热效率将达55% 潍柴再提内燃机技术升级新目标

潍柴又提新目标，内燃机热效率要达到55%。

在我国提出的“碳中和”目标下，如何在实现节能减排的同时，实现内燃机的可靠性？针对这一问题，4月22日，在第二届世界内燃机大会上，大会共同主席、中国内燃机学会副理事长、内燃机可靠性国家重点实验室主任谭旭光做了题为《内燃机可靠性技术》的主旨报告，向大家分享了内燃机可靠性技术研发的经验、心得和目标。

保有量持续上升 内燃机显现不可替代性

1860年,法国物理学家莱诺依尔发明了一种二冲程煤气机,从此开启人类历史上全新的“内燃机时代”,造就20世纪的“石油世纪”。转眼百年过去，内燃机依然是当前和未来较长一段时间实现节能减排颇具潜力的产品。

2020年，中国对全世界提出了“2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和”的庄严承诺。而这一目标愿景，将促使内燃机产业发生深刻的变革，也为中国内燃机界鸣响了进军的号角。

内燃机行业是我国机械工业中跨行业、跨部门最多的领域。内燃机是汽车运输、工程机械、农业装备、发电机组、船舶、国防装备等产品的配套动力，是各种配套产品的“心脏”。目前，我国内燃机年产销已经达到7800万台，总功率突破28亿千瓦；保有量也跃升至6亿台，总功率突破190亿千瓦。内燃机是我国国民经济建设的主导动力，在我国国民经济发展和国防建设中占据极其重要的地位。

在此背景下，相比新能源，内燃机机械负荷和热负荷高，其工作场景最大的特点就是适应各种复杂的工作环境，而且经过多年的努力发展，技术相比新能源更为成熟。由此，在未来的时代，柴油机仍然是不可替代的。

众所周知，可靠性决定了整车的寿命，内燃机可靠性研究意义重大。为了加强内燃机可靠性的研究，潍柴成立了内燃机可靠性国际技术创新联盟，实现全球内燃机可靠性技术协同。2015年，潍柴成立了内燃机可靠性国家重点实验室，引领我国内燃机可靠性技术发展，达到国际领先水平。

热效率提升至55% 复杂场景适应是内燃机可靠性未来研发方向

如今，面对“碳中和”目标，潍柴动力坦然应战。

如今潍柴的50%热效率内燃机的机械效率已经可以超过93%。不仅如此，在保证发动机可靠性的基础上，未来潍柴还将使本体机的热效率提升至51%，结合余热回收等技术后整机热效率甚至能提升至55%。

为更好地履行内燃机技术提升的使命，在实现我国“两碳战略”目标中贡献力量，未来不仅对发动机热效率提出更高要求，在热效率提升后带来的缸内压力的提高，便不可避免地对发动机的可靠性带来更大挑战。

对于如何保证内燃机的可靠性技术，《内燃机可靠性技术》报告中进行了详细、专业的介绍。报告中提出，提升内燃机整体的可靠性，主要可以从零部件可靠性的提升、整机可靠性的提升，以及可靠性预测和评估三个层级入手。其中，针对零部件可靠性的提升，如今主要从降低摩擦磨损技术、提升疲劳寿命技术和紧固密封技术三个技术层面发力。

摩擦磨损技术的提升与表面工程、润滑技术、降磨减磨技术息息相关。内燃机的表面结构较为复杂，内燃机表面涂层、表面织构、表面硬化等关键技术的提升，可以改善活塞环-缸套、轴-轴承等关键摩擦副的摩擦学性能。润滑关键技术包括分区润滑技术、强制润滑技术和变流量机油泵等，改善润滑技术可以带走摩擦热和磨粒，减少内燃机磨损。

对于疲劳技术，从潍柴的经验来说，要做好温度场仿真与测试、应变测试，热机耦合分析等应力分析，做好疲劳可靠性评价的基础。同时机械疲劳、热疲劳对于内燃机可靠性的提升也很关键。例如热疲劳的关键技术是强制冷却、变刚度设计、耐高温材料等，这些关键技术的攻破，可以提高缸盖、排气管、活塞等零部件抵抗高低温变负荷的能力。

紧固密封技术包括紧固技术、静密封技术和动密封技术等关键技术。紧固技术可以将内燃机各零部件连为整体；静密封技术可以让内燃机实现油、气、水密封；动密封技术可以实现相对运动件间的密封。

针对整机可靠性的提升，报告中提出，如今要从轻量化设计技术、应用可靠性技术和健康管理三个技术层面发力。轻量化设计技术包括轻量化结构设计和轻量化材料两项关键技术。

“现在路况复杂，包括国道、高速等复杂道路，由于轻量化技术的不同，客户的油耗就会有所不同，从而影响收益。所以为了满足用户需求，提高用户收益，整个内燃机行业对轻量化设计材料配方、制造工艺等方面展开了大量的研究。例如发动机外壳开始用铝合金缸盖和蠕墨铸铁，并对发动机进行拓扑优化和尺寸优化，保障结构件强度的同时，降低机体重量。”

文章来源：《内燃机工程》 网址: http://www.nrjgczz.cn/zonghexinwen/2021/0424/732.html