為中國農機鑄造強大心臟

本刊記者|武圣俊

為中國農機鑄造強大心臟

本刊記者|武圣俊

2016年，天津雷沃動力有限公司牽頭、清華大學、安徽全柴、吉林大學等15家企業及科研院所組成的開發團隊與中國機械工業集團有限公司聯合天津大學、西安交通大學、濰柴動力股份有限公司等15家單位組建的開發團隊共同申報的“新型節能環保農用發動機開發”項目入選國家重點研發計劃智能農機裝備專項。該項目2016年9月啟動，由兩支開發團隊分別進行項目攻關。

農用柴油機是農業機械的“心臟”，是國家農業機械技術水平和制造能力的標志，也是國際農業機械產業競爭的焦點。開展節能環保農用柴油機理論及技術研究與產品開發，對于提升我國農業機械自主創新能力和行業技術水平，促進農機產業優化升級、加大先進適用產品供應能力，提升企業市場競爭力和產業國際競爭力具有非常重要的戰略意義。先進技術產品的應用，能夠顯著提升我國農業生產效率，降低機械能源消耗與有害物排放總量，促進產業鏈可持續發展。

農機發動機升級換代迫在眉睫

我國的農機工業經過近十年的快速發展已經成為世界農機生產大國。但是我國要成為立足世界的農機強國，就必須在自主創新能力、產業結構水平、信息化程度、質量效益等方面取得更大的突破。

近些年來，隨著我國城鄉一體化建設的深入推進，農業經營規模化得到了快速的發展，而高端的農業動力與大型收割機、植保機等自走式作業機械無疑是我國農業走向規模化運營的必然需要。但是，我國每年仍大量進口農業生產所需要的大型拖拉機 、智能收割機，這些進口機械價格高昂，使我國的農業生產效益大大降低。

當前我國農用柴油發動機燃油消耗率比國外同類產品高5-10%，噪聲水平高出了2-3分貝，排放低了2個階段。總體上，我國農用機械發動機呈現出燃油消耗量大、燃燒不充分、噪聲大的現實，亟待技術升級換代。

長期以來，歐美發達國家一直引領著農用柴油機技術的發展。幾乎所有73.5kw以上的農用柴油機，歐美國家都采用了適于低速大扭矩特性的電控高壓燃油噴射系統、后處理系統等關鍵技術，柴油機的動力性、經濟性、排放、振動和噪聲、可靠性等指標都明顯優于國內。

2015年我國實施了“國三”排放法規，國內主要農用發動機企業和一流高校科研機構融合國外先進設計理念，初步運用智能電控系統對供油規律、EGR等綜合匹配實現農用發動機從機械控制向初步電控控制的標志性跨越，呈現出電控差異化燃油供油方案（如電控單體泵、電控VE泵、電控共軌等）的農用發動機平臺。

我國非道路國三排放農用柴油機普遍采用電控單體泵燃油噴射系統，只有少數采用了外企生產的高壓共軌燃油噴射系統，與國際先進水平相比有較大的差距。隨著非道路引動機械排放標準的逐步升級，我國農機動力升級換代迫在眉睫，急需突破農用發動機核心技術，促進產業技術升級。

節能環保 提升中國農機裝備競爭力

當前我國農用發動機存在可靠性差，排放高，發動機噪聲、振動大，用戶分散、維修不便，維護保養差，智能化低等問題，需要進行全面技術升級。因此需要將發動機排放等級從當前的國三逐步提升，優化燃燒，提高熱效率，選擇適合的技術路線控制排放，降低發動機油耗。在噪聲源的分離和識別基礎上，進行降噪設計。廣泛采用電控技術，對發動機進行柔性控制及智能控制。通過遠程通訊，收集發動機運行數據，對發動機進行遠程故障預警診斷及管理，建設智能信息管理系統。同時，需要有自主開發的關鍵零部件，打破國外品牌的壟斷，需要進行精益制造研究，保證產品性能的一致性并進行整車驗證考核。

正因如此，天津雷沃團隊將該項目主要研究內容分為關鍵共性基礎研究、智能控制與信息管理、關鍵零部件開發、農用小功率柴油機開發、農用大功率柴油機開發五大部分。

天津雷沃團隊項目負責人李方成博士介紹，該項目順利實施后將突破新型節能環保農用發動機動力性、經濟性、排放和降噪等關鍵技術，建立非道路柴油機新產品開發平臺，形成具有完全自主知識產權的核心技術。

