摘要：玉柴柴油發(fā)電機組獨創(chuàng)性地發(fā)明了圍欄式氣缸蓋結構和矩形框架式氣缸套支撐結構，實現(xiàn)了主架構優(yōu)化，解決了高功率密度柴油機帶來的結構變形、磨損和熱疲勞等共性問題，實現(xiàn)高強度、輕量化和高可靠性。該技術為國內(nèi)首創(chuàng)，并獲得了《高速大功率低排放船用和發(fā)電用柴油機關鍵技術及應用》項目獲技術發(fā)明類一等獎。

近日，在廣西科學技術獎勵大會上，玉柴“高速大功率低排放船用和發(fā)電用柴油機關鍵技術及應用”項目獲技術發(fā)明類一等獎。這項國內(nèi)首創(chuàng)的專利技術受到了《科技日報》的關注，8月18日出版的《科技日報》5版用了大半面的篇幅進行了專題報道。

該項目位于青海省海南藏族自治州興海縣的鄂拉山隧道，海拔4400米，全長9330米，是世界較長的高原凍土公路隧道。在4400米、零下15℃的高海拔、高嚴寒惡劣環(huán)境下，高速大功率發(fā)電動力一次啟動成功并持續(xù)高效運行，為隧道用電提供支持，**了隧道維護人員的正常作業(yè)和來往車輛安全。

這項先進技術來自廣西玉柴機器股份有限公司董事長高級技術顧問沈捷主持完成的“高速大功率低排放船用和發(fā)電用柴油機關鍵技術及應用”項目。該項目重點開發(fā)可滿足IMO T3（國際海事組織制定實施的船舶機械第三階段排放標準）和非道路國4（非道路移動機械執(zhí)行的第四階段排放標準）排放法規(guī)的高效節(jié)能環(huán)保發(fā)動機，填補了國內(nèi)200毫米缸徑高速大功率發(fā)動機的空白，并推動了中國船用及發(fā)電用柴油機先進技術的發(fā)展。

從海上船舶到通信系統(tǒng)，從公共系統(tǒng)到醫(yī)療教育，從重大工程到應急搶險，該項目產(chǎn)品廣泛應用于各領域。近日，該科技成果獲得了廣西科學技術獎技術發(fā)明類一等獎。

玉柴YC16VC柴油發(fā)電機組服務鄂拉山隧道建設

高速大功率動力領域被進口品牌壟斷

“我們的產(chǎn)品對可靠性要求非常高，只考慮進口品牌。”項目組在國產(chǎn)高速大功率柴油機前期市場調(diào)研過程中，客戶曾這樣回復。對此，廣西玉柴機器股份有限公司副總工程師、船電動力研發(fā)所所長黃永仲記憶猶新。

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速增長以及我國加快建設海洋強國和“一帶一路”建設的實施，貨船、漁船、工程船、客船和公務船等船舶對于大功率柴油機的需求量逐年增加，并且逐漸向大型化發(fā)展。
    然而，在2013年以前，單機功率在1000千瓦以上的高速柴油機領域，多被卡特彼勒、康明斯、鉑金斯和三菱重工等進口發(fā)動機品牌壟斷。

那時候，中國企業(yè)從國外引進高速柴油機許可證生產(chǎn)技術，要貼上國外企業(yè)的商標，而且每生產(chǎn)一臺都要給許可證方交許可費。

“當時，國產(chǎn)大功率柴油機基本上都是引進國外技術的形式，總體技術水平相對落后，存在功率覆蓋不全以及系列化程度低等問題，部分關鍵零部件仍依賴進口。”黃永仲如是說。

痛定思痛，要打破對國外產(chǎn)品的依賴，研制具有自主知識產(chǎn)權的高速大功率柴油發(fā)動機勢在必行。

作為我國國民經(jīng)濟和國防建設的重要基礎產(chǎn)業(yè)和重大需求，內(nèi)燃機產(chǎn)業(yè)技術密集、關聯(lián)度高、產(chǎn)業(yè)鏈長。而高速大功率技術是柴油發(fā)動機領域的明珠，要想突破談何容易。

“由于高速大功率柴油機在交通運輸、工程機械、船舶及發(fā)電機組等領域用途的特殊性，在未來相當長的時間內(nèi)，高速大功率柴油機仍然會占據(jù)主導地位。”黃永仲說，同時隨著產(chǎn)品系統(tǒng)電氣化、產(chǎn)品發(fā)展智能化、能源排放綠色化的加快演進，傳統(tǒng)內(nèi)燃機行業(yè)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，只有不斷突破技術瓶頸才可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

高性能氣缸蓋的研發(fā)突破傳統(tǒng)思維

2013年，“高速大功率低排放船用和發(fā)電用柴油機關鍵技術及應用”項目立項。研發(fā)一開始，項目組就遇到了難題。

“這是我們第一次涉足200毫米缸徑的大缸徑柴油機，其中，氣缸蓋是較為重要的零件之一，設計開發(fā)難度大，牽涉到整機燃油經(jīng)濟性、油耗、可靠性問題。”廣西玉柴機器股份有限公司C平臺柴油機整機設計首席總師李偉說。

