科技日?qǐng)?bào)記者 王延斌

熱效率是衡量?jī)?nèi)燃機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。在柴油機(jī)本體熱效率連續(xù)創(chuàng)造了50.23%、51.09%兩項(xiàng)世界紀(jì)錄之后，濰柴并不滿足。

11月20日，濰柴對(duì)外發(fā)布本體熱效率52.28%商業(yè)化柴油機(jī)和本體熱效率54.16%商業(yè)化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。經(jīng)美國(guó)西南研究院查新檢索證明，上述兩款發(fā)動(dòng)機(jī)本體熱效率均為全球首次超過(guò)52%、54%。在現(xiàn)場(chǎng)的國(guó)際權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)德國(guó)TüV南德意志集團(tuán)代表，為濰柴高熱效率發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)代表頒發(fā)了沉甸甸的認(rèn)證證書(shū)。

(相關(guān)資料圖)

在發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)的中國(guó)工程院黨組書(shū)記、院長(zhǎng)李曉紅即興發(fā)言時(shí)表示，濰柴創(chuàng)造了柴油機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)兩個(gè)本體熱效率世界第一，令濰柴振奮。感謝濰柴科技工作者創(chuàng)造了世界業(yè)績(jī)。中國(guó)工程院將不遺余力地支持濰柴在科技自立自強(qiáng)中挑戰(zhàn)本體熱效率53%、54%、55%的新的目標(biāo)、創(chuàng)造新的業(yè)績(jī)。

發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)。左為本體熱效率52.28%商業(yè)化柴油機(jī)，右為本體熱效率54.16%商業(yè)化天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。濰柴供圖

從50.23%到51.09%再到52.28%，“三年三個(gè)大臺(tái)階”

發(fā)動(dòng)機(jī)本體熱效率是指不依靠余熱回收裝置，將柴油燃燒的能量轉(zhuǎn)化成發(fā)動(dòng)機(jī)有效輸出功的比例。本體熱效率越高，發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性越好。專家認(rèn)為：熱效率每提升1個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性都有巨大提升，但挑戰(zhàn)在于其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的材料、工藝、技術(shù)都是嚴(yán)苛考驗(yàn)。

在濰柴動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)研究院副院長(zhǎng)竇站成博士看來(lái)，要提升熱效率，必須克服四大難題。

首先，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)以及材料進(jìn)行強(qiáng)化，只有這樣才能讓發(fā)動(dòng)機(jī)承受住高溫、高爆壓的考驗(yàn)。同時(shí)，提升燃油燃燒效率，必須充分將燃油的能量釋放出來(lái)。

再次，提高熱效率，必定要先降低缸內(nèi)的傳熱能量損失，第三件事就是減少發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能損失，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的摩擦副進(jìn)行改進(jìn)提升。最后，熱效率的提升跟排放控制是一個(gè)蹺蹺板的關(guān)系，保證高熱效率發(fā)動(dòng)機(jī)排放滿足法規(guī)要求，需要后處理以及控制策略的全新升級(jí)。在一系列技術(shù)加持下，濰柴科研團(tuán)隊(duì)解決了高效燃燒、低傳熱、高可靠性、低摩擦損耗、低污染物排放、智能控制等一系列世界級(jí)難題，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)50%熱效率的突破。

隨著熱效率技術(shù)研發(fā)步入“無(wú)人區(qū)”，濰柴科研者向著更高的熱效率目標(biāo)沖刺。在協(xié)同燃燒、協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、排氣能量分配、分區(qū)潤(rùn)滑、智能控制技術(shù)等原有五大技術(shù)的基礎(chǔ)上，他們運(yùn)用全新的系統(tǒng)工程理念，開(kāi)發(fā)了四大新技術(shù)——3D精準(zhǔn)增壓設(shè)計(jì)技術(shù)，增壓器運(yùn)行效率提升5%；空氣隔熱技術(shù)，使缸內(nèi)傳熱降低15%；高效流通技術(shù)，有效降低進(jìn)、排氣管路阻力，讓發(fā)動(dòng)機(jī)“呼吸”更順暢；雙主噴技術(shù)，提升燃油與空氣混合，燃燒速度提升5%。

