攻克百年难题，潍柴“创新引擎”声震全球

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​发布全球首款突破50％热效率的商业化柴油机

跑出民族装备制造业“加速度”

破解内燃机工业百年难题潍柴“创新引擎”声震全球

▲ 潍柴发布全球首款突破50%热效率的商业化柴油机

▲ 中国内燃机国家检测机构中国汽车技术研究院中心有限公司、国际权威内燃机检测机构德国TüV南德意志集团将热效率达到50.26%的认证证书颁发给潍柴

在世界内燃机工业史长河中，中国无疑是一名“后来者”。当1897年德国工程师鲁道夫•狄赛尔首创压缩点火式内燃机，世界上第一台柴油机成功面世时，中国尚处于晚清的衰落期，民族工业在洋务运动的“催生”下艰难萌芽。

一百多年后，这名“后来者”改写了历史格局，开启了中国人领跑的新篇章。

2020年9月16日，中国装备制造业的领军企业潍柴，发布全球首款热效率突破50%的商业化商用车柴油机。中国内燃机国家检测机构中国汽车技术研究中心有限公司、国际权威内燃机检测机构德国TüV南德意志集团将热效率达到50.26%的认证证书颁发给潍柴。

　　消息一经发布，世界内燃机行业震惊了。短短2周内，国内外媒体点击量高达4亿人次，10月1日央视《经济半小时》、10月2日央视《新闻联播》重磅播出，非常罕见；海外美国《Diesel Net》(柴油机网)、德国《KFZ Anzeiger》(商用车指南)和《Power World》(动力世界)、意大利ANSA(安莎社)和《Il Sole 24 ORE》(24小时太阳报)、英国《The Engineer》(工程师)、北欧《Diesel Progress International》(国际柴油机械)、俄罗斯ИТАР-ТАСС(俄塔社)等国际权威媒体纷纷进行了报道。

　　50.26%，世界内燃机的一座里程碑。热效率是衡量内燃机燃油利用效率的标准，热效率越高，燃油消耗越少，节能减排的效果就越显著。纵观世界，柴油机的发展历史就是一部热效率不断提升的历史。自1897年，世界上第一台柴油机成功面世，历经百年的改造升级与新技术应用，直到当今，柴油机平均热效率才从26%提升到了46%。尤其是近年来，排放法规日益趋严，热效率提升遇到了巨大的瓶颈，提升难度越来越大，进展十分缓慢。此次，潍柴一举突破50%热效率，犹如人类史上首次百米跑进10秒。

勇闯深水区
着力攻克关键核心技术
当下，电动化是全球汽车工业公认的未来发展方向，一些国家甚至推出了内燃机车辆的退出时间表。但是内燃机在国民经济中将长期保持着不可替代性。我国是世界内燃机产销大国，内燃机是石油消耗的最大主体产业，二氧化碳排放量占全国总量的10%，氮氧化物排放量占30%，颗粒物排放超过60万吨。提升发动机热效率，成为当前节能减排的重要途径。

