力創(chuàng)科技發(fā)布全球首款本體熱效率55.9%天然氣發(fā)動機(jī)

2024年4月21日,天津。濰坊力創(chuàng)電子科技有限公司(以下簡稱“力創(chuàng)科技”)在“2024世界內(nèi)燃機(jī)大會”上,發(fā)布了一款本體熱效率55.9%的天然氣發(fā)動機(jī),打破全球內(nèi)燃機(jī)熱效率紀(jì)錄。這款發(fā)動機(jī)型號為BD5A,165馬力。這是繼2022年11月20日,濰柴發(fā)布全球首款本體熱效率54.16%商業(yè)化天然氣發(fā)動機(jī)之后,我國天然氣發(fā)動機(jī)領(lǐng)域又一項熱效率達(dá)到國際領(lǐng)先的低碳動力技術(shù)。

內(nèi)燃機(jī)被視為現(xiàn)代工業(yè)文明的象征。從1897年世界上第一臺柴油機(jī)成功面世至今,業(yè)界不斷挑戰(zhàn)內(nèi)燃機(jī)熱效率的極限,從26%提升到54%以上,這次,力創(chuàng)科技再次刷新全球紀(jì)錄。

力創(chuàng)科技是國家專精特新“小巨人”企業(yè),主要從事乘用車、商用車和船舶動力電控總成系統(tǒng)研發(fā)制造。如果說發(fā)動機(jī)是汽車的“心臟”,電控總成就是發(fā)動機(jī)的“大腦”,是核心中的核心。2023年該公司研發(fā)的“高熱效率氣體發(fā)動機(jī)電控總成系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用”通過中國內(nèi)燃機(jī)學(xué)會的評審,打破了國外壟斷格局。

如今,這家身處裝備制造領(lǐng)域最上游、隱匿在產(chǎn)業(yè)最深處的“小巨人”首次集成多項核心技術(shù)開始向下游發(fā)動機(jī)延伸布局。讓業(yè)界感到震驚的是,力創(chuàng)科技首次推出產(chǎn)品和技術(shù)就一舉突破了全球紀(jì)錄。

最艱難的路

4月21日,在天津舉行的“2024世界內(nèi)燃機(jī)大會”上,云集了世界各國內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的精英。讓他們感到震驚的是,中國再次刷新了全球天然氣發(fā)動機(jī)熱效率。

打破紀(jì)錄的是一款型號為“DB5A”的天然氣發(fā)動機(jī),該型號發(fā)動機(jī)熱效率已達(dá)55.9%。

目前,全球天然氣發(fā)動機(jī)本體熱效率平均水平為46%。此次力創(chuàng)科技推出的天然氣發(fā)動機(jī)提升了這一紀(jì)錄,綜合能耗節(jié)省10%左右。

評估發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性有兩大指標(biāo),一是效率,一是環(huán)保,二者密切相關(guān)。根據(jù)測算,與市場現(xiàn)有主流產(chǎn)品(平均46%熱效率柴油機(jī))相比,采用天然氣清潔能源取代傳統(tǒng)燃料,可降低碳排放20%-30%;采用本體熱效率55.9%的發(fā)動機(jī),可燃料節(jié)約10%以上。

內(nèi)燃機(jī)被視為現(xiàn)代工業(yè)文明的象征。從1897年世界上第一臺柴油內(nèi)燃機(jī)成功面世至今,業(yè)界就在不斷挑戰(zhàn)熱效率極限,已從26%提升到54%,如今這一指標(biāo)每提升1%都難能可貴。

更讓業(yè)界感到意外的是,刷新紀(jì)錄的力創(chuàng)科技卻是一家規(guī)模不大、名不見經(jīng)傳、首次涉足這一領(lǐng)域的中國企業(yè)。

在外界看來,發(fā)動機(jī)是車輛裝備的核心部件;在業(yè)內(nèi)人士眼中,多數(shù)發(fā)動機(jī)廠只是進(jìn)口核心零部件,再將其組裝而已,真正具有高科技含量的是核心零部件。力創(chuàng)科技立志“要做別人做不了的產(chǎn)品”,放棄了“拿來主義”、選擇了一條最艱難的路——自主研發(fā)發(fā)動機(jī)最核心的電控系統(tǒng)。