通過(guò)一系列技術(shù)攻關(guān)，本體熱效率達(dá)到52.28%的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)面世了。

從熱效率50.23%到51.09%再到52.28%，內(nèi)燃機(jī)可靠性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任譚旭光在現(xiàn)場(chǎng)感嘆：我們“三年邁上了三個(gè)大臺(tái)階”。這三個(gè)臺(tái)階也意味著我國(guó)牢牢掌握了在全球內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的話語(yǔ)權(quán)。

與市場(chǎng)現(xiàn)有主流產(chǎn)品（平均46%熱效率柴油機(jī)）相比，52.28%本體熱效率技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用，可讓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)油耗、二氧化碳排放分別降低12%。每年可為我國(guó)節(jié)油1900萬(wàn)噸、減少二氧化碳排放量6000萬(wàn)噸。

從45%到50%再到54.16%，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率首次超越柴油機(jī)

天然氣以資源豐富、排放污染低、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)日益受到重視。以天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)因?yàn)槠涞吞紝傩允艿绞袌?chǎng)認(rèn)可。值得注意的是,濰柴是大功率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)全球市場(chǎng)上的銷售冠軍。

受制于燃燒方式，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性差、熱效率低，提升熱效率是世界性難題。“這種超越太難了，以前沒(méi)有人干過(guò)，2008年我們一頭扎進(jìn)去，一干就是十幾年。”濰柴動(dòng)力未來(lái)技術(shù)研究院院長(zhǎng)助理賈德民說(shuō)。

2008年濰柴開(kāi)始著手布局天然氣缸內(nèi)直噴技術(shù)。四年后，他們研發(fā)出中國(guó)第一臺(tái)大功率缸內(nèi)高壓直噴壓燃式天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。2018年以來(lái)，濰柴研發(fā)團(tuán)隊(duì)持續(xù)攻關(guān)高效高壓直噴天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)。在42%的行業(yè)水平上，實(shí)現(xiàn)天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)本體熱效率兩次巨大飛躍——于2020年、2021年分別突破45%、50%。

基于對(duì)柴油機(jī)的深刻理解，科研團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)大膽設(shè)想：能否將高熱效率柴油機(jī)里的技術(shù)，用在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上？“從缸內(nèi)多個(gè)點(diǎn)，用柴油去引燃天然氣，實(shí)現(xiàn)燃燒更充分。”賈德民說(shuō)，但如何精準(zhǔn)地控制燃料配置、如何實(shí)現(xiàn)兩種燃料充分融合、如何控制好多個(gè)燃燒點(diǎn)的協(xié)同燃燒等，背后卻是復(fù)雜的技術(shù)。

經(jīng)過(guò)成百上千次的試驗(yàn)、攻關(guān)，科研團(tuán)隊(duì)最終得到突破，首創(chuàng)雙燃料融合噴射、多點(diǎn)稀薄燃燒等關(guān)鍵核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)燃料噴射的精準(zhǔn)控制，累計(jì)申報(bào)專利165項(xiàng)，授權(quán)專利135項(xiàng)。

南德認(rèn)證檢測(cè)（中國(guó)）有限公司中國(guó)大區(qū)總經(jīng)理邢瑞江說(shuō)：“在全球碳減排大背景下，濰柴創(chuàng)造性地把高效增壓、低阻力、低摩擦等柴油機(jī)里的關(guān)鍵技術(shù)第一次用在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上，在全球處于領(lǐng)先水平。”

“如果全部商業(yè)化應(yīng)用，每年可為我國(guó)減少碳排放9000萬(wàn)噸。”內(nèi)燃機(jī)可靠性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任譚旭光表示：與行業(yè)平均水平相比，52.28%熱效率柴油機(jī)可減少二氧化碳排放12%，54.16%熱效率天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)可減少二氧化碳排放25%。

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