1）混流式增压技术混流式涡轮也称斜流式涡轮，是一种介于径流式涡轮和轴流式涡轮的一种中间形式。这种涡轮的叶片进口倾斜，使得气流能很好的适应叶型的变化而平缓的过渡至轴向，并且可以有效的防止叶轮出口外径增大带来的轮缘处气流脱离现象，使叶轮的内部流场大为改善，与同轮径的径流式涡轮相比，流通能力增加约 40%，可以满足涡轮增压器向高速、大容量变化发展要求。2）可变截面涡轮增压技术（VGT）可变截面涡轮增压器主要有两种结构，即可动舌片增压结构和可变喷嘴增压结构。可动舌片增压结构的工作原理为：在涡轮进气截面后加摆动

15、舌片，通过舌片的摆动，改变蜗壳的面径比，调节进气量。当发动机低速运转时，减小面径比，提高涡轮转速，增加进气压力；当发动机高速运转时，增加面径比，提高进气量，保证发动机的动力输出。可动舌片增压结构简单，调节方便，易实现自动控制，但由于流动损失较大且调节范围有一定限制，效率低。一般无叶径流式涡轮机采用可动舌片增压结构。可变喷嘴增压结构（VNT）的工作原理：涡轮外围的叶片为可变喷嘴叶片，在发动机低速或怠速运行时，喷嘴叶片关闭或开度很小，增加进气压力，以提高发动机的低速转矩和响应性；当发动机高速转动时，喷嘴叶片全开或开度较大，增加进气量，保证发动机的动力输出。一般叶径流式涡轮机采用可变喷嘴增压结构。这

16、种结构不能彻底消除涡轮迟滞问题，并且设计制造难度大，生产成本高，主要适用于大排量重型车用涡轮增压发动机。3）二级涡轮增压技术二级涡轮增压技术，是指在发动机进气系统中采用两个相互独立的涡轮增压器，实现增压器与发动机在更大工况范围的良好匹配。主要 工作原理：在发动机低速运转时，只有小涡轮增压器工作，此时较少的排气即可驱动涡轮高速旋转产生足够的进气压力，改善发动机的低速转矩和涡轮迟滞问题。当发动机高速运转时，大涡轮增压器开始工作，从而加大进气量，保证发动机的动力输出。这种增压结构的优点是可以提高发动机动力性能和加速性能，改善涡轮迟滞现象；缺点是在部分负荷运转时增压比下降快，从而使得发动机低负荷性能较

17、差，同时，这种增压结构复杂，成本高。4）电辅助涡轮增压技术这种涡轮增压结构主要加装了电动机/发电机、电控单元、电池、高功率逆变电源和传感器。电控单元、电池可与发动机共用。工作原理为：在发动机低速运转时，电控单元发出控制信号，电机启动驱动压气机工作，电池储存的电能转化为压气机的动能，增压进气压力，改善发动机的加速性能和低速转矩问题。当发动机达到一定转速，压气机能够提供足够的空气时，电机关闭或脱开。当发动机高速运转时，电控单元发出控制信号启动发电机，回收部分涡轮转动能量，通过发电机转化为电能储存于蓄电池中。这种结构的优点是能够提升发动机的低速转矩性能，改善涡轮迟滞问题，降低燃油消耗率，扩大发动机的

18、高效、经济区域；缺点是加入辅助电机增加了转动惯量，对电机转子结构和增压器轴要求更高，技术尚不成熟。目前涡轮增压器面临的主要问题为发动机低速转矩不足和涡轮迟滞现象。为了解决克服这些问题，未来涡轮增压技术发展主要以小型化并结合上述技术结合为主，如 VGT 技术、可变混流式涡轮增压技术、可变二级涡轮增压技术以及涡轮与机械增压复合技术。由于结构复杂，开发成本高，目前基本处于研发改进之中，量产配套尚需时日。1.1.5 应用领域目前国内涡轮增压器主要应用于汽车领域，并且绝大多数为柴油机商用车配套。我们认为，主要是因属于投资品的商用车对涡轮增压器的高温性能、寿命长度等主要指标要求较低，对其成本关注较高。1.