李偉介紹，當時國內(nèi)的200毫米缸徑及以上產(chǎn)品開發(fā)年代久遠，強化程度低，難以做到1500轉(zhuǎn)/分鐘（rpm）乃至更高轉(zhuǎn)速。直徑200毫米高性能氣缸蓋的設計開發(fā)在國內(nèi)沒有成功經(jīng)驗可循，國外發(fā)動機廠家對于相關技術參數(shù)更是守口如瓶。

起初，項目組將氣缸蓋設計成搖臂軸支座與氣缸蓋分離式的傳統(tǒng)結構，然而試驗結果不盡如人意，缸蓋墊片存在密封不嚴的滲漏問題。項目組用了整整兩周時間進行了大量深入分析，并制定了幾種方案。“而其中較讓人寄予厚望的一種組合方案，在發(fā)動機500小時可靠性試驗進行至470小時的時候，一個微小氣泡的出現(xiàn)再次擊碎了所有人的希望。”李偉說。

在大家一籌莫展之際，項目組一位成員提出來，能否僅將缸蓋頂部缸蓋罩密封面抬高處理，這樣起到提高缸蓋強度作用，又不至于增加太多重量。經(jīng)過集中討論之后，團隊一致認為，該方案突破了傳統(tǒng)思維，達到了一舉多得的效果。

較終的試驗結果沒有讓人失望。“在連續(xù)兩輪各500小時累計1000小時的可靠性試驗過程中，沒有再出現(xiàn)缸蓋密封失效問題，市場小批投放累計使用10000余小時的實際應用也未出現(xiàn)滲漏問題，缸蓋的密封問題得到圓滿解決。”李偉說。

廣泛應用于船舶和陸用發(fā)電領域

爭分奪秒的火神山醫(yī)院建設工地，通明不熄的燈火，展示了驚人的“中國速度”。

2020年2月2日，湖北省武漢市重點建設的兩家集中收治新型冠狀病毒感染者的醫(yī)院之一——火神山醫(yī)院正式交付，用時不到10天。

在成千上萬網(wǎng)友化身“云監(jiān)工”關注的火神山醫(yī)院建設工地，數(shù)十臺配套高速大功率柴油機的發(fā)電機組為醫(yī)院的工程建設和后續(xù)的正常運作提供了充足的電源**。部分機器從2020年1月底就投入使用，在外電接通供電前，作為常用電源，支持著火神山醫(yī)院的各方面建設，連續(xù)無故障晝夜運營。

“為武漢市火神山和雷神山醫(yī)院建設提供電力**的發(fā)電機組就應用了項目研發(fā)的高速大功率低排放關鍵技術。”廣西玉柴機器股份有限公司16VC/20VC柴油機整機設計高級主任工程師陳悅博士說。

陳悅介紹，項目獨創(chuàng)性地發(fā)明了圍欄式氣缸蓋結構和矩形框架式氣缸套支撐結構，實現(xiàn)了主架構優(yōu)化，解決了高功率密度發(fā)動機帶來的結構變形、磨損和熱疲勞等共性問題，實現(xiàn)高強度、輕量化和高可靠性，該專利技術為國內(nèi)首創(chuàng)。同時，還發(fā)明了插入式電控單體泵技術，解決了高速大功率柴油機調(diào)速性差、加載能力弱、響應慢、并機聯(lián)動性差的技術難題，引領了國內(nèi)發(fā)電機組的瞬態(tài)加載、電控系統(tǒng)冗余和發(fā)電機組并機技術的發(fā)展，推動了行業(yè)技術的進步。

此外，項目在高效清潔燃燒技術方面也有所突破。陳悅表示，項目從燃燒系統(tǒng)匹配技術、四氣門技術、高效增壓技術和高效冷卻技術等方面來實現(xiàn)性能優(yōu)化，使得高速大功率柴油機的性能及排放控制與國外先進水平同步。

目前，在船用市場方面，項目開發(fā)的YC6C、YC12VC、YC16VC等機型已廣泛配套內(nèi)河、近海及遠洋船舶的主機和輔機，應用市場包括國內(nèi)的各大內(nèi)河流域和沿海各省市港口，以及歐洲地區(qū)等海外市場。在陸用發(fā)電方面，相關平臺產(chǎn)品可配套各種用途的高性能發(fā)電機組，并應用到**、醫(yī)院、大型商場、商務樓宇、商業(yè)中心和數(shù)據(jù)中心等。

“在前不久遭遇洪澇災害的河南，相關發(fā)電機組為醫(yī)院、居民小區(qū)等的正常運轉(zhuǎn)提供用電**，再次發(fā)揮了重要作用。”陳悅說。