破解內(nèi)燃機工業(yè)百年難題 濰柴“創(chuàng)新引擎”聲震全球

 　　發(fā)布全球首款突破50%熱效率的商業(yè)化柴油機 跑出民族裝備制造業(yè)“加速度”

　　破解內(nèi)燃機工業(yè)百年難題濰柴“創(chuàng)新引擎”聲震全球

　　在世界內(nèi)燃機工業(yè)史長河中，中國無疑是一名“后來者”。當1897年德國工程師魯?shù)婪?middot;狄賽爾首創(chuàng)壓縮點火式內(nèi)燃機，世界上第一臺柴油機成功面世時，中國尚處于晚清的衰落期，民族工業(yè)在洋務(wù)運動的“催生”下艱難萌芽。

　　一百多年后，這名“后來者”改寫了歷史格局，開啟了中國人領(lǐng)跑的新篇章。

　　2020年9月16日，中國裝備制造業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)濰柴，發(fā)布全球首款熱效率突破50%的商業(yè)化商用車柴油機。中國內(nèi)燃機國家檢測機構(gòu)中國汽車技術(shù)研究中心有限公司、國際權(quán)威內(nèi)燃機檢測機構(gòu)德國TüV南德意志集團將熱效率達到50.26%的認證證書頒發(fā)給濰柴。

　　消息一經(jīng)發(fā)布，世界內(nèi)燃機行業(yè)震驚了。短短2周內(nèi)，國內(nèi)外媒體點擊量高達4億人次，10月1日央視《經(jīng)濟半小時》、10月2日央視《新聞聯(lián)播》重磅播出，非常罕見;海外美國《Diesel Net》(柴油機網(wǎng))、德國《KFZ Anzeiger》(商用車指南)和《Power World》(動力世界)、意大利ANSA(安莎社)和《Il Sole 24 ORE》(24小時太陽報)、英國《The Engineer》(工程師)、北歐《Diesel Progress International》(國際柴油機械)、俄羅斯ИТАР-ТАСС(俄塔社)等國際權(quán)威媒體紛紛進行了報道。

　　50.26%，世界內(nèi)燃機的一座里程碑。熱效率是衡量內(nèi)燃機燃油利用效率的標準，熱效率越高，燃油消耗越少，節(jié)能減排的效果就越顯著?？v觀世界，柴油機的發(fā)展歷史就是一部熱效率不斷提升的歷史。自1897年，世界上第一臺柴油機成功面世，歷經(jīng)百年的改造升級與新技術(shù)應(yīng)用，直到當今，柴油機平均熱效率才從26%提升到了46%。尤其是近年來，排放法規(guī)日益趨嚴，熱效率提升遇到了巨大的瓶頸，提升難度越來越大，進展十分緩慢。此次，濰柴一舉突破50%熱效率，猶如人類史上首次百米跑進10秒。

　　勇闖深水區(qū)

　　著力攻克關(guān)鍵核心技術(shù)

　　當下，電動化是全球汽車工業(yè)公認的未來發(fā)展方向，一些國家甚至推出了內(nèi)燃機車輛的退出時間表。但是內(nèi)燃機在國民經(jīng)濟中將長期保持著不可替代性。我國是世界內(nèi)燃機產(chǎn)銷大國，內(nèi)燃機是石油消耗的最大主體產(chǎn)業(yè)，二氧化碳排放量占全國總量的10%，氮氧化物排放量占30%，顆粒物排放超過60萬噸。提升發(fā)動機熱效率，成為當前節(jié)能減排的重要途徑。

　　以目前46%的行業(yè)平均熱效率水平估算，熱效率提升至50%，柴油消耗將降低8%，二氧化碳排放減少8%。按照目前國內(nèi)重型柴油機市場保有量700萬臺估算，如果全部替換為50%熱效率的柴油機，每年大概可節(jié)約燃油3332萬噸，減少二氧化碳排放10495萬噸。

　　“濰柴是全球最大的柴油機生產(chǎn)制造基地，濰柴的發(fā)展應(yīng)該承擔什么樣的責(zé)任，我們一直在思考這個問題，2015年我們就提出了能不能挑戰(zhàn)50%熱效率?”濰柴集團董事長譚旭光表示，設(shè)想一提出，就遭到技術(shù)專家的質(zhì)疑，國外那些先進企業(yè)都沒有做到，濰柴憑什么能做到?

