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創造了50.23%、51.09%兩項世界紀錄之后，濰柴并不滿足。

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

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在發布會現場的中國工程院黨組書記、院長李曉紅即興發言時表示，濰柴創造了柴油機和天然氣發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造了世界業績。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本體熱效率53%、54%、55%的新的目標、創造新的業績。

發布會現場。左為本體熱效率52.28%商業化柴油機，右為本體熱效率54.16%商業化天然氣發動機。濰柴供圖

從50.23%到51.09%再到52.28%，“三年三個大臺階”

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

在濰柴動力發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，需要對發動機整體結構以及材料進行強化，只有這樣才能讓發動機承受住高溫、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動機的機械能損失，對發動機各個系統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，保證高熱效率發動機排放滿足法規要求，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，實現了柴油機50%熱效率的突破。

隨著熱效率技術研發步入“無人區”，濰柴科研者向著更高的熱效率目標沖刺。在協同燃燒、協調設計、排氣能量分配、分區潤滑、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工程理念，開發了四大新技術——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的話語權。

與市場現有主流產品（平均46%熱效率柴油機）相比，52.28%本體熱效率技術的商業化應用，可讓柴油發動機實現油耗、二氧化碳排放分別降低12%。每年可為我國節油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、價格低廉等優點日益受到重視。以天然氣為燃料的發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動機全球市場上的銷售冠軍。

受制于燃燒方式，天然氣發動機動力性差、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。”濰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，他們研發出中國第一臺大功率缸內高壓直噴壓燃式天然氣發動機。2018年以來，濰柴研發團隊持續攻關高效高壓直噴天然氣發動機關鍵技術。在42%的行業水平上，實現天然氣發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，用在天然氣發動機上？“從缸內多個點，用柴油去引燃天然氣，實現燃燒更充分。”賈德民說，但如何精準地控制燃料配置、如何實現兩種燃料充分融合、如何控制好多個燃燒點的協同燃燒等，背后卻是復雜的技術。

經過成百上千次的試驗、攻關，科研團隊最終得到突破，首創雙燃料融合噴射、多點稀薄燃燒等關鍵核心技術，實現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）有限公司中國大區總經理邢瑞江說：“在全球碳減排大背景下，濰柴創造性地把高效增壓、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動機上，在全球處于領先水平。”

“如果全部商業化應用，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%熱效率天然氣發動機可減少二氧化碳排放25%。

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