睡前消息174期：柴油机热效率超50%，潍柴有点不太像“国企”
2020年9月29日睡前消息文字版第174期
【睡前消息174】柴油机热效率超50%，潍柴有点不太像“国企”
大家好，2020年9月29日星期二，欢迎收看睡前消息174期。
今天我们在海拔4000米的地方给大家播报睡前消息。大家可以看到我周围的汽车停了很多，这些汽车在上山的时候，他们的动力已经明显显得不足了，因为这里氧气稀薄。就这个话题，今天我们谈一谈我们国产的柴油机。
好，我们先看一看景色——可以吧！今天的内容篇幅比较长，所以我还是要从山上下来，回到比较正常的地方和大家交流。欢迎收看174期睡前消息，请静静远程介绍新闻。
柴油机及潍柴
9月16日，潍柴集团正式发布新产品，全球首款热效率突破50%的商业化柴油机。督工，你怎么看待这次潍柴集团的技术突破？
我看到有媒体说这是世界内燃机发展的历史性新突破，为全球柴油机热效率定义了新标杆。潍柴集团董事长谭旭光自己形容，这可以比作人类100米成绩第一次进入10秒。但这些形容还是太粗略了，我还是从中学知识出发，先说说柴油机热效率的概念。
19世纪中后期，第二次工业革命开始起步，标志性技术突破就是电力和内燃机。1862年法国工程师德罗莎提出了近气、压缩、燃烧、排气的四冲程概念，告诉人类如果要摆脱巨大的燃煤锅炉需要往哪个方向发展。
1876年德国工程师奥托造出了第一台四冲程内燃机，1878年送到巴黎世博会展览，被称为“瓦特以来动力机方面的最大成就”。直到今天，大多数汽车发动机的运行原理还叫奥托循环。
奥托的原型机不烧油，靠煤气运转，必须配一个高压罐才能装到车上，这太危险了。所以之后的内燃机分出了两条道路，一个是点燃式的汽油机，一个是压燃式的柴油机。
汽油机有点火器，把空气压缩到1/10就开始燃烧，柴油机要把空气压缩到1/20，才能利用压缩的热量去点燃柴油。
虽然理论上说柴油的效率更高，但是因为要配更强大更结实的压缩设备，比汽油机要笨重，原理上就有差距。
所以1883年就出现了汽油机，之后9年，1892年德国的狄塞尔博世才注册了点火压缩机的专利，到了1897年他做出了第一台压缩式的点火单缸柴油机，功率14瓦，热效率26%，这就是柴油机热效率的起点。
做出柴油机不等于立刻就有人接受。柴油机除了压缩需求比汽油机要多，还需要解决柴油的挥发性不如汽油的问题。为了让柴油均匀分布到气缸里面和高温的空气充分混合，必须制作特别的高压喷嘴，把雾化的柴油喷进去。狄塞尔搞出柴油机的时候，这些条件还不具备，柴油机相对汽油机没有优势，所以狄塞尔的产业投入大、赚钱少，弥补不了狄塞尔商业方面的缺陷。
1913年狄塞尔跳海自杀了。其实狄塞尔距离世界级企业只差一步了，他自杀前后，柴油机的配套设备基本成熟了。
1913年已经出现了柴油机驱动的火车头，而且1914年爆发世界大战，所有发达国家都疯狂购买能推动车辆的动力设备，德国尤其需要柴油机推动潜艇和小型军舰。所以说狄塞尔死在了事业成功的前夜。
第一次世界大战的结果是苏联建立，到了第二次世界大战前，苏联虽然已经是世界第二大的工业国，但是大而不强，造不出复杂的发动机，尤其不喜欢造汽油机点火花塞这种复杂的部件。柴油机虽然结构笨重，但也意味着可靠性高，坏了容易修。正好苏联自己的石油油品偏重，炼柴油容易。所以苏联非常重视开发柴油机。
苏联最著名的柴油机是B2柴油机。二战以前苏联找法国买了航空汽油机仿造，从德国的博世（BOSCH）公司买了高压喷油泵技术，发展了B2柴油机系列产品。它的第一个成就就是给t34坦克提供发动机。回顾二战的照片和电影，我们经常看到苏联坦克兵直接用火烤柴油机预热发动机，这就是柴油机可靠性高的表现。
之后苏联B2柴油机继续发展，美苏冷战时期，苏联的坦克、自行火炮、牵引车、军舰、石油钻井、载重车都用B2系列的柴油机。这几天亚美尼亚和阿塞拜疆打仗开出来的t72坦克装的还是B2柴油机后续型号。
这种B2发展到最后，理论热效率也就勉强超过40%。考虑到加工组装精度和维护情况，实际热效率肯定到不了40%。