　　“我從入門學(xué)習(xí)柴油機到現(xiàn)在，43年沒離開過柴油機領(lǐng)域，對柴油機技術(shù)有著深刻的理解。確定了目標后，我們做了三件事，第一和全球科研機構(gòu)合作，任何技術(shù)的開發(fā)都不是一家關(guān)著門能實現(xiàn)的;第二和全球產(chǎn)業(yè)鏈合作，比如世界一流的德國博世集團;第三就是高舉高打，上去就是打50%，而且50%是留有余地的，我當時就說得很清楚，不是實現(xiàn)50%，而是超過50%。”

　　5年來，在譚旭光的帶領(lǐng)下，濰柴成立專門熱效率技術(shù)攻關(guān)團隊，通過大量的仿真和臺架試驗，經(jīng)過上千種方案的探索分析，不斷嘗試與改進，獨創(chuàng)五大專有技術(shù)，以每個0.1%的累加艱難推進。

　　“亦余心之所善兮，雖九死其猶未悔。”濰柴動力發(fā)動機研究院常務(wù)副院長郭圣剛說，譚總不光給我們設(shè)定了一個令人興奮的目標，并且給我們制定了實現(xiàn)這個目標的技術(shù)路徑。比如，從一開始他就要求發(fā)動機的最高爆發(fā)壓力要超過250bar。當時，國際國內(nèi)柴油機的爆壓遠遠低于這個數(shù)值，我們認為這更難實現(xiàn)。技術(shù)突破之路從來不是一條坦途，永遠要面對困難和挑戰(zhàn)。2019年試驗數(shù)據(jù)就到了49%，但是剩下這1%的提升，卻是一個非常痛苦及漫長的過程。“要把上千零部件在發(fā)動機里面發(fā)揮的效率達到最好狀態(tài)，把每個零部件做到接近極致，這是很難的。”

　　面對苛刻的要求，濰柴的工程師夜以繼日，不斷試錯，從各個角度尋找解決方案。在經(jīng)過摩擦、散熱、燃燒、降泵氣損失等多方面嘗試后，最終把發(fā)動機各個方面的功能運轉(zhuǎn)發(fā)揮到極致，將熱效率提高到了50%。

　　只有敢于走別人沒有走過的路，才能收獲別樣的風(fēng)景。中國汽車技術(shù)研究中心(天津)是國內(nèi)發(fā)動機認證最權(quán)威的機構(gòu)。在這里進行試驗時，一個小插曲引人深思。

　　第一次試驗做完后，檢測中心的工作人員十分震驚：“我們的設(shè)備是不是出問題了?這個油耗比人家低太多了，從來沒見過!”

　　工作人員不放心，查了大半天設(shè)備后，又進行了第二次試驗，結(jié)果還是一樣，于是趕緊向領(lǐng)導(dǎo)匯報：濰柴有個發(fā)動機，油耗很低。“整個檢測機構(gòu)從上到下都不相信，他們的領(lǐng)導(dǎo)層又親自目擊了一次試驗，特別謹慎。”這讓濰柴現(xiàn)場服務(wù)團隊很自豪。

　　攀登世界最高峰

　　濰柴何以能?

　　創(chuàng)新，是一個不斷嘗試和失敗的艱苦卓絕過程。熱效率和減排效果就像蹺蹺板，想解決這一兩難問題，需經(jīng)過無數(shù)次仿真計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、多種實物的驗證、分析。僅發(fā)動機燃燒室的形狀，工程師就做了上百種嘗試。

　　今年年初的一個凌晨，在一次新方案的臺架試驗中，當熱效率馬上突破50%時發(fā)生了意外。高壓油管竄油將發(fā)動機點著了，一半發(fā)動機零部件被燒毀。要知道，這些被當作寶貝疙瘩的樣件，是團隊用了近8個月時間準備的。一時間，整個團隊跌入了低谷期，燃起的熱情被一盆冷水澆滅了。

