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新能源时代，柴油机还能干吗？ 作为驱动人类进步的能量转化工具，这一工业皇冠上的明珠，如今却被诟病“傻大笨粗冒黑烟”。但“时代的悲歌”下，它依然难以被取代，并将延续很长的生命！ 事实上，新能源“换道超车”的中国，我们的柴油机技术早已默默地“弯道超车”！这个使命被中国的潍柴接下。  4月20日，中国天津，在2024世界内燃机大会现场，潍柴动力发布全球首款本体热效率53.09%柴油机。这是2020年以来，潍柴第四次刷新世界柴油机本体热效率纪录。 于是就有了很多网友的精妙评论。比如有人就问“热效率是啥？不懂就问” 。当然，懂得网友却对自己中学所学的物理学知识产生了疑问： “这相当于人类百米赛跑进9秒了？” “我的教科书要改了吧？”“我记得小时候，物理老师还在说30几，四十几就是极限了！” “内燃机效率每提升1%都能给整个社会带来非常恐怖的效益。” 更有网友直接贴出这样的照片，原来当年包书皮用的报纸竟然是关于潍柴的报道......  解开这些问题的答案，你就知道潍柴有多牛了？ 什么是发动机热效率？发动机热效率又称“发动机有效效率”，是单位燃油的化学能燃烧后的总能量中用来机械做工的能量占比。 直接上公式：热效率=实际做功功率/单位时间消耗的燃料含热量。 通过公式不难理解，热效率越高，单位时间内消耗的燃料越少，发动机越省油，输出的能量就越多，发动机的表现就越经济。提高发动机热效率也成了节约能源的重要手段，是改进内燃机的主要方向之一。 但问题是，提高热效率真的太难了！有网友感叹：“印象中超40%的柴油机都算好的了，要知道每提升1%都是非常大的突破”。柴油机自发明127年以来，行业内柴油机热效率的极限值仅突破至46%左右。  1892年，德国的迪塞尔博士注册了压燃式柴油机技术；1897年，他研制出世界上第一台压燃式单缸柴油机，功率14W，热效率26%，这成了柴油机热效率的起点。  德国工程师鲁道夫·迪塞尔（Rudolf Diesel）和第一台压燃式柴油机 20世纪，随着工业化的发展，尤其是两次世界大战、冷战争霸加速了柴油机技术的突飞猛进，20世纪中后期，柴油机热效率的极限值到了40%。 随着第三次工业革命的兴起，欧美发达国家工业化朝着精细化发展，此时，德国的博世公司造出了新型高压喷油泵，压力达到了2000个大气压，结合电控技术的发展，西方国家将柴油机热效率提高至45%-46%。 但这已经是热效率的极限值！世界内燃机的发展进入了瓶颈期。 再往后，热效率每提高1个百分点，在原理上越来越困难。中国的潍柴则默默开启了“直线加速”，开始了死磕柴油机热效率的进程。 提升热效率有多难？柴油机由几千个零部件组成，是个复杂的系统，包括燃油系统、润滑系统、冷却系统、配气系统、启动和充电系统。 其热效率损耗主要有几个方面，比如说排气冷却、机械摩擦和碰撞都要释放能量，再加上泵气损失和燃烧损失，这都会明显降低热效率。所以，潍柴工程师要用各种技术手段，反复推敲每个环节，研究各个系统、零部件、控制手段甚至油品的改良空间。  2020年潍柴首次发布的本体热效率突破50%的柴油机，工程师需要同时控制5个专有技术才达到了目标，包括协同燃烧、协调设计、排气能量分配、分区润滑、智能控制，通过这种复杂的系统化，解决了柴油机高效燃烧、低传热、高可靠性、低摩擦损耗、低污染物排放、智能控制等一系列世界级难题。 随后，2022年，潍柴更是连续两次超越自己，并将柴油机热效率提高至52.28%。 而到了2024年，潍柴发布本体热效率53.09%柴油机的时候，其核心零部件基本都实现了自主研制，这也标志着潍柴彻底迈入了创新的“无人区”。  据媒体报道，为了提高这1%的热效率，潍柴工程师针对柴油机的关键系统、零部件分别建立项目组进行专项攻关。例如，他们通过自主研发涡轮增压器，促进空气系统的改进，贡献了0.25个百分点；针对关键的燃油系统，他们开发了自己的喷油泵，结合整个燃油系统控制的改进，贡献了0.2个百分点；他们还利用系统仿真，改善燃烧室的结构，贡献了0.3个百分点。 用每一个0.1的累进实现了1%的突破！  总之，围绕燃烧、空气、燃油、摩擦等四大系统，潍柴做了大量的基础研究和原创开发工作，通过高膨胀燃烧技术、混流增压技术、高效燃油喷射技术、低阻减摩技术，全球首次突破53%大关。 所以说，潍柴并没有改写你的教科书，他更像是一个“小镇做题家”，把你不懂的都搞通了，把你不敢的都做成了，最后到了“无师自通”的境界。这就是所谓“心无旁骛”的结果吧。 那为何非得死磕柴油机，提高热效率？