为中国农机铸造强大心脏

本刊记者|武圣俊

为中国农机铸造强大心脏

本刊记者|武圣俊

2016年，天津雷沃动力有限公司牵头、清华大学、安徽全柴、吉林大学等15家企业及科研院所组成的开发团队与中国机械工业集团有限公司联合天津大学、西安交通大学、潍柴动力股份有限公司等15家单位组建的开发团队共同申报的“新型节能环保农用发动机开发”项目入选国家重点研发计划智能农机装备专项。该项目2016年9月启动，由两支开发团队分别进行项目攻关。

农用柴油机是农业机械的“心脏”，是国家农业机械技术水平和制造能力的标志，也是国际农业机械产业竞争的焦点。开展节能环保农用柴油机理论及技术研究与产品开发，对于提升我国农业机械自主创新能力和行业技术水平，促进农机产业优化升级、加大先进适用产品供应能力，提升企业市场竞争力和产业国际竞争力具有非常重要的战略意义。先进技术产品的应用，能够显著提升我国农业生产效率，降低机械能源消耗与有害物排放总量，促进产业链可持续发展。

农机发动机升级换代迫在眉睫

我国的农机工业经过近十年的快速发展已经成为世界农机生产大国。但是我国要成为立足世界的农机强国，就必须在自主创新能力、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面取得更大的突破。

近些年来，随着我国城乡一体化建设的深入推进，农业经营规模化得到了快速的发展，而高端的农业动力与大型收割机、植保机等自走式作业机械无疑是我国农业走向规模化运营的必然需要。但是，我国每年仍大量进口农业生产所需要的大型拖拉机 、智能收割机，这些进口机械价格高昂，使我国的农业生产效益大大降低。

当前我国农用柴油发动机燃油消耗率比国外同类产品高5-10%，噪声水平高出了2-3分贝，排放低了2个阶段。总体上，我国农用机械发动机呈现出燃油消耗量大、燃烧不充分、噪声大的现实，亟待技术升级换代。

长期以来，欧美发达国家一直引领着农用柴油机技术的发展。几乎所有73.5kw以上的农用柴油机，欧美国家都采用了适于低速大扭矩特性的电控高压燃油喷射系统、后处理系统等关键技术，柴油机的动力性、经济性、排放、振动和噪声、可靠性等指标都明显优于国内。

2015年我国实施了“国三”排放法规，国内主要农用发动机企业和一流高校科研机构融合国外先进设计理念，初步运用智能电控系统对供油规律、EGR等综合匹配实现农用发动机从机械控制向初步电控控制的标志性跨越，呈现出电控差异化燃油供油方案（如电控单体泵、电控VE泵、电控共轨等）的农用发动机平台。

我国非道路国三排放农用柴油机普遍采用电控单体泵燃油喷射系统，只有少数采用了外企生产的高压共轨燃油喷射系统，与国际先进水平相比有较大的差距。随着非道路引动机械排放标准的逐步升级，我国农机动力升级换代迫在眉睫，急需突破农用发动机核心技术，促进产业技术升级。

节能环保 提升中国农机装备竞争力

当前我国农用发动机存在可靠性差，排放高，发动机噪声、振动大，用户分散、维修不便，维护保养差，智能化低等问题，需要进行全面技术升级。因此需要将发动机排放等级从当前的国三逐步提升，优化燃烧，提高热效率，选择适合的技术路线控制排放，降低发动机油耗。在噪声源的分离和识别基础上，进行降噪设计。广泛采用电控技术，对发动机进行柔性控制及智能控制。通过远程通讯，收集发动机运行数据，对发动机进行远程故障预警诊断及管理，建设智能信息管理系统。同时，需要有自主开发的关键零部件，打破国外品牌的垄断，需要进行精益制造研究，保证产品性能的一致性并进行整车验证考核。

正因如此，天津雷沃团队将该项目主要研究内容分为关键共性基础研究、智能控制与信息管理、关键零部件开发、农用小功率柴油机开发、农用大功率柴油机开发五大部分。

天津雷沃团队项目负责人李方成博士介绍，该项目顺利实施后将突破新型节能环保农用发动机动力性、经济性、排放和降噪等关键技术，建立非道路柴油机新产品开发平台，形成具有完全自主知识产权的核心技术。