以目前46%的行业平均热效率水平估算，热效率提升至50%，柴油消耗将降低8%，二氧化碳排放减少8%。按照目前国内重型柴油机市场保有量700万台估算，如果全部替换为50%热效率的柴油机，每年大概可节约燃油3332万吨，减少二氧化碳排放10495万吨。
“潍柴是全球最大的柴油机生产制造基地，潍柴的发展应该承担什么样的责任，我们一直在思考这个问题，2015年我们就提出了能不能挑战50%热效率？”潍柴集团董事长谭旭光表示，设想一提出，就遭到技术专家的质疑，国外那些先进企业都没有做到，潍柴凭什么能做到？
“我从入门学习柴油机到现在，43年没离开过柴油机领域，对柴油机技术有着深刻的理解。确定了目标后，我们做了三件事，第一和全球科研机构合作，任何技术的开发都不是一家关着门能实现的；第二和全球产业链合作，比如世界一流的德国博世集团；第三就是高举高打，上去就是打50%，而且50%是留有余地的，我当时就说得很清楚，不是实现50%，而是超过50%。”
5年来，在谭旭光的带领下，潍柴成立专门热效率技术攻关团队，通过大量的仿真和台架试验，经过上千种方案的探索分析，不断尝试与改进，独创五大专有技术，以每个0.1%的累加艰难推进。
“亦余心之所善兮，虽九死其犹未悔。”潍柴动力发动机研究院常务副院长郭圣刚说，谭总不光给我们设定了一个令人兴奋的目标，并且给我们制定了实现这个目标的技术路径。比如，从一开始他就要求发动机的最高爆发压力要超过250bar。当时，国际国内柴油机的爆压远远低于这个数值，我们认为这更难实现。技术突破之路从来不是一条坦途，永远要面对困难和挑战。2019年试验数据就到了49%，但是剩下这1%的提升，却是一个非常痛苦及漫长的过程。“要把上千零部件在发动机里面发挥的效率达到最好状态，把每个零部件做到接近极致，这是很难的。”
面对苛刻的要求，潍柴的工程师夜以继日，不断试错，从各个角度寻找解决方案。在经过摩擦、散热、燃烧、降泵气损失等多方面尝试后，最终把发动机各个方面的功能运转发挥到极致，将热效率提高到了50%。
只有敢于走别人没有走过的路，才能收获别样的风景。中国汽车技术研究中心(天津)是国内发动机认证最权威的机构。在这里进行试验时，一个小插曲引人深思。
第一次试验做完后，检测中心的工作人员十分震惊：“我们的设备是不是出问题了？这个油耗比人家低太多了，从来没见过！”
工作人员不放心，查了大半天设备后，又进行了第二次试验，结果还是一样，于是赶紧向领导汇报：潍柴有个发动机，油耗很低。“整个检测机构从上到下都不相信，他们的领导层又亲自目击了一次试验，特别谨慎。”这让潍柴现场服务团队很自豪。

攀登世界最高峰
潍柴何以能？
创新，是一个不断尝试和失败的艰苦卓绝过程。热效率和减排效果就像跷跷板，想解决这一两难问题，需经过无数次仿真计算、结构设计、多种实物的验证、分析。仅发动机燃烧室的形状，工程师就做了上百种尝试。

