鄧鉑鋆：奪冠柴油機背後的中國創新“拉力賽”
【文/觀察者網專欄作者 鄧鉑鋆】
有一條消息，估計很多人都忽視了：
9月中旬，濰柴控股集團有限公司正式發佈了全球首款突破50%熱效率的商業化柴油機。從世界第一台柴油機誕生到現在的100多年，柴油機的熱效率才剛剛提升到46%。有業內人士形容，如果提升至50%，就“猶如人類史上首次百米跑跑進10秒”。
這事兒在其他地方應者寥寥，但在觀網討論挺熱烈的，作為“人人都是藍翔人”的山東人，我也忍不住要説兩句。
2020年9月16日，濰柴集團發佈全球首款突破50%熱效率的商業化柴油機（圖片來源：濰柴集團官方網站）
迫切的需求
熱效率是衡量內燃機燃油利用效率的標準，熱效率越高，燃油消耗越少，熱效率的提升一直是世界公認的行業技術難題。柴油機的點火方式為高温高壓空氣直接引發柴油的燃燒，即壓燃。通過提高氣缸壓力，可以不顧及發動機體積和重量，“粗老笨重”的船用二衝程低速發動機已經實現了熱效率突破50%。
但是，要使更加精密、體積更小、工況需求複雜的車用高速柴油發動機熱效率從目前的46%達到50%，需要解決柴油發動機高效燃燒、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。業內的共識是，“誰能通過單項發明讓柴油機熱效率提升1%，誰就有資格當選兩院院士”。
全球汽車工業把電動車視為發展方向，一些國家甚至推出了內燃機車輛的淘汰時間表。但是內燃機在動力性、可靠性等方面仍將長期保持不可替代性，尤其是在重載卡車領域。由於重載卡車的特殊工況，尾氣污染導致的環境問題，每每成為柴油機重載卡車繞不過去的坎。
大家可能聽説過“一輛柴油大卡車的污染相當於兩百輛小汽車”的説法。根據《2016年中國機動車環境管理年報》，2015年，僅佔機動車總量12.6%的柴油車其氮氧化物（372.0萬噸）和顆粒物（53.6萬噸）排放量，分別佔機動車排放總量的69.0%和99%以上。而這兩項正是霧霾的主要成分。
總量僅佔我國機動車保有量5%的大卡車，製造了一半的機動車尾氣污染。尤其是柴油機尾氣的重要成分氮氧化物（NOx）可以“凝聚”其他大氣污染物，是霧霾污染形成的重要原因，這就使得發明節能環保的柴油機對我國來説更加迫切。
中日競爭
柴油機排放問題在國際上普遍存在，提高車用柴油機熱效率，既可以減少油耗又能降低污染，濰柴發明的熱效率50%柴油發動機，並不是中國人為了炫耀技巧爭取國際排名研發的“奇淫巧技”。
以日本為例，日本中央政府直接整合國內的企業與高等院校研發資源，成立跨部門、跨所有制的戰略創新促進項目SIP，把提高柴油機熱效率納入SIP重要的子項目“革新性燃燒技術”，納入“日本科學技術振興機構（JST）”管理，並制定計劃時間表，敲定每一年提升柴油機熱效率的目標。
至2018年，日本三所世界一流大學慶應義塾大學、京都大學和早稻田大學等組成的研發小組，在實驗室裏把汽車柴油發動機的理論最高淨熱效率提高到了50％。
同年，中國濰柴的柴油發動機也在實驗室裏實現了熱效率超過50%的突破。那麼，是什麼原因讓我們走在了發達國家日本的前面，率先推出了世界首款高效率的商用發動機呢？
體制的勝利
首先是技術問題。“日本科學技術振興機構（JST）”的年報PPT做得美輪美奐，提出日本提高柴油機熱效率的技術攻關要點是“充分燃燒”等領域。一方面，“充分燃燒”提高了發動機的生產難度與維護難度；另一方面，“充分燃燒”的高温、富氧環境會導致發動機氮氧化物排放不降反增。熱效率指標提高了，但是環保等“短板”問題更加突出，必然影響了新型發動機的商業化應用。
然後是體制問題。
為了研發高效率的內燃機，日本中央政府打破部門條塊分割，形成了“產學合作體制”，即讓多家存在競爭關係的企業、高校共同合作研發。在新品上市之前，整合彼此存在競爭的企業研究力量，激勵“吃財政飯”的高校參與競爭，在提高全日本學術界的基礎研究實力的同時提高創新效率。
然而，在取得實驗室驗證成功，充實完善了實驗數據之後，日本的50%熱效率柴油機就要面臨“量產化工藝研究”的企業經濟行為。雖然企業為研究高效柴油機付出了巨大的經濟支出，但是新型發動機進入應用階段，必然要跟追求“技術穩健”和注重成本與經濟性的日本車企發生矛盾。
自上世紀90年代以來，日本國內的汽車產銷量長期萎靡不振。雖然近十年日本汽車市場經歷了為期五年的產銷量雙增長，目前日本國內汽車市場銷量仍然低於2007年的本世紀峯值，更低於上世紀八九十年代。在一個消費者因為經濟大環境斤斤計較使用成本和維護成本的市場裏，日本國企在推廣新技術的時候必須過於慎重地考慮市場的反應，從而陷入技術上的保守。