大家平时更多关注乘用车的电动化，对于以柴油机为动力的大卡车、客车、挖掘机、拖拉机这样的傻大笨粗关注较少。 从技术上讲，在新能源化的过程中，柴油机有它的特殊性！ 柴油机广泛应用于商用车、工程机械、农业装备、发电设备等领域，这些场景要求作业时间长，工作环境恶劣，对于续航里程、工作稳定性和环境适应性的要求比较高，新能源纯电动技术难以满足这些场景的要求，柴油机则具备明显的优势。 此外，从行业发展整体趋势看，商用车的新能源渗透率提高需要走更长的路。在可预见的未来，柴油机仍将发挥不可替代的作用，持续提升内燃机行业的技术水平，尤其是热效率仍然大有可为。 从实现“双碳”目标来看，提高柴油机热效率效果更直接、更明显。  中国交通运输业所产生的碳排放量占全国总排放量的7.5%，在交通运输业中，由汽车行驶所产生的碳排放量占碳排放总量的80%，商用车碳排放量占汽车行业碳排放总量的56%。而商用车普遍以柴油机为主要动力。 根据目前我国的柴油机保有量测算，53%热效率柴油机的全面推广，与45%-46%热效率水平相比，经济性提升14%左右，每年可为我国节约燃油约3100万吨，减少碳排放超6000万吨。 当然，这对于广大卡车司机来说，则是带来实实在在的收益！  从使用成本上来说，热效率提高到53%以后，经济性能提升14%左右，按照重型牵引车一年跑25万公里测算，每年可以节省柴油1.2万升，目前柴油市场价每升7.8元，一年可以为车主节省近10万元。 最重要的是，潍柴的技术已经实现批量商业化应用！与美国超级卡车项目带余热回收的技术路线不同，本次潍柴发布的是本体热效率柴油机技术，更容易商业化落地。 柴油机的本体热效率是指柴油机本身能够达到的热效率，本体热效率指标是柴油机热效率中最难突破的核心技术。  为了实现更高的热效率，全球行业在柴油机本体以外，采用了余热回收技术，通过回收柴油机的排气和冷却水的能量，来将这部分能量转化成有效功。但是余热回收技术还处于实验室阶段，无法工程化应用。另外，余热回收设备体积大、重量大，即便技术成熟后，也不适合于柴油机的产品应用。潍柴可以说是解决了全球行业的最大难题。 目前潍柴高热效率柴油机的技术已在潍柴新一代T系列、H系列的柴油机实现批量应用，其中以13T\14T\15T等新产品为主，其市场上用户的反馈还是很不错的。 最后，我们说一下，为什么最高热效率柴油机能在潍柴诞生？需要明确的是，这一项成果的意义在于，它不仅属于潍柴，更属于全球行业。  正如潍柴动力董事长谭旭光先生所言，潍柴每一次进步都得到了全球行业的公认，“这也是世界行业集体智慧的结晶！” 当然，打铁还需自身硬，潍柴搞发动机已经有70多年历史，就像谭旭光说的，“血液里流的是柴油！”那自然要先把自己的主业做好！事实上，人家也真是做到了“不争第一就是在混”。 潍柴自2015年起就开始布局柴油机热效率研发，近十年来，瞄准这一科技“无人区”，成立了高水平专业人才组成的科研攻关团队，包括100多名博士，以及上千人的科研工程师，可以说是行业里学历最高的研发队伍了。 当然，待遇也算是行业最好的！首先，自然是工资高、奖励大。前不久，在潍柴2024年度科技创新奖励大会上，谭旭光给科研人员的奖金总额达到了6500万元，其中也包括热效率研发团队。谭旭光也敢说、敢拿：“只要是研发人员想干的，就立即办；只要是研发人员敢要的，就坚决给；只要是研发人员干成的，就大胆奖。”绝对是高目标、高激励、高贡献。 更重要的是，潍柴对科研人员还有很多隐性待遇。作为搞创新的科技工作者，除了物质追求，其实更看重工作价值、受人尊重，能够在潍柴搞这种基础性、原创性的创新，本身就很有诱惑力。同时，公司还对创新非常的宽容，董事长谭旭光说也公开讲过：“要敢于异想天开，天马行空，造梦追梦”，“给研发人员放鸽子，而不是设笼子。”这样的创新生态更能激发科研人员的创新潜力。 另外就是科研资源，潍柴是一家高度国际化的公司，为科研人员提供了充分发挥的平台。据了解，潍柴在全球设立了十大前沿创新中心，可以依托潍柴动力“八院一中心”及海外研发技术资源进行7×24小时协同高效攻关，研发速度和效率可以真正做到“一天当两天半用”。而就在前不久，潍柴投资20亿元打造的未来科技试验室投入使用，更将加速科技成果从“试验室”走向“生产线”迈向“市场化”。 总之，放眼世界，潍柴动力都是一家值得尊敬的公司，他用自己的方式继续书写工业化时代的浪漫。在他身上，有工程师追求卓越的精神，有工匠般持之以恒的态度，有“大国重器”的使命担当，以及人类敢于自我挑战、舍我其谁的气魄。 |
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