中国的86式步兵战车也是B2柴油机驱动，多次改进以后，热效率勉强达到43%，几乎是苏联技术路线的极限了。但其他方面的技术指标差，消耗润滑油就像喝水一样。这是20世纪后期冷战水平的柴油机效率极限。
70年代欧美发起第三次工业革命，电子工业大发展带动了机械加工精度的提升，柴油机可以进一步小型化、精细化，苏联就开始跟不上节奏了。这个时候德国的博世公司造出的新型高压喷油泵，压力差不多2000个大气压，再加上微电子设备的精细控制，西方国家的柴油机性能快速提升，把热效率提升到了45%左右。
中国这一轮柴油机效率提升，就是在吸收第三次工业革命的成果以后，反过来继续给第二次工业革命的欠账补课。
中国的柴油机为什么能超过西方的热效率呢？
苏联最早的柴油机技术源于西方国家，中国最近几十年的柴油机技术也是在不断引进消化西方技术。70年代中国普及率最高的柴油机还是农村手摇启动的单缸柴油机。这些单缸柴油机不仅拖拉机在用，凡是生产能想到的地方过去都在用，直到现在农村地区还有很多几十年前留下的单缸柴油机。
但是连这些单缸柴油机一开始我们都不能自己造，因为柴油机的喷油泵、喷油嘴生产难度超出了一般农机厂的技术水平。我父亲当时修拖拉机就要反复修理50年代引进的苏联烧球式柴油机，启动之前要给发动机里边放一块硫磺预热。修到70年代80年代，这也不舍得报废。
为了生产单缸柴油机，1969年北京农业局安排丰台农机场研发喷油泵，1971年解决了初步的大规模生产问题，这就是现在北油的前身。
但是80年代中期，随着国内经济水平进一步发展，对柴油机的要求也在变高。刚才我讲过苏联B2柴油机买了30年代德国博世公司的油泵油嘴技术，1984年北油还是找博世公司引进了A型多缸泵、多孔式长油嘴以及下置式的弹簧喷油器，全面改造全国的军用民用柴油机。
在北油引进博世公司技术的这一年，潍柴也在母公司中国重汽引入了车辆的柴油机生产线，而中国重汽的技术又来自于1979年引进的奥地利斯太尔汽车。
早期的潍柴和大多数国企一样，内部问题很多，往往抱着一套引用技术用到落后就倒闭，90年代潍柴就差点关门。1998年政府任命谭旭光出任维柴董事长，当时账面资金只剩8万，欠债倒有3亿，主要的生产线KW铸造线还被火灾烧毁了。
谭旭光发挥了跑业务的特长，考察全国市场，给潍柴找出路，其中发现一个最重要的方向就是要造重卡，重型卡车发动机。1998年刚好也是中国房改地产大跃进的起点，国内的工程机械市场几乎还是一片空白。谭旭光刚刚提出想做重卡，母公司中国重汽还提出反对，因为这部分市场原本是母公司独家的，怕抢生意。之后几年潍柴开发出了性能不错的重卡，和母公司之间的关系进一步恶化。
2004年熟悉市场的谭旭光率先带领潍柴到香港上市，而这个时候他的母公司中国重汽也在筹备去香港上市，矛盾进一步升级。到了2006年中国重汽和潍柴的矛盾已经不可调和了，只能在山东省国资委主持下和平分手。
再往后，随着国内工程机械市场越来越发达，70年代奥地利技术也不够用了，中国重汽和潍柴又分别引进了德国曼恩（MAN）的技术，开发全新产品。但总的来说，潍柴的进度要更快一些。
2018年谭旭光反过来当上过去的母公司中国重汽的党委书记，重组两家国企，这说明政府也非常认可潍柴这些年的发展。
可以说最近20年中国基建和地产业大发展是重型工程机械快速进步的主要原因，能抓住这个机遇的企业就能扭转形势。另外一个次要原因是中国企业对西方技术的消化吸收。现在潍柴推出的超50%热效率柴油机，他们用的喷嘴依然是德国博世的喷嘴，工作压力接近2500个大气压，中国自己搞不定。
这既说明中国充分消化了西方引进的技术，也说明局部问题上我们还有明显差距。
柴油机热效率怎样超50%
那我们应该怎么理解潍柴超越的50%热效率指标？
柴油机热效率突破40%不难，但进一步提高非常困难。内燃机越大，气缸越大，冷却就越慢，机械转速也低，磨损的消耗也小，所以就容易实现高热效率。船用柴油机比车用的热效率要高，这就是因为体积大的原因。