　　燒了發(fā)動機，所有人都做好了“寫檢討”的準備，但讓大家沒有想到是，不僅沒有挨批評，還拿到了當月的前置激勵獎金。

　　前置激勵是濰柴獨具特色的激勵措施，新技術(shù)新產(chǎn)品的開發(fā)周期較長，如果等到結(jié)項時再評審嘉獎，就會導(dǎo)致激勵效果大打折扣。所以，濰柴將激勵前置，在項目的重要節(jié)點，或者創(chuàng)新思維實現(xiàn)新突破時，就可以拿到豐厚的獎金。其按月評審發(fā)放，多的人能領(lǐng)到1萬多元。“當有很大突破的時候，會拿到前置激勵，哪怕過程中是失敗的。”在郭圣剛看來，雖然失敗了，但這個方案卻把不是很清晰的技術(shù)路徑都探明白了。

　　這種試錯包容，極大地激發(fā)了大家的研發(fā)熱情。通過和供應(yīng)商一起修復(fù)零部件后，最終這個方案通過了測試。“這種生態(tài)是譚總給我們提供的，允許科研失敗。不是包容一次，是要有耐心的包容。”濰柴動力副總裁兼發(fā)動機研究院院長王志堅說，在團隊攻堅克難中，很多方案都是失敗的，大家通過對失敗的數(shù)據(jù)分析，甄選出更好的方向。

　　王志堅舉了個例子，為了實現(xiàn)發(fā)動機在規(guī)定時間內(nèi)進去的新鮮空氣最多這一目標，工程師用了一年半時間手工制作了上百種模型，對比參數(shù)，鑄造實物，反復(fù)試驗。最后，團隊非常自豪地說，我們做了全世界最高效率的進氣道，來實現(xiàn)高的沖擊效率。

　　在這種開放包容的創(chuàng)新生態(tài)下，團隊核心成員竇站成博士說，他只要一個電話，不管人在哪兒，整個研究院的人想找誰都能來。要知道，他只是一名剛?cè)肼殐赡甑哪贻p工程師。

　　這并不是“狂言”。濰柴發(fā)動機產(chǎn)品系列十分豐富，僅重型商用車機型就有數(shù)十款，研發(fā)試驗中，臺架資源十分緊張。為了給熱效率項目開路，兩個臺架被列為“專用”。

　　這種感觸，濰柴動力發(fā)動機研究院副院長李志杰也很深刻。2017年，李志杰成立博士工作室，專攻50%熱效率項目。博士工作室研發(fā)經(jīng)費上不封頂，沒有人約束，可以做任何事。沒多久，他就成功申報了500萬元經(jīng)費，一個博士工作室剛成立就能給這么多錢，李志杰自己都不敢相信。

　　眾多國外知名車企、供應(yīng)商“抱團”都未能突破的技術(shù)，為何是濰柴?現(xiàn)在，答案變得異常清晰。50%熱效率能夠成功，源于濰柴優(yōu)良的文化和創(chuàng)新生態(tài)支撐下，十多年來持續(xù)自主創(chuàng)新的積累沉淀。

　　近10年來，濰柴僅在發(fā)動機業(yè)務(wù)方面就累計投入300億元研發(fā)費用，先后掌握一批關(guān)鍵核心技術(shù)，打造了中高速發(fā)動機并舉的全系列產(chǎn)品平臺，功率覆蓋18kW至10000kW。全面掌握了商用車動力總成、液壓動力總成、農(nóng)業(yè)裝備CVT動力總成核心技術(shù)，“重型商用車動力總成關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用項目”榮獲2018年度國家科技進步一等獎。

　　在新能源領(lǐng)域，濰柴加快突破氫燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池等關(guān)鍵零部件核心技術(shù)，構(gòu)建集團共享的全新一代新能源整車平臺和動力系統(tǒng)平臺，并提出2030年新能源業(yè)務(wù)要引領(lǐng)全球行業(yè)發(fā)展。