今年年初的一个凌晨，在一次新方案的台架试验中，当热效率马上突破50%时发生了意外。高压油管窜油将发动机点着了，一半发动机零部件被烧毁。要知道，这些被当作宝贝疙瘩的样件，是团队用了近8个月时间准备的。一时间，整个团队跌入了低谷期，燃起的热情被一盆冷水浇灭了。
烧了发动机，所有人都做好了“写检讨”的准备，但让大家没有想到是，不仅没有挨批评，还拿到了当月的前置激励奖金。
前置激励是潍柴独具特色的激励措施，新技术新产品的开发周期较长，如果等到结项时再评审嘉奖，就会导致激励效果大打折扣。所以，潍柴将激励前置，在项目的重要节点，或者创新思维实现新突破时，就可以拿到丰厚的奖金。其按月评审发放，多的人能领到1万多元。“当有很大突破的时候，会拿到前置激励，哪怕过程中是失败的。”在郭圣刚看来，虽然失败了，但这个方案却把不是很清晰的技术路径都探明白了。
这种试错包容，极大地激发了大家的研发热情。通过和供应商一起修复零部件后，最终这个方案通过了测试。“这种生态是谭总给我们提供的，允许科研失败。不是包容一次，是要有耐心的包容。”潍柴动力副总裁兼发动机研究院院长王志坚说，在团队攻坚克难中，很多方案都是失败的，大家通过对失败的数据分析，甄选出更好的方向。
王志坚举了个例子，为了实现发动机在规定时间内进去的新鲜空气最多这一目标，工程师用了一年半时间手工制作了上百种模型，对比参数，铸造实物，反复试验。最后，团队非常自豪地说，我们做了全世界最高效率的进气道，来实现高的冲击效率。
在这种开放包容的创新生态下，团队核心成员窦站成博士说，他只要一个电话，不管人在哪儿，整个研究院的人想找谁都能来。要知道，他只是一名刚入职两年的年轻工程师。
这并不是“狂言”。潍柴发动机产品系列十分丰富，仅重型商用车机型就有数十款，研发试验中，台架资源十分紧张。为了给热效率项目开路，两个台架被列为“专用”。
这种感触，潍柴动力发动机研究院副院长李志杰也很深刻。2017年，李志杰成立博士工作室，专攻50%热效率项目。博士工作室研发经费上不封顶，没有人约束，可以做任何事。没多久，他就成功申报了500万元经费，一个博士工作室刚成立就能给这么多钱，李志杰自己都不敢相信。
众多国外知名车企、供应商“抱团”都未能突破的技术，为何是潍柴？现在，答案变得异常清晰。50%热效率能够成功，源于潍柴优良的文化和创新生态支撑下，十多年来持续自主创新的积累沉淀。
近10年来，潍柴仅在发动机业务方面就累计投入300亿元研发费用，先后掌握一批关键核心技术，打造了中高速发动机并举的全系列产品平台，功率覆盖18kW至10000kW。全面掌握了商用车动力总成、液压动力总成、农业装备CVT动力总成核心技术，“重型商用车动力总成关键技术及应用项目”荣获2018年度国家科技进步一等奖。
在新能源领域，潍柴加快突破氢燃料电池、固态氧化物燃料电池等关键零部件核心技术，构建集团共享的全新一代新能源整车平台和动力系统平台，并提出2030年新能源业务要引领全球行业发展。
在液压领域，潍柴全力推动智能挖掘机、装载机、推土机等工程机械液压动力系统开发，重点完成300马力以上大功率农业装备CVT动力系统产业化。
在新科技领域，潍柴通过布局车联网、智能驾驶等前沿技术，掌握智能底盘技术，打造世界一流的潍柴智能黄金动力总成。


掌握核心技术的
竟是一群“80后”“90后”
9月16日，济南，镁光灯下，全球首款50%热效率商业化柴油机揭幕。

在台下，李志杰、窦站成、庞斌、王宝军等在内的20多名工程师心潮澎湃。这是谭旭光特意嘱咐王志坚的，一定要让参与研发的核心成员去现场见证这一荣耀时刻。
历时5年攒成的宝贝疙瘩发布了！负责产品化的项目经理王宝军有些泪目。在过去的1年多时间里，王宝军每个周日都是在单位度过的。作为项目“大管家”，他的本子上写得密密麻麻：样件组织、装机计划、试验进度……事无巨细、环环相扣，一步一步将技术变成产品！
1.5毫秒的时间内喷射200到300毫克燃油，如何在狭小的空间内使燃油和空气快速充分混合？这是庞斌博士晚上睡觉都在琢磨的问题。短短几个月内，他改进了数十个方案，进行了300多次验证，最终取得了协同燃烧技术的突破。
很难想象，突破核心技术的是一群“80后”“90后”年轻人。20多名核心成员，平均年龄31岁，最年轻的1995年出生。
郭圣刚评价他们有想法、有干劲、有冲劲，也正是这样，常常让他很“头疼”。“很多时候都是一个探索边界的过程，我们天天吵，有时候跑来办公室和我争论。”郭圣刚印象最深的是，关于提高发动机爆压对热效率提升有没有作用，当仿真与试验结果不一致的时候，大家吵得不可开交。
“头疼”的事不止这些，1989年出生的窦站成博士，刚到团队报到时，被安排做产品仿真。但他想去一线做台架的试验标定。于是，他跑到郭圣刚那里请求换岗。虽觉得大材小用，但郭圣刚准了，还给他配了一名工程师做助理。
你给我一片天地，我还你一个世界。在攻坚克难的过程中，窦站成从早到晚，全身心地投入到自己热爱的事业中，最紧张时每天只睡四五个小时。“他确实能钻进去，是带着思考去做试验，提出了一些解决问题的点子，成长非常快。”郭圣刚说。
对于高端人才，潍柴一向“宠溺”。燃烧、摩擦磨损、可靠性等技术是50%热效率突破的关键，这些基本上都是由博士团队来完成。在坐“冷板凳”期间，核心成员平均收入比做成熟项目的高约80%。
潍柴内部每个研究院每年有2000万元研发经费，无需审批，干什么自己说了算；连续两年，潍柴拿出1亿元重奖科技人才，去年个人最高奖金达1000万元；高端人才免个人所得税，科研人员收入是管理人员2倍以上，晚上加班有免费工作餐，下班打车报销，从本科到博士都有住房补贴……
对博士则更加厚爱，实行“导师带徒”制，让公司高管做他们的文化生活导师。2017年设立潍柴科学家、潍柴青年科学家序列，让20多位科技精英享受总裁、副总裁级待遇。用谭旭光的话说就是：“我相信这些博士。”