同時，日本主要車企除了加入“國家隊”研製高熱效發動機，自己也有“自留地”。比如説日本車企馬自達的“創馳藍天”柴油機技術，通過高壓噴射、低温燃燒、低壓縮比、無SCR（尿素噴射）等方式降低柴油機的油耗與尾氣污染。馬自達“自留地”技術已經被市場接受，對應用創新技術比較積極的馬自達自然就會冷眼旁觀高熱效的新型發動機技術了。
日本車企馬自達的“創馳藍天”柴油機技術（圖片來源：馬自達官方網站）
中國為什麼勝出
日本先進發動機技術“落地難”，反襯出我國在技術創新領域存在的優勢。
濰柴是一家大型國企，既生產柴油機又生產重型卡車。與濰柴集團同屬于山東重工集團的中國重型汽車集團有限公司，是我國最大的重型卡車製造商。山東重工、濰柴、中國重汽，三家企業的黨委書記兼董事長都是濰柴集團出身的譚旭光。節能減排與技術創新的國家意志，在黨委領導的大型國有企業更容易不打折扣地執行，尤其是該企業本身就是新型柴油機的大客户。
企業為新型技術研發付出的成本，通過市場經濟規律自然而然地利用山東重工集團龐大的產品線進行消化。企業從企業文化和盈利動機上有推廣這項新技術的動力。
中國汽車市場潛力巨大，在各項經濟政策的刺激下，2020年7月，中國汽車銷量達到211.2萬輛，同比增長16.4%。其中貨車增長則非常迅猛，銷量同比增速達71.1%，達到41.5萬輛，貨車中四類車型銷量依然呈現高速增長，其中重型貨車銷量增速超過80%。市場前景廣闊，使得企業在創新過程中擁有了更大的試錯空間，可以通過繁榮的市場消化創新成本。
這裏需要指出的是，完成環保任務不代表一味犧牲經濟。通過嚴格環保措施約束企業，為企業換來“綠色競爭力”，是山東的一項傳統。
上世紀90年代，山東的地方標準是全國最嚴苛的造紙行業污染排放標準。通過這個技術門檻，山東關停了大量高污染的小造紙企業，但是能夠繼續營業的企業均在環保領域佔據先機。
山東亞太森博漿紙有限公司成為漿紙行業產業升級、技術進步、綠色發展的標杆企業。（圖片來源：齊魯網）
在山東壽光，給人民大會堂、釣魚台國賓館供應蔬菜的“國宴菜園”，距離一家上市公司紙業巨頭的生產基地僅1500米，可見山東對造紙行業污染治理成果的信心。
後來，隨着全國的造紙業環保標準提升，山東企業一舉擴張，佔領了全國市場。山東這一利用環保技術門檻實現市場競爭優勢的做法，跟當前歐洲的一些國家不謀而合，難怪有人説“土味山東”的背後還隱藏着一個“德味山東”。
奪冠之後
不可否認的是，雖然濰柴集團的商業化高效柴油機是一個了不起的技術突破，但是之後擺在濰柴面前的市場之路並不輕鬆。
目前，高效的柴油機僅存在560馬力一個型號，適用範圍較窄，主要用於重型卡車。新型發動機既不能讓老百姓的私家車SUV更加省油，也不能讓解放軍的坦克開得更遠。
頂尖的熱效率從單一型號柴油機擴展到濰柴的多數產品線仍然需要時間。國內數百萬台重型柴油機全部替換為高熱效型號，實現每年節約三千萬噸燃油、減排二氧化碳上億噸的理想，仍然需要長期奮鬥。
濰柴把車用柴油機的熱效率從46%提高到創紀錄的50%。根據常識，這一高效率不可能在車用發動機的全部工況條件下實現，比如説在擁堵的城市交通環境下就很難實現。儘管據估算，新型高效柴油機可以節約8%的油耗，但是這一優勢面臨着新能源汽車、混合動力汽車等產品的激烈競爭。
同時，新型發動機由於使用了複雜的新技術，難免在購置和使用成本上存在劣勢。因此，濰柴的技術能否轉化為令消費者趨之如騖的省油優勢，仍然需要市場檢驗。
同時，大家應當注意到，濰柴的母公司山東重工集團各下屬企業包括濰柴自身，在注重柴油機傳統業務的同時，正在摩拳擦掌醖釀新的技術革命。集團公司在氫動力載重卡車、氫燃料電池等領域均取得了成果，同時計劃利用燃料電池技術打造“零排放商用車”。
山東重工集團、中國重汽集團及濰柴集團負責人譚旭光曾經在多個場合暢想，僅通過回收山東化工領域的廢氫，就可以為上萬輛氫動車公交車提供廉價的能源。或許柴油機的日臻完美之時就是它謝幕退場之刻，但是中國正為之做出充分的準備。
日前，中國提出將在2060年實現“碳中和”，即屆時中國將採取各種手段抵消經濟活動產生的温室氣體。濰柴此時推出新型柴油機，佐證了中國實現這一承諾的技術實力。
中國國家主席習近平在聯合國大會上宣佈，中國二氧化碳排放力爭於2030年前達到峯值，並努力爭取在2060年前實現碳中和的目標。（圖片來源：CGTN）
在坐擁大量人類文明成果的世界頭號温室氣體排放大國——美國退出氣候問題巴黎協定、放棄引領世界走向進步的今天，十四億中國人通過環境友好的方式步入發達國家生活水平，必然會對世界各國人民的生活理念與消費習慣帶來導向。
龐大的中國產能、中國市場、中國需求，要求用更加環保的方式實現，必然為全球經濟產業提供巨大的引領力。中國選擇的道路尤其會對佔世界多數的發展中國家提供示範作用。
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