　　在液壓領(lǐng)域，濰柴全力推動智能挖掘機、裝載機、推土機等工程機械液壓動力系統(tǒng)開發(fā)，重點完成300馬力以上大功率農(nóng)業(yè)裝備CVT動力系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。

　　在新科技領(lǐng)域，濰柴通過布局車聯(lián)網(wǎng)、智能駕駛等前沿技術(shù)，掌握智能底盤技術(shù)，打造世界一流的濰柴智能黃金動力總成。

　　掌握核心技術(shù)的

　　竟是一群“80后”“90后”

　　9月16日，濟南，鎂光燈下，全球首款50%熱效率商業(yè)化柴油機揭幕。

　　在臺下，李志杰、竇站成、龐斌、王寶軍等在內(nèi)的20多名工程師心潮澎湃。這是譚旭光特意囑咐王志堅的，一定要讓參與研發(fā)的核心成員去現(xiàn)場見證這一榮耀時刻。

　　歷時5年攢成的寶貝疙瘩發(fā)布了!負責(zé)產(chǎn)品化的項目經(jīng)理王寶軍有些淚目。在過去的1年多時間里，王寶軍每個周日都是在單位度過的。作為項目“大管家”，他的本子上寫得密密麻麻：樣件組織、裝機計劃、試驗進度……事無巨細、環(huán)環(huán)相扣，一步一步將技術(shù)變成產(chǎn)品!

　　1.5毫秒的時間內(nèi)噴射200到300毫克燃油，如何在狹小的空間內(nèi)使燃油和空氣快速充分混合?這是龐斌博士晚上睡覺都在琢磨的問題。短短幾個月內(nèi)，他改進了數(shù)十個方案，進行了300多次驗證，最終取得了協(xié)同燃燒技術(shù)的突破。

　　很難想象，突破核心技術(shù)的是一群“80后”“90后”年輕人。20多名核心成員，平均年齡31歲，最年輕的1995年出生。

　　郭圣剛評價他們有想法、有干勁、有沖勁，也正是這樣，常常讓他很“頭疼”。“很多時候都是一個探索邊界的過程，我們天天吵，有時候跑來辦公室和我爭論。”郭圣剛印象最深的是，關(guān)于提高發(fā)動機爆壓對熱效率提升有沒有作用，當仿真與試驗結(jié)果不一致的時候，大家吵得不可開交。

　　“頭疼”的事不止這些，1989年出生的竇站成博士，剛到團隊報到時，被安排做產(chǎn)品仿真。但他想去一線做臺架的試驗標定。于是，他跑到郭圣剛那里請求換崗。雖覺得大材小用，但郭圣剛準了，還給他配了一名工程師做助理。

　　你給我一片天地，我還你一個世界。在攻堅克難的過程中，竇站成從早到晚，全身心地投入到自己熱愛的事業(yè)中，最緊張時每天只睡四五個小時。“他確實能鉆進去，是帶著思考去做試驗，提出了一些解決問題的點子，成長非?？?。”郭圣剛說。

　　對于高端人才，濰柴一向“寵溺”。燃燒、摩擦磨損、可靠性等技術(shù)是50%熱效率突破的關(guān)鍵，這些基本上都是由博士團隊來完成。在坐“冷板凳”期間，核心成員平均收入比做成熟項目的高約80%。

　　濰柴內(nèi)部每個研究院每年有2000萬元研發(fā)經(jīng)費，無需審批，干什么自己說了算;連續(xù)兩年，濰柴拿出1億元重獎科技人才，去年個人最高獎金達1000萬元;高端人才免個人所得稅，科研人員收入是管理人員2倍以上，晚上加班有免費工作餐，下班打車報銷，從本科到博士都有住房補貼……

　　對博士則更加厚愛，實行“導(dǎo)師帶徒”制，讓公司高管做他們的文化生活導(dǎo)師。2017年設(shè)立濰柴科學(xué)家、濰柴青年科學(xué)家序列，讓20多位科技精英享受總裁、副總裁級待遇。用譚旭光的話說就是：“我相信這些博士。”

　　熱效率突破50%

　　濰柴到底能給客戶帶來什么?

