天天观热点：勇闯科技“无人区”，他们又实现了新突破

• 2022-11-21 16:58:06 来源：科技日报

科技日报记者 王延斌

(资料图片仅供参考)

热效率是衡量内燃机性能的关键指标。在柴油机本体热效率连续创造了50.23%、51.09%两项世界纪录之后，潍柴并不满足。

11月20日，潍柴对外发布本体热效率52.28%商业化柴油机和本体热效率54.16%商业化天然气发动机。经美国西南研究院查新检索证明，上述两款发动机本体热效率均为全球首次超过52%、54%。在现场的国际权威检测机构德国TÜV南德意志集团代表，为潍柴高热效率发动机开发团队代表颁发了沉甸甸的认证证书。

在发布会现场的中国工程院党组书记、院长李晓红即兴发言时表示，潍柴创造了柴油机和天然气发动机两个本体热效率世界第一，令潍柴振奋。感谢潍柴科技工作者创造了世界业绩。中国工程院将不遗余力地支持潍柴在科技自立自强中挑战本体热效率53%、54%、55%的新的目标、创造新的业绩。

发布会现场。左为本体热效率52.28%商业化柴油机，右为本体热效率54.16%商业化天然气发动机。潍柴供图

从50.23%到51.09%再到52.28%，“三年三个大台阶”

发动机本体热效率是指不依靠余热回收装置，将柴油燃烧的能量转化成发动机有效输出功的比例。本体热效率越高，发动机的经济性越好。专家认为：热效率每提升1个百分点，对发动机的动力性、经济性都有巨大提升，但挑战在于其对发动机的材料、工艺、技术都是严苛考验。

在潍柴动力发动机研究院副院长窦站成博士看来，要提升热效率，必须克服四大难题。

首先，需要对发动机整体结构以及材料进行强化，只有这样才能让发动机承受住高温、高爆压的考验。同时，提升燃油燃烧效率，必须充分将燃油的能量释放出来。

再次，提高热效率，必定要先降低缸内的传热能量损失，第三件事就是减少发动机的机械能损失，对发动机各个系统的摩擦副进行改进提升。最后，热效率的提升跟排放控制是一个跷跷板的关系，保证高热效率发动机排放满足法规要求，需要后处理以及控制策略的全新升级。在一系列技术加持下，潍柴科研团队解决了高效燃烧、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，实现了柴油机50%热效率的突破。

随着热效率技术研发步入“无人区”，潍柴科研者向着更高的热效率目标冲刺。在协同燃烧、协调设计、排气能量分配、分区润滑、智能控制技术等原有五大技术的基础上，他们运用全新的系统工程理念，开发了四大新技术——3D精准增压设计技术，增压器运行效率提升5%；空气隔热技术，使缸内传热降低15%；高效流通技术，有效降低进、排气管路阻力，让发动机“呼吸”更顺畅；双主喷技术，提升燃油与空气混合，燃烧速度提升5%。

通过一系列技术攻关，本体热效率达到52.28%的柴油发动机面世了。

从热效率50.23%到51.09%再到52.28%，内燃机可靠性国家重点实验室主任谭旭光在现场感叹：我们“三年迈上了三个大台阶”。这三个台阶也意味着我国牢牢掌握了在全球内燃机行业的话语权。

与市场现有主流产品（平均46%热效率柴油机）相比，52.28%本体热效率技术的商业化应用，可让柴油发动机实现油耗、二氧化碳排放分别降低12%。每年可为我国节油1900万吨、减少二氧化碳排放量6000万吨。

从45%到50%再到54.16%，天然气发动机热效率首次超越柴油机

天然气以资源丰富、排放污染低、价格低廉等优点日益受到重视。以天然气为燃料的发动机因为其低碳属性受到市场认可。值得注意的是,潍柴是大功率天然气发动机全球市场上的销售冠军。

受制于燃烧方式，天然气发动机动力性差、热效率低，提升热效率是世界性难题。“这种超越太难了，以前没有人干过，2008年我们一头扎进去，一干就是十几年。”潍柴动力未来技术研究院院长助理贾德民说。

2008年潍柴开始着手布局天然气缸内直喷技术。四年后，他们研发出中国第一台大功率缸内高压直喷压燃式天然气发动机。2018年以来，潍柴研发团队持续攻关高效高压直喷天然气发动机关键技术。在42%的行业水平上，实现天然气发动机本体热效率两次巨大飞跃——于2020年、2021年分别突破45%、50%。

基于对柴油机的深刻理解，科研团队提出了一个大胆设想：能否将高热效率柴油机里的技术，用在天然气发动机上？“从缸内多个点，用柴油去引燃天然气，实现燃烧更充分。”贾德民说，但如何精准地控制燃料配置、如何实现两种燃料充分融合、如何控制好多个燃烧点的协同燃烧等，背后却是复杂的技术。

经过成百上千次的试验、攻关，科研团队最终得到突破，首创双燃料融合喷射、多点稀薄燃烧等关键核心技术，实现燃料喷射的精准控制，累计申报专利165项，授权专利135项。

南德认证检测（中国）有限公司中国大区总经理邢瑞江说：“在全球碳减排大背景下，潍柴创造性地把高效增压、低阻力、低摩擦等柴油机里的关键技术第一次用在天然气发动机上，在全球处于领先水平。”

“如果全部商业化应用，每年可为我国减少碳排放9000万吨。”内燃机可靠性国家重点实验室主任谭旭光表示：与行业平均水平相比，52.28%热效率柴油机可减少二氧化碳排放12%，54.16%热效率天然气发动机可减少二氧化碳排放25%。

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