科技日報記者 王延斌

熱效率是衡量內燃機性能的關鍵指標。在柴油機本體熱效率連續(xù)創(chuàng)造了50.23%、51.09%兩項世界紀錄之后，濰柴并不滿足。

11月20日，濰柴對外發(fā)布本體熱效率52.28%商業(yè)化柴油機和本體熱效率54.16%商業(yè)化天然氣發(fā)動機。經(jīng)美國西南研究院查新檢索證明，上述兩款發(fā)動機本體熱效率均為全球首次超過52%、54%。在現(xiàn)場的國際權威檢測機構德國TüV南德意志集團代表，為濰柴高熱效率發(fā)動機開發(fā)團隊代表頒發(fā)了沉甸甸的認證證書。

(相關資料圖)

在發(fā)布會現(xiàn)場的中國工程院黨組書記、院長李曉紅即興發(fā)言時表示，濰柴創(chuàng)造了柴油機和天然氣發(fā)動機兩個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。中國工程院將不遺余力地支持濰柴在科技自立自強中挑戰(zhàn)本體熱效率53%、54%、55%的新的目標、創(chuàng)造新的業(yè)績。

發(fā)布會現(xiàn)場。左為本體熱效率52.28%商業(yè)化柴油機，右為本體熱效率54.16%商業(yè)化天然氣發(fā)動機。濰柴供圖

從50.23%到51.09%再到52.28%，“三年三個大臺階”

發(fā)動機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化成發(fā)動機有效輸出功的比例。本體熱效率越高，發(fā)動機的經(jīng)濟性越好。專家認為：熱效率每提升1個百分點，對發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性都有巨大提升，但挑戰(zhàn)在于其對發(fā)動機的材料、工藝、技術都是嚴苛考驗。

在濰柴動力發(fā)動機研究院副院長竇站成博士看來，要提升熱效率，必須克服四大難題。

首先，需要對發(fā)動機整體結構以及材料進行強化，只有這樣才能讓發(fā)動機承受住高溫、高爆壓的考驗。同時，提升燃油燃燒效率，必須充分將燃油的能量釋放出來。

再次，提高熱效率，必定要先降低缸內的傳熱能量損失，第三件事就是減少發(fā)動機的機械能損失，對發(fā)動機各個系統(tǒng)的摩擦副進行改進提升。最后，熱效率的提升跟排放控制是一個蹺蹺板的關系，保證高熱效率發(fā)動機排放滿足法規(guī)要求，需要后處理以及控制策略的全新升級。在一系列技術加持下，濰柴科研團隊解決了高效燃燒、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難題，實現(xiàn)了柴油機50%熱效率的突破。

隨著熱效率技術研發(fā)步入“無人區(qū)”，濰柴科研者向著更高的熱效率目標沖刺。在協(xié)同燃燒、協(xié)調設計、排氣能量分配、分區(qū)潤滑、智能控制技術等原有五大技術的基礎上，他們運用全新的系統(tǒng)工程理念，開發(fā)了四大新技術——3D精準增壓設計技術，增壓器運行效率提升5%；空氣隔熱技術，使缸內傳熱降低15%；高效流通技術，有效降低進、排氣管路阻力，讓發(fā)動機“呼吸”更順暢；雙主噴技術，提升燃油與空氣混合，燃燒速度提升5%。

通過一系列技術攻關，本體熱效率達到52.28%的柴油發(fā)動機面世了。

從熱效率50.23%到51.09%再到52.28%，內燃機可靠性國家重點實驗室主任譚旭光在現(xiàn)場感嘆：我們“三年邁上了三個大臺階”。這三個臺階也意味著我國牢牢掌握了在全球內燃機行業(yè)的話語權。

與市場現(xiàn)有主流產(chǎn)品（平均46%熱效率柴油機）相比，52.28%本體熱效率技術的商業(yè)化應用，可讓柴油發(fā)動機實現(xiàn)油耗、二氧化碳排放分別降低12%。每年可為我國節(jié)油1900萬噸、減少二氧化碳排放量6000萬噸。

從45%到50%再到54.16%，天然氣發(fā)動機熱效率首次超越柴油機

天然氣以資源豐富、排放污染低、價格低廉等優(yōu)點日益受到重視。以天然氣為燃料的發(fā)動機因為其低碳屬性受到市場認可。值得注意的是,濰柴是大功率天然氣發(fā)動機全球市場上的銷售冠軍。

受制于燃燒方式，天然氣發(fā)動機動力性差、熱效率低，提升熱效率是世界性難題。“這種超越太難了，以前沒有人干過，2008年我們一頭扎進去，一干就是十幾年?！睘H柴動力未來技術研究院院長助理賈德民說。

2008年濰柴開始著手布局天然氣缸內直噴技術。四年后，他們研發(fā)出中國第一臺大功率缸內高壓直噴壓燃式天然氣發(fā)動機。2018年以來，濰柴研發(fā)團隊持續(xù)攻關高效高壓直噴天然氣發(fā)動機關鍵技術。在42%的行業(yè)水平上，實現(xiàn)天然氣發(fā)動機本體熱效率兩次巨大飛躍——于2020年、2021年分別突破45%、50%。

基于對柴油機的深刻理解，科研團隊提出了一個大膽設想：能否將高熱效率柴油機里的技術，用在天然氣發(fā)動機上？“從缸內多個點，用柴油去引燃天然氣，實現(xiàn)燃燒更充分?！辟Z德民說，但如何精準地控制燃料配置、如何實現(xiàn)兩種燃料充分融合、如何控制好多個燃燒點的協(xié)同燃燒等，背后卻是復雜的技術。

經(jīng)過成百上千次的試驗、攻關，科研團隊最終得到突破，首創(chuàng)雙燃料融合噴射、多點稀薄燃燒等關鍵核心技術，實現(xiàn)燃料噴射的精準控制，累計申報專利165項，授權專利135項。

南德認證檢測（中國）有限公司中國大區(qū)總經(jīng)理邢瑞江說：“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、低摩擦等柴油機里的關鍵技術第一次用在天然氣發(fā)動機上，在全球處于領先水平?！?/p>

“如果全部商業(yè)化應用，每年可為我國減少碳排放9000萬噸。”內燃機可靠性國家重點實驗室主任譚旭光表示：與行業(yè)平均水平相比，52.28%熱效率柴油機可減少二氧化碳排放12%，54.16%熱效率天然氣發(fā)動機可減少二氧化碳排放25%。

關鍵詞：