苦熬十年“冷板凳”

在攻堅一項關(guān)鍵技術(shù)時,中國企業(yè)往往會選擇繞路避開。國內(nèi)大廠為了短期內(nèi)做大做強(qiáng),通常直接引進(jìn)國外核心技術(shù),迅速形成產(chǎn)能規(guī)模、占領(lǐng)市場。“引進(jìn)—消化—吸收”模式能讓企業(yè)迅速搭建研發(fā)體系,但在源頭上卻受制于國外,只能在末端尋求應(yīng)用層面的開拓。

力創(chuàng)科技創(chuàng)業(yè)之初,只有10個人的技術(shù)團(tuán)隊定下了“只參照不模仿”的鐵律,在中國一個三線城市廠房中,試圖對全球壟斷的發(fā)動機(jī)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行顛覆性創(chuàng)新。

當(dāng)時,發(fā)動機(jī)核心技術(shù)都被歐美少數(shù)國家所壟斷。ECU(電子控制器)曾被公認(rèn)為是行業(yè)一大難題,全球只有兩家企業(yè)有成熟的產(chǎn)品。力創(chuàng)科技研發(fā)時,先對標(biāo)國外產(chǎn)品、把原理搞明白,對每一個元器件分析找出缺點(diǎn),再從底層策略、設(shè)計原理圖等方面逐一嘗試顛覆性改造、超越性升級。再比如,發(fā)動機(jī)氣體噴射閥,全球被德國博世、海茵茨曼和美國伍德沃德公司壟斷,并各自申請了眾多專利,設(shè)置出層層壁壘作為護(hù)城河。

在源頭上嘗試拓荒式的自主創(chuàng)新,力創(chuàng)科技勇氣可嘉,卻談何容易。從立項那天起,技術(shù)團(tuán)隊就遭遇到想象不到的重重阻力。

汽車制造堪稱全球最成熟的產(chǎn)業(yè)鏈,有著通用的零部件、現(xiàn)成的生產(chǎn)和檢測設(shè)備。可在天然氣發(fā)動機(jī)電控領(lǐng)域,中國研發(fā)起步較晚,不僅相關(guān)基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)積淀缺失,就連小到一個零件,大到生產(chǎn)設(shè)備、檢測設(shè)備,都無處可買。

部分加工和測試設(shè)備有著較高的精度要求,國內(nèi)工廠做不了,國外企業(yè)卻以設(shè)備屬于非標(biāo)品為由拒絕生產(chǎn)。力創(chuàng)科技只能在國內(nèi)聯(lián)合科研機(jī)構(gòu)自行定制開發(fā)。這不僅大幅延長了技術(shù)研發(fā)進(jìn)程,也增加了企業(yè)投入開支。

前期研發(fā)中,研發(fā)團(tuán)隊宛如在疾風(fēng)驟雨中孤船行舟,常年在簡陋的車間里攻關(guān),在不同應(yīng)用現(xiàn)場試錯,經(jīng)歷著一次次失敗與挑戰(zhàn)……前七年中,力創(chuàng)科技始終在投入、沒有任何產(chǎn)出,研發(fā)人員從最初不到10人擴(kuò)充到200多個,占總?cè)藬?shù)的36%以上。

一場技術(shù)“豪賭”

在力創(chuàng)科技研發(fā)團(tuán)隊看來,發(fā)動機(jī)電控系統(tǒng)研發(fā)的難點(diǎn)在于涉及機(jī)械、電子、液壓、軟件四大領(lǐng)域,考驗的是研發(fā)團(tuán)隊集成應(yīng)用的能力。

許多大公司,研發(fā)人員眾多,但“不同領(lǐng)域各有團(tuán)隊,分工巨細(xì),搞機(jī)械的不懂電,研發(fā)電控的不了解液壓;技術(shù)中心往往由行政人員管理,不懂技術(shù)就無法真正主導(dǎo)研發(fā)、正確決策;受益于引進(jìn)的國外技術(shù)、能夠迅速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,但也受制于既有的技術(shù)路線,條條框框太多,只能在引進(jìn)的基礎(chǔ)上、在下游末端應(yīng)用層面輾轉(zhuǎn)騰挪……”

