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邓铂鋆:为何是中国而不是日本,在这领域打破世界纪录

 

【2020年9月16日,潍柴集团发布全球首款突破50%热效率的商业化柴油机(图源:潍柴集团官方网站)】

 

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有一条消息,估计很多人都忽视了:
9月中旬,潍柴控股集团有限公司正式发布了全球首款突破50%热效率的商业化柴油机。从世界第一台柴油机诞生到现在的100多年,柴油机的热效率才刚刚提升到46%。有业内人士形容,如果提升至50%,就“犹如人类史上首次百米跑跑进10秒”。
 
这事儿在其他地方应者寥寥,但在观网讨论挺热烈的,作为“人人都是蓝翔人”的山东人,我也忍不住要说两句。
 
迫切的需求
 
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,热效率的提升一直是世界公认的行业技术难题。柴油机的点火方式为高温高压空气直接引发柴油的燃烧,即压燃。通过提高气缸压力,可以不顾及发动机体积和重量,“粗老笨重”的船用二冲程低速发动机已经实现了热效率突破50%。
 
但是,要使更加精密、体积更小、工况需求复杂的车用高速柴油发动机热效率从目前的46%达到50%,需要解决柴油发动机高效燃烧、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。业内的共识是,“谁能通过单项发明让柴油机热效率提升1%,谁就有资格当选两院院士”。
 
全球汽车工业把电动车视为发展方向,一些国家甚至推出了内燃机车辆的淘汰时间表。但是内燃机在动力性、可靠性等方面仍将长期保持不可替代性,尤其是在重载卡车领域。由于重载卡车的特殊工况,尾气污染导致的环境问题,每每成为柴油机重载卡车绕不过去的坎。
 
大家可能听说过“一辆柴油大卡车的污染相当于两百辆小汽车”的说法。根据《2016年中国机动车环境管理年报》,2015年,仅占机动车总量12.6%的柴油车其氮氧化物(372.0万吨)和颗粒物(53.6万吨)排放量,分别占机动车排放总量的69.0%和99%以上。而这两项正是雾霾的主要成分。
 
总量仅占我国机动车保有量5%的大卡车,制造了一半的机动车尾气污染。尤其是柴油机尾气的重要成分氮氧化物(NOx)可以“凝聚”其他大气污染物,是雾霾污染形成的重要原因,这就使得发明节能环保的柴油机对我国来说更加迫切。
 
中日竞争
 
柴油机排放问题在国际上普遍存在,提高车用柴油机热效率,既可以减少油耗又能降低污染,潍柴发明的热效率50%柴油发动机,并不是中国人为了炫耀技巧争取国际排名研发的“奇淫巧技”。
 
以日本为例,日本中央政府直接整合国内的企业与高等院校研发资源,成立跨部门、跨所有制的战略创新促进项目SIP,把提高柴油机热效率纳入SIP重要的子项目“革新性燃烧技术”,纳入“日本科学技术振兴机构(JST)”管理,并制定计划时间表,敲定每一年提升柴油机热效率的目标。
 
至2018年,日本三所世界一流大学庆应义塾大学、京都大学和早稻田大学等组成的研发小组,在实验室里把汽车柴油发动机的理论最高净热效率提高到了50%。
 
同年,中国潍柴的柴油发动机也在实验室里实现了热效率超过50%的突破。那么,是什么原因让我们走在了发达国家日本的前面,率先推出了世界首款高效率的商用发动机呢?
 
体制的胜利
 
首先是技术问题。“日本科学技术振兴机构(JST)”的年报PPT做得美轮美奂,提出日本提高柴油机热效率的技术攻关要点是“充分燃烧”等领域。一方面,“充分燃烧”提高了发动机的生产难度与维护难度;另一方面,“充分燃烧”的高温、富氧环境会导致发动机氮氧化物排放不降反增。热效率指标提高了,但是环保等“短板”问题更加突出,必然影响了新型发动机的商业化应用。
 
然后是体制问题。
 
为了研发高效率的内燃机,日本中央政府打破部门条块分割,形成了“产学合作体制”,即让多家存在竞争关系的企业、高校共同合作研发。在新品上市之前,整合彼此存在竞争的企业研究力量,激励“吃财政饭”的高校参与竞争,在提高全日本学术界的基础研究实力的同时提高创新效率。
 
然而,在取得实验室验证成功,充实完善了实验数据之后,日本的50%热效率柴油机就要面临“量产化工艺研究”的企业经济行为。虽然企业为研究高效柴油机付出了巨大的经济支出,但是新型发动机进入应用阶段,必然要跟追求“技术稳健”和注重成本与经济性的日本车企发生矛盾。
 
自上世纪90年代以来,日本国内的汽车产销量长期萎靡不振。虽然近十年日本汽车市场经历了为期五年的产销量双增长,目前日本国内汽车市场销量仍然低于2007年的本世纪峰值,更低于上世纪八九十年代。在一个消费者因为经济大环境斤斤计较使用成本和维护成本的市场里,日本国企在推广新技术的时候必须过于慎重地考虑市场的反应,从而陷入技术上的保守。
 
同时,日本主要车企除了加入“国家队”研制高热效发动机,自己也有“自留地”。比如说日本车企马自达的“创驰蓝天”柴油机技术,通过高压喷射、低温燃烧、低压缩比、无SCR(尿素喷射)等方式降低柴油机的油耗与尾气污染。马自达“自留地”技术已经被市场接受,对应用创新技术比较积极的马自达自然就会冷眼旁观高热效的新型发动机技术了。
 