在项目完成后，可以实现非道路国四农用发动机批量生产，并且开发出相当于StargIV的国五样机，并进行相当于欧盟Starg V 国六排放研究。通过发动机与整车排放研究，初步形成非道路车载排放检测方法，为国家后续非道路在用车排放法规研究提供数据支撑。

长期以来我国农用柴油发动机的核心零部件都受制于国际知名企业，而该项目中对农用发动机及关键零部件自主研发将改变这一现状。项目实施后，将缩小我国与国外主流农用发动机产品的差距，让中国农用发动机走进世界一流技术的队伍与之并跑。将保障我国国产农机产品的市场占有率及我国粮食和产业安全，为中国农机装备“走出去”提供科技支撑。

过去，我国农机核心农机装备很大程度上都依赖于从国外进口，以2013年为例，我国农机装备进口额高达25亿美元。但是在项目成功实施之后，将形成30台农用小功率柴油机和10万台农用大功率柴油机的生产产能，带动整个发动机产业链的升级。在实现规模化生产之后将有力提升我国农机装备竞争力，减少对国外农机装备的进口。

节能环保，是可持续发展的战略需求。在项目完成，国四发动机批量成产之后，燃油耗相较于之前的国三机将大幅度降低，为我国现代农业全面机械化提供绿色动力支持。

提高自主创新能力 打造民族品牌

中国机械工业集团有限公司项目团队由中国一拖集团有限公司董事长赵剡水博士为项目负责人。旨在突破低油耗、低噪声和低污染的新型农用柴油机关键共性技术，开发核心零部件，提升农机智能化管理水平，开发符合非道路国四及欧洲非道路Starg IV排放法规要求的大、中功率新型节能环保农用柴油机，实现国产柴油机的精益制造。突破国外技术垄断，提升农机装备行业的整体技术水平和国际竞争力。

赵剡水介绍，该项目研究的目标就是针对柴油机作业环境复杂、用途多样化、低俗大扭矩工况的特殊要求及燃油耗高、噪声大、污染严重等问题，通过产业链环节一体化联合研究攻关，重点掌握新型节能环保农用柴油机关键共性技术、开发新型节能环保农用柴油机智能管理平台和关键核心零部件，实现集成匹配和精益制造。主要研究内容包括：低转速高强化燃烧过程理论，非道路排放控制技术，减振降噪技术应用，农用柴油机与作业机械匹配，农用柴油机智能控制策略与管理系统，电控高压喷射技术等方面的研究工作。

项目团队设置了5个课题；新型节能环保农用柴油机关键共性技术研究、新型节能环保农用柴油机关键核心零部件开发、新型节能环保农用柴油机智能管理系统开发、中功率节能环保农用柴油机集成开发与整机匹配、大功率节能环保农用柴油机智能管理系统开发与精益制造。将整体技术路线分三步：首先研究农用柴油机关键共性技术，包括高效清洁燃烧理论、减振降噪技术和低摩擦技术及控制方法，实现技术原创；其次以基础研究为指导，开发关键核心零部件，包括高压共轨燃油喷射系统、后处理系统、智能管理和远程监控诊断系统等，掌握核心关键技术；最后在优势骨干企业实现整机集成应用及精益制造。

据悉，该项目成果产品技术水平将达到国际先进水平，这对于提高整个农机行业的整体技术水平及产品结构调整和优化将起到明显的促进作用。项目实施过程中形成的实验研究平台可为整个行业提供服务，推动行业整体进步发展。

该项目集成研制开发大功率农用柴油机，可以促进农机产业结构调整，提升高端产品供给能力。随着非道路作业机械环保排放标准的升级，国内农业动力升级换代迫在眉睫。项目研制开发满足非道路国四排放标准及欧洲非道路Stage IV排放法规的中功率、大功率节能环保农用柴油机，满足市场急需，从而推动我国大型拖拉机及配套作业机具、自走式农机技术的快速发展，提升国产产品配套能力。项目技术成果不仅在高端市场可替代进出口产品，再加上良好的性价比、售后服务及备配件供应的优势，将在国内外市场都具有竞争优势。

项目产业化成果以满足国内高端市场的需求和出口为目标，对形成自主知识产权的民族品牌，提升国内该领域产品的技术优势具有重大意义，也将促进国内产品换代平台，快速提升我国企业自主创新能力，保证可持续发展。同时项目顺利实施之后，也将促进我国农业装备向多元化、多层次、多功能方向发展，实现农业装备产业结构调整和振兴装备制造业，提升我国农业装备自主供给能力和国际竞争力。