19、2 涡轮增压优缺点并存凡事都有两面性，涡轮增压也是优缺点并存。平顺性较差的缺点是导致其过去没有很广泛推广的一个原因，这一点目前的涡轮增压发动机已经有所改进，但仍然存在。1.3 涡轮增压省油？涡轮增压省油是不少人的观点，或者是直觉，或者来自厂家的宣传。一般来说，涡轮增压发动机在拥堵的市区由于频繁变速油耗较高，而在匀速行驶时具有一定燃油经济性，测试工况的选择直接影响最终的结果。按照EPA的测试工况，涡轮增压相对排量更大的自然吸气的燃油经济性平均大约5%。但同时，按照欧洲油耗测试方法，涡轮增压确实带来了较明显的燃油经济性，中国工信部的测试方法基本类似欧洲。欧洲的测试方法过于宽松，我们可以看到按欧洲和

20、中国标准得出的油耗一般显著低于EPA结果。对于涡轮增压技术来说，更平滑的变速工况适合其取得较好成绩，在这里不展开说明欧洲和美国测试工况对涡轮增压油耗的具体不同，仅从结果上说明。不同的测试工况对涡轮增压的影响是显著的，欧洲测试结果中，涡轮增压可以轻松获得20%甚至更高的节油效果。而我国的测试工况和欧洲工况很相似，我们倾向于认为欧洲的测试工况更符合中国实际。涡轮增压器是一种空气压缩机，可以增加汽缸进气量与燃油量，提升功率与扭矩，一般同功率情况下，油耗降低 15-20%左右；同排量情况下，发动机功率及扭矩要增大 20% 30%左右。同时，因燃烧更充分，颗粒物、Nox 与HC 化合物排放明显降低。因此

21、，涡轮增压器具备节能减排与提升动力的双重优点。2 涡轮增压发展利好2.1 中国提供了涡轮增压最好的市场土壤尽管涡轮增压节能减排的效果不很显著，但实际中政策引导技术路线的情况也属于常态。比较欧洲、日本、美国和中国的政策环境，我们发现，尽管欧洲可能是由于中期的碳排放限值被迫发展涡轮增压，但在眼前，中国却为涡轮增压提供了最好的市场土壤，提供涡轮增压机型的厂家能即刻获得竞争优势。日本汽车税收在购置环节主要有汽车购置税和消费税，分别按购买价的5%征收；在保有环节，主要有汽车税、微型汽车税和汽车重量税，其中乘用车的汽车税按照排量征收；在使用环节，主要针对燃料征税。显然，对涡轮增压的推广，汽车税是主要的影响

22、因素。美国汽车方面税收的最主要特点就是低税率，但为了提高燃油经济性，美国政府早在1978年就出台了强制性的汽车油耗限值标准，为27.5MPG，相当于8.55L/百公里。2007 年美国能源独立与安全法规定，到2020 年，乘用车和轻型商用车的平均油耗水平需要达到30MPG。美国汽车方面的税收主要通过燃油税，美国不存在依据排量或者二氧化碳排放收税的税则。中国按排量征税的力度最大。中国财政部、国家税务总局 2008 年 8 月 13 日发布通知，从 2008 年 9 月 1 日起调整汽车消费税政策，提高大排量乘用车的消费税税率，降低小排量乘用车的消费税税率。显然，这一改革对涡轮增压机型是一个利好。

23、2.2 政策倒逼汽车涡轮增压技术快速普及现状：我国原油对外依存度接近 60%，汽车成为消费主力；同时，机动车尾气排放是造成大气污染的主要元凶之一。因此，针对汽车的节能减排已经迫在眉睫。2）政策上，汽车尾气排放升级与车企燃料消耗限值考核将共同推动小排量汽车加快普及。同时，目前年轻消费者对汽车动力性能比较重视。因此，涡轮增压器拥有较强的市场吸引力。3）从政策、供给、需求、成本比较、国际比较以及市场调研的多方位角度分析，未来国内涡轮增压技术将会快速普及。数据显示，增压器产量快速增长，渗透率较快提升，符合结论。汽车尾气排放升级方面，目前主要国家都在积极推进汽车尾气排放升级以缓解尾气排放造成的空气污染压

24、力。我国也在积极推进汽车尾气排放标准升级：2011 年7 月 1 日轻型汽油车国四排放标准正式实施，而但中重型柴油车国四排放标准因油品与发动机技术储备问题而一再延迟。直到 14 年 4 月 23 日，工信部发布公告，明确柴油车国四排放标准实施时间为 2015 年 1 月 1 日。同时，根据规划，到 2018年实施汽柴油国五排放标准。随着尾气排放升级，CO、HC、NOx 以及 PM 等污染物排放量将明显下降，有利于改善城市空气质量。汽车节能措施方面，政府对车企平均燃料消耗量考核进行考核。根据工信部最新出台的关于加强乘用车企业平均燃料消耗量管理的通知（征求意见稿），对考核不达标的车企将进行通报，并

25、禁止批准其扩产项目以及登记销售新产品。在政策法规的强制下，企业将通过积极生产销售小排量节能与新能源汽车来达到 15年车企平均燃料消耗限值 6.9L/100km 与 2020 年 5.0L/100km 的目标要求。综上分析，在目前新能源汽车无法快速上量，传统汽柴油车仍占主导地位的情况下，积极生产销售小排量汽车将成为当下绝大部分车企完成燃料消耗限值考核要求的最现实可行之路；同时，这也符合机动车节能减排的趋势要求。目前，数据显示，狭义乘用车平均排量在持续小幅走低（波动主要是近几年排量较大的 SUV占比快速上升所致），显示小排量化趋势明显，未来仍将有望持续。在政策倒逼汽车小排量化的情况下，消费者对汽车