【日本车企马自达的“创驰蓝天”柴油机技术(图源:马自达官方网站)】

 
中国为什么胜出
 
日本先进发动机技术“落地难”,反衬出我国在技术创新领域存在的优势。
 
潍柴是一家大型国企,既生产柴油机又生产重型卡车。与潍柴集团同属于山东重工集团的中国重型汽车集团有限公司,是我国最大的重型卡车制造商。山东重工、潍柴、中国重汽,三家企业的党委书记兼董事长都是潍柴集团出身的谭旭光。节能减排与技术创新的国家意志,在党委领导的大型国有企业更容易不打折扣地执行,尤其是该企业本身就是新型柴油机的大客户。
 
企业为新型技术研发付出的成本,通过市场经济规律自然而然地利用山东重工集团庞大的产品线进行消化。企业从企业文化和盈利动机上有推广这项新技术的动力。
 
中国汽车市场潜力巨大,在各项经济政策的刺激下,2020年7月,中国汽车销量达到211.2万辆,同比增长16.4%。其中货车增长则非常迅猛,销量同比增速达71.1%,达到41.5万辆,货车中四类车型销量依然呈现高速增长,其中重型货车销量增速超过80%。市场前景广阔,使得企业在创新过程中拥有了更大的试错空间,可以通过繁荣的市场消化创新成本。
 
这里需要指出的是,完成环保任务不代表一味牺牲经济。通过严格环保措施约束企业,为企业换来“绿色竞争力”,是山东的一项传统。
 
上世纪90年代,山东的地方标准是全国最严苛的造纸行业污染排放标准。通过这个技术门槛,山东关停了大量高污染的小造纸企业,但是能够继续营业的企业均在环保领域占据先机。
 

【山东亚太森博浆纸有限公司成为浆纸行业产业升级、技术进步、绿色发展的标杆企业。(图源:齐鲁网)】

 
在山东寿光,给人民大会堂、钓鱼台国宾馆供应蔬菜的“国宴菜园”,距离一家上市公司纸业巨头的生产基地仅1500米,可见山东对造纸行业污染治理成果的信心。
 
后来,随着全国的造纸业环保标准提升,山东企业一举扩张,占领了全国市场。山东这一利用环保技术门槛实现市场竞争优势的做法,跟当前欧洲的一些国家不谋而合,难怪有人说“土味山东”的背后还隐藏着一个“德味山东”。
 
夺冠之后
 
不可否认的是,虽然潍柴集团的商业化高效柴油机是一个了不起的技术突破,但是之后摆在潍柴面前的市场之路并不轻松。
 
目前,高效的柴油机仅存在560马力一个型号,适用范围较窄,主要用于重型卡车。新型发动机既不能让老百姓的私家车SUV更加省油,也不能让解放军的坦克开得更远。
 
顶尖的热效率从单一型号柴油机扩展到潍柴的多数产品线仍然需要时间。国内数百万台重型柴油机全部替换为高热效型号,实现每年节约三千万吨燃油、减排二氧化碳上亿吨的理想,仍然需要长期奋斗。
 
潍柴把车用柴油机的热效率从46%提高到创纪录的50%。根据常识,这一高效率不可能在车用发动机的全部工况条件下实现,比如说在拥堵的城市交通环境下就很难实现。尽管据估算,新型高效柴油机可以节约8%的油耗,但是这一优势面临着新能源汽车、混合动力汽车等产品的激烈竞争。
 
同时,新型发动机由于使用了复杂的新技术,难免在购置和使用成本上存在劣势。因此,潍柴的技术能否转化为令消费者趋之如骛的省油优势,仍然需要市场检验。
 
同时,大家应当注意到,潍柴的母公司山东重工集团各下属企业包括潍柴自身,在注重柴油机传统业务的同时,正在摩拳擦掌酝酿新的技术革命。集团公司在氢动力载重卡车、氢燃料电池等领域均取得了成果,同时计划利用燃料电池技术打造“零排放商用车”。
 
山东重工集团、中国重汽集团及潍柴集团负责人谭旭光曾经在多个场合畅想,仅通过回收山东化工领域的废氢,就可以为上万辆氢动车公交车提供廉价的能源。或许柴油机的日臻完美之时就是它谢幕退场之刻,但是中国正为之做出充分的准备。
 
日前,中国提出将在2060年实现“碳中和”,即届时中国将采取各种手段抵消经济活动产生的温室气体。潍柴此时推出新型柴油机,佐证了中国实现这一承诺的技术实力。
 

【中国国家主席习近平在联合国大会上宣布,中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,并努力争取在2060年前实现碳中和的目标。(图源:CGTN)】

 
在坐拥大量人类文明成果的世界头号温室气体排放大国——美国退出气候问题巴黎协定、放弃引领世界走向进步的今天,十四亿中国人通过环境友好的方式步入发达国家生活水平,必然会对世界各国人民的生活理念与消费习惯带来导向。
 
庞大的中国产能、中国市场、中国需求,要求用更加环保的方式实现,必然为全球经济产业提供巨大的引领力。中国选择的道路尤其会对占世界多数的发展中国家提供示范作用。
 
<:section style="BOX-SIZING: border-box !important; PADDING-BOTTOM: 0px; MARGIN: 0px 8px; PADDING-LEFT: 0px; PADDING-RIGHT: 0px; MAX-WIDTH: 100%; PADDING-TOP: 0px; overflow-wrap: break-word">(来源:昆仑策网【授权】,转编自“科工力量”)
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