但即便是体积巨大的船用柴油机，热效率提升也非常困难。金东寒院士总结过船用柴油机每做功1千瓦时的燃油消耗量，人类用了50年时间才压缩了25克，平均每两年1克。按金院士这个说法换算成热效率，就相当于船用柴油机用了50年才累计提高10%的效率。
车用柴油机体型比船用的小，热效率提高难度要难得多。潍柴把热效率从46%提高到50%以上，的确是系统整体的巨大突破。
现在国外经常有消息说实现了柴油机热效率突破50%，但那都是实验室的产品，很多设计往往是牺牲了其他指标，片面提高燃烧率，制造大新闻，根本没有办法商用。潍柴这次出品的商业级发动机还是符合国6标准的，这意味着如果按照实验室的套路，牺牲一部分减排指标和使用寿命，热效率还能说得更夸张一点。这就是为什么潍柴敢说我们将来要搞55%热效率的柴油机。
既然中国是消化吸收西方的技术达到了现在水平，为什么能率先突破50%热效率呢？
内燃机的热效率损耗有几个主要方面，比如说排气、冷却，比如说机械的摩擦和碰撞都要释放能量，再加上泵气损失和燃烧损失，这都会明显降低热效率。为了提高柴油机的效率，就要利用废气回收做涡轮增压，用旋转活塞来降低机械损耗，这都是在原理上解决问题。
刚才我提到潍柴最新一轮引进是消化德国曼恩公司的技术，德国第一台涡轮增压柴油机卡车就是1951年曼恩公司生产的。而旋转活塞要解决平面移动过程中的密封问题，所以到了1957年才被德国工程师汪克尔做出来。
再往后柴油机每提高一个百分点，在原理上都越来越困难。现在的柴油机要用各种技术手段反复推敲各个环节，要研究这个柴油本身有没有改良的空间，要给燃烧室的燃烧过程做建模分析，研究油嘴喷出的柴油进入燃烧室的动态分布，研究燃烧室内壁结构对油物分布的影响，还要用电子技术对柴油机的机械部件实现更精密的控制。
1997年中国意识到差距了，国家科技领导小组召开第三次会议，制定国家重点基础研究发展规划，也就是973计划。在973计划中，能源部分专门提出了“新一代内燃机燃烧理论和石油燃料替代途径的基础研究”课题，首席科学家是工程院院士苏万华。
苏万华院士带领的天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，这些年给潍柴持续输送人才。潍柴现在能摸到国际先进水平，的确也是整个国家科研力量和财政资金支持的结果。
潍柴有点不太像“国企”
最后还是要强调一下，潍柴的成功很大程度上是因为它不像我们一般概念中的国企。去年7月30日的第6期车线消息我们早就报道过潍柴给总设计师发了1000万奖金的新闻，这非常不像国企。
也同样是去年，潍柴谭旭光掌管中国重器以后，立刻传出了裁员2.2万的消息。谭旭光对这个传闻不否认，反而公开表示中国重汽确实要减员。目前20万辆重卡、20万辆轻卡的产量就是养不了4.2万人，国有企业不是养老的地方，不是养懒汉的地方。
谭旭光同时表示，尽量少用派遣工干活，多用自己的员工干活。这说明如果潍柴的谭旭光代表了国企的成功方向和改革样本，以后至少国企的体制内概念会越来越弱。一方面进去拿编制越来越容易，另一方面拿到编制也不等于拿到铁饭碗，生活无忧。很多人抱着求稳定的概念去国企，将来很有可能行不通了。
好，174期睡前消息到此结束。
如果今年大量游客去四川西部的阿坝雅安，一定会出现非常恐怖的大堵车
最后提醒大家一下，这几天我在四川西部活动，全靠穆好古同学的3.0柴油车才能挣扎着从山上下来。8月份这一带有暴雨，以小金县为中心，有很大一片区域的道路严重损坏，在全面翻修。最近的塌方和山盟事故也很多，经常几十公里的路要停下十几次，给工程机械让路，修好了才能单侧通行。
如果今年像每年一样，大量游客到四川西部的阿坝雅安地区去旅游，一定会出现非常恐怖的大堵车，谁也玩不成。
我希望有类似计划的观众慎重考虑自己的计划，如果一定要去，要配老司机，要配非常好的越野车，要在后备箱里塞满你的补给。
好，下期睡前消息我要回到演播室，再见。