26、动力性能要求高，这两方面基本是相悖的。而包括涡轮增压在内的传统节能技术目前是解决这个问题的重要方法，可以使小排量发动机同样拥有比较好的动力性能，符合节能减排的要求。2.2.1 供给方面目前各大车企正在积极推出小排量涡轮增压发动机以满足车企考核要求和市场需求。2.2.2 需求方面油价飞涨、政府按排量征收消费税与车船税以及消费者对汽车动力性能有要求会共同促使消费者青睐小排量涡轮增压汽车。2.2.3 成本比较随着近几年国内涡轮增压器技术基本成熟，成本已经大幅下降，相应市场价格较“十一五”初期的产品价格已下降了 15%，随着技术进步，未来将继续下降。同时，涡轮增压器的维修成本大幅度降低，主要原因是：1

27、）更换零部件的成本下调；2）精通涡轮增压器维修的工人数目不断增加，劳动力成本降低。另外，随着涡轮、叶轮以及轴承的技术性能不断优化，涡轮增压器的寿命不断提高。目前涡轮增压器的正常使用寿命，尤其是乘用车涡轮增压器寿命基本与汽车发动机大修时间同步。因此，涡轮增压器的性价比优势在不断提升。2.2.4 国际比较目前，欧美国家的 100%重型车、90%轻型车采用柴油机，欧洲柴油轿车已占轿车年产量的 32%，法国、西班牙等国更高达 50%以上。据霍尼韦尔交通系统集团中国及印度副总裁兼总经理 David Paja 介绍，欧洲涡轮增压器装机率已经达到70%左右，远高于中国和美国。主要原因是在严格的碳排放限值要求

28、下柴油车普及率高所致。政策上，一方面，欧盟对碳排放超标的车企进行严格的罚款；另一方面，欧盟国家陆续采用了基于二氧化碳排放对汽车征税的方案，目前已经有 19个欧盟成员国基于二氧化碳排放对汽车征税，包括：奥地利、比利时、塞浦路斯、丹麦、芬兰、法国、德国、希腊、爱尔兰、拉脱维亚、卢森堡、马其他、荷兰、波兰、罗马尼亚、斯洛文尼亚、西班牙、瑞典和英国。基本覆盖了欧洲主要国家。另外，涡轮增压技术在日本和美国普及率没有欧洲那么快（根据霍尼韦尔分析，目前美国涡轮增压器装机率在 20%左右）。我们认为，主要是日本拥有混动汽车技术优势使得其积极推广混动汽车；美国是由于汽车产品与汽柴油价格低使得消费者更加喜欢性能稳

29、定的自然吸气汽车。而我国不具备上述日本与美国的条件，考虑到供给与需求方面政策的推动，我国学欧洲大规模推广涡轮增压的技术路线可行。2.2.5 市场调研验证4 月盖世汽车网与霍尼韦尔做联合调研显示，涡轮增压器将成为车企达到燃油消耗限值的主要手段，未来涡轮增压车型推出有望持续增加。因此，从上述政策、供给、需求、成本比较、国际比较以及市场调研的多方位角度分析，未来国内涡轮增压技术将会快速普及。同时，数据显示，增压器产量快速增长，渗透率较快提升，符合我们的结论。3 我国涡轮增压器市场大，盈利强1）目前我国中重型货车与客车采用涡轮增压技术已达到 100%，轻型货、客车采用涡轮增压技术接近 80%。由于国内

30、经济保持低速增长导致车辆利用率较低，预计未来商用车涡轮增压器主要以更新需求为主。另外，随着东部换购增购需求与中西部首次购车需求的释放，乘用车仍将保持 10-15%左右的较快增长，加上乘用车涡轮增压器装机率的快速提升，预计乘用车涡轮增压器市场将快速增长。2）根据合理假设，我们测算出 15 年国内涡轮增压市场容量在 1050 万台左右，市场规模在 100-160 亿元左右，市场空间巨大。3）汽车涡轮增压业务的毛利率明显高于整个汽车零部件行业，显示出具有高技术性能要求的涡轮增压业务较强的盈利能力。考虑到行业技术壁垒与进入门槛高，我们认为，涡轮增压器行业较强的盈利能力将仍能保持。根据已有数据分析发现，车用柴油机（主要为商用车）涡轮增压器单价基本在 800元/台左右，车用汽油机（主要为乘用车）涡轮增压器单价一般在 1200-2000 左右。考虑到商用车装机率高，乘用车装机率较低的情况，我们假设涡轮增压器平均单价在 1000-1500 元/台之间