在項目完成后，可以實現非道路國四農用發動機批量生產，并且開發出相當于StargIV的國五樣機，并進行相當于歐盟Starg V 國六排放研究。通過發動機與整車排放研究，初步形成非道路車載排放檢測方法，為國家后續非道路在用車排放法規研究提供數據支撐。

長期以來我國農用柴油發動機的核心零部件都受制于國際知名企業，而該項目中對農用發動機及關鍵零部件自主研發將改變這一現狀。項目實施后，將縮小我國與國外主流農用發動機產品的差距，讓中國農用發動機走進世界一流技術的隊伍與之并跑。將保障我國國產農機產品的市場占有率及我國糧食和產業安全，為中國農機裝備“走出去”提供科技支撐。

過去，我國農機核心農機裝備很大程度上都依賴于從國外進口，以2013年為例，我國農機裝備進口額高達25億美元。但是在項目成功實施之后，將形成30臺農用小功率柴油機和10萬臺農用大功率柴油機的生產產能，帶動整個發動機產業鏈的升級。在實現規模化生產之后將有力提升我國農機裝備競爭力，減少對國外農機裝備的進口。

節能環保，是可持續發展的戰略需求。在項目完成，國四發動機批量成產之后，燃油耗相較于之前的國三機將大幅度降低，為我國現代農業全面機械化提供綠色動力支持。

提高自主創新能力 打造民族品牌

中國機械工業集團有限公司項目團隊由中國一拖集團有限公司董事長趙剡水博士為項目負責人。旨在突破低油耗、低噪聲和低污染的新型農用柴油機關鍵共性技術，開發核心零部件，提升農機智能化管理水平，開發符合非道路國四及歐洲非道路Starg IV排放法規要求的大、中功率新型節能環保農用柴油機，實現國產柴油機的精益制造。突破國外技術壟斷，提升農機裝備行業的整體技術水平和國際競爭力。

趙剡水介紹，該項目研究的目標就是針對柴油機作業環境復雜、用途多樣化、低俗大扭矩工況的特殊要求及燃油耗高、噪聲大、污染嚴重等問題，通過產業鏈環節一體化聯合研究攻關，重點掌握新型節能環保農用柴油機關鍵共性技術、開發新型節能環保農用柴油機智能管理平臺和關鍵核心零部件，實現集成匹配和精益制造。主要研究內容包括：低轉速高強化燃燒過程理論，非道路排放控制技術，減振降噪技術應用，農用柴油機與作業機械匹配，農用柴油機智能控制策略與管理系統，電控高壓噴射技術等方面的研究工作。

項目團隊設置了5個課題；新型節能環保農用柴油機關鍵共性技術研究、新型節能環保農用柴油機關鍵核心零部件開發、新型節能環保農用柴油機智能管理系統開發、中功率節能環保農用柴油機集成開發與整機匹配、大功率節能環保農用柴油機智能管理系統開發與精益制造。將整體技術路線分三步：首先研究農用柴油機關鍵共性技術，包括高效清潔燃燒理論、減振降噪技術和低摩擦技術及控制方法，實現技術原創；其次以基礎研究為指導，開發關鍵核心零部件，包括高壓共軌燃油噴射系統、后處理系統、智能管理和遠程監控診斷系統等，掌握核心關鍵技術；最后在優勢骨干企業實現整機集成應用及精益制造。

據悉，該項目成果產品技術水平將達到國際先進水平，這對于提高整個農機行業的整體技術水平及產品結構調整和優化將起到明顯的促進作用。項目實施過程中形成的實驗研究平臺可為整個行業提供服務，推動行業整體進步發展。

該項目集成研制開發大功率農用柴油機，可以促進農機產業結構調整，提升高端產品供給能力。隨著非道路作業機械環保排放標準的升級，國內農業動力升級換代迫在眉睫。項目研制開發滿足非道路國四排放標準及歐洲非道路Stage IV排放法規的中功率、大功率節能環保農用柴油機，滿足市場急需，從而推動我國大型拖拉機及配套作業機具、自走式農機技術的快速發展，提升國產產品配套能力。項目技術成果不僅在高端市場可替代進出口產品，再加上良好的性價比、售后服務及備配件供應的優勢，將在國內外市場都具有競爭優勢。

項目產業化成果以滿足國內高端市場的需求和出口為目標，對形成自主知識產權的民族品牌，提升國內該領域產品的技術優勢具有重大意義，也將促進國內產品換代平臺，快速提升我國企業自主創新能力，保證可持續發展。同時項目順利實施之后，也將促進我國農業裝備向多元化、多層次、多功能方向發展，實現農業裝備產業結構調整和振興裝備制造業，提升我國農業裝備自主供給能力和國際競爭力。