热效率突破50%
潍柴到底能给客户带来什么？
挑战全球第一，敢于从0到1的突破，还需要放大效应，需要产业化，需要从1做到10，做到100。“试验室状态和量产状态是两个不一样的概念，有些结果和技术状态仅存在于试验室，很难量产。而我们的50%热效率发动机所有零部件是基于大批量量产的工业基础，并且成本可控。”郭圣刚说，目前发动机的可靠性评估已经完成，经过“三高”试验后，就可以进行量产了。

今年我国重卡行业虽然受到疫情影响，但4月份后景气指数持续攀升。最新行业数据表明，2020年9月我国重卡行业销量约13.6万辆，同比增长约63%，环比增长约5%；2020年1—9月重卡行业累计销量约122万辆，累计同比增长约37%，增幅进一步扩大。
市场形势一片大好，无疑给潍柴投放50%热效率柴油机创造了“天时地利”。“有很多客户向我们咨询配套合作，他们对潍柴充满了期待。”王宝军十分兴奋。
随着国家对货运车辆超限超载的严格治理，合规标载已是大势所趋。现如今，货运市场竞争激烈，运费普遍不高，油耗成本却水涨船高，传统的“多拉快跑”模式已没有生存空间，如何“开源节流”才是卡车客户重点考虑的。
“以WP13H发动机为例，在49吨标载情况下，干线物流运输平均车速80km/h，卡车司机驾驶搭载潍柴新款发动机的车辆，每百公里油耗能省10%左右。按照一年跑20万公里计算，以目前的油价用户一年就能省下三、四万元的油耗成本，卡友们省下的便是利润。”王宝军介绍说。
除了油耗低至让行业惊叹，此款50%热效率发动机自重比同类型竞品低40—80kg。“轻量化是重卡未来的发展方向，减轻的自重可以拉更多的货，给用户创造额外的利润。”王宝军说，“我们采用了先进的蠕墨铸铁技术，发动机机体壁厚降低了28%，不仅让发动机结构更紧凑、自重更轻，而且具有更强的承压能力，更加安全可靠。”
未来，“80后”“90后”司机将会成为重卡市场的主力军，针对此用户群体对舒适性日益提升的需求，潍柴从设计阶段就正向开发，不仅有“独门秘诀”解决各类NVH（噪音）问题，新款发动机摇臂罩、油底壳等关键部件首次使用了塑料件；同时，又有全悬浮技术加持，诸多先进降噪措施让整车舒适性更优。
此外，新款发动机搭载潍柴自主开发的ECU，可以让发动机在动力、经济模式之间切换，让用户操作更方便更省心；模块化设计，让维修更方便，维修成本更低。
由此可见，为了让50%热效率发动机在商业化道路上走得更稳更好，潍柴可谓是步步精心、招招用心。
破解内燃机工业百年难题，潍柴“创新引擎”声震全球，但潍柴人奋进的脚步永不停歇。发布会当天，谭旭光宣布向着柴油机55%热效率目标迈进！郭圣刚说，他和同事们又踏上了新征程。我们坚信，未来，潍柴人必将攀登一座又一座科技“珠峰”，高高擎起“中国制造”大旗，带给全球客户更多的中国惊喜。