　　挑戰(zhàn)全球第一，敢于從0到1的突破，還需要放大效應(yīng)，需要產(chǎn)業(yè)化，需要從1做到10，做到100。“試驗室狀態(tài)和量產(chǎn)狀態(tài)是兩個不一樣的概念，有些結(jié)果和技術(shù)狀態(tài)僅存在于試驗室，很難量產(chǎn)。而我們的50%熱效率發(fā)動機所有零部件是基于大批量量產(chǎn)的工業(yè)基礎(chǔ)，并且成本可控。”郭圣剛說，目前發(fā)動機的可靠性評估已經(jīng)完成，經(jīng)過“三高”試驗后，就可以進行量產(chǎn)了。

　　今年我國重卡行業(yè)雖然受到疫情影響，但4月份后景氣指數(shù)持續(xù)攀升。最新行業(yè)數(shù)據(jù)表明，2020年9月我國重卡行業(yè)銷量約13.6萬輛，同比增長約63%，環(huán)比增長約5%;2020年1—9月重卡行業(yè)累計銷量約122萬輛，累計同比增長約37%，增幅進一步擴大。

　　市場形勢一片大好，無疑給濰柴投放50%熱效率柴油機創(chuàng)造了“天時地利”。“有很多客戶向我們咨詢配套合作，他們對濰柴充滿了期待。”王寶軍十分興奮。

　　隨著國家對貨運車輛超限超載的嚴格治理，合規(guī)標載已是大勢所趨?，F(xiàn)如今，貨運市場競爭激烈，運費普遍不高，油耗成本卻水漲船高，傳統(tǒng)的“多拉快跑”模式已沒有生存空間，如何“開源節(jié)流”才是卡車客戶重點考慮的。

　　“以WP13H發(fā)動機為例，在49噸標載情況下，干線物流運輸平均車速80km/h，卡車司機駕駛搭載濰柴新款發(fā)動機的車輛，每百公里油耗能省10%左右。按照一年跑20萬公里計算，以目前的油價用戶一年就能省下三、四萬元的油耗成本，卡友們省下的便是利潤。”王寶軍介紹說。

　　除了油耗低至讓行業(yè)驚嘆，此款50%熱效率發(fā)動機自重比同類型競品低40—80kg。“輕量化是重卡未來的發(fā)展方向，減輕的自重可以拉更多的貨，給用戶創(chuàng)造額外的利潤。”王寶軍說，“我們采用了先進的蠕墨鑄鐵技術(shù)，發(fā)動機機體壁厚降低了28%，不僅讓發(fā)動機結(jié)構(gòu)更緊湊、自重更輕，而且具有更強的承壓能力，更加安全可靠。”

　　未來，“80后”“90后”司機將會成為重卡市場的主力軍，針對此用戶群體對舒適性日益提升的需求，濰柴從設(shè)計階段就正向開發(fā)，不僅有“獨門秘訣”解決各類NVH(噪音)問題，新款發(fā)動機搖臂罩、油底殼等關(guān)鍵部件首次使用了塑料件;同時，又有全懸浮技術(shù)加持，諸多先進降噪措施讓整車舒適性更優(yōu)。

　　此外，新款發(fā)動機搭載濰柴自主開發(fā)的ECU，可以讓發(fā)動機在動力、經(jīng)濟模式之間切換，讓用戶操作更方便更省心;模塊化設(shè)計，讓維修更方便，維修成本更低。

　　由此可見，為了讓50%熱效率發(fā)動機在商業(yè)化道路上走得更穩(wěn)更好，濰柴可謂是步步精心、招招用心。

　　破解內(nèi)燃機工業(yè)百年難題，濰柴“創(chuàng)新引擎”聲震全球，但濰柴人奮進的腳步永不停歇。發(fā)布會當天，譚旭光宣布向著柴油機55%熱效率目標邁進!郭圣剛說，他和同事們又踏上了新征程。我們堅信，未來，濰柴人必將攀登一座又一座科技“珠峰”，高高擎起“中國制造”大旗，帶給全球客戶更多的中國驚喜。( 來源： 大眾日報 )