力創(chuàng)科技則不同。它本是一家創(chuàng)業(yè)公司,規(guī)模小、人數(shù)少,技術(shù)人員需涉獵不同領(lǐng)域,身兼數(shù)職,易于相互融合;公司鼓勵研發(fā)人員從源頭上直面技術(shù)難題,只參照不模仿,另辟蹊徑、自主創(chuàng)新,敢于顛覆、超越。

缸內(nèi)制動系統(tǒng)是每臺發(fā)動機(jī)需要強(qiáng)制安裝的,一直被美國皆可博公司所壟斷。2018年國慶期間,技術(shù)團(tuán)隊天天關(guān)起門來技術(shù)攻關(guān)。爭到最激烈處,突然地靈光一現(xiàn),避開現(xiàn)有專利的圍堵,在設(shè)計原理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面研制出完全不同的產(chǎn)品。一個黃金周假期過后,力創(chuàng)科技共取得了30多項專利,其中18項發(fā)明專利。

有時,一項核心技術(shù)的突破往往在不經(jīng)意間。力創(chuàng)科技早在2012年就開始研發(fā)農(nóng)裝電控液壓控制系統(tǒng),盡管當(dāng)時已經(jīng)按照國外“比例電磁法”仿制出同款產(chǎn)品,但由于沒有實現(xiàn)自主創(chuàng)新,不符合企業(yè)的經(jīng)營理念,因此暫時擱置。直到2018年,經(jīng)過多年的技術(shù)積累,原來的技術(shù)瓶頸也迎刃而解了。此后6個月內(nèi),力創(chuàng)科技研發(fā)團(tuán)隊創(chuàng)新出“數(shù)字電磁法”,在設(shè)計原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)上做出了完全不同的產(chǎn)品。

技術(shù)研發(fā)時,產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性是一個必要因素。在力創(chuàng)科技研發(fā)人員看來,一款產(chǎn)品的成本盡管可在后期通過大批量采購、精益化管理、智能化生產(chǎn)來降本增效,但60%至70%是由技術(shù)研發(fā)設(shè)計來決定的。比如,特斯拉研發(fā)出一體化壓鑄技術(shù),可使Model Y下車體總成重量降低30%,制造成本下降40%。

前期,力創(chuàng)科技在設(shè)計技術(shù)路線、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等方面都加入了經(jīng)濟(jì)性的考量。這使得力創(chuàng)科技自主研發(fā)的缸內(nèi)制動系統(tǒng)售價低于美國同類產(chǎn)品售價約一半,電控噴射系統(tǒng)市場價格降低到原來的1/3。

回想起當(dāng)初進(jìn)入這個行業(yè)的情景,研發(fā)團(tuán)隊無論如何沒有想到,突破這一技術(shù)需要耗時十余年、投資近兩億元。一項技術(shù)是由多個關(guān)鍵點(diǎn)組成的一條鏈,任何一個點(diǎn)被卡住,都會導(dǎo)致失敗。

所幸,在這場技術(shù)“豪賭”中,力創(chuàng)科技贏了。

技術(shù)突破能否帶來市場突圍

最初,力創(chuàng)科技沒有僅僅止步于“引進(jìn)—吸收”的捷徑,選擇自主創(chuàng)新勢必要付出爬坡前行、翻山越嶺的艱辛,可一旦技術(shù)研發(fā)取得突破,企業(yè)卻能到達(dá)人跡罕至的技術(shù)高峰。

在2016年初,力創(chuàng)科技首先攻克“氣體發(fā)動機(jī)電控多點(diǎn)噴射系統(tǒng)”,打破了國外壟斷,拿下17項發(fā)明專利;其后,又攻破了發(fā)動機(jī)的智能熱管理系統(tǒng)、全升程連續(xù)可變氣門系統(tǒng)、電輔助復(fù)合增壓系統(tǒng)等核心技術(shù);最終集成構(gòu)建了高熱效率氣體發(fā)動機(jī)電控總成系統(tǒng)。

同時,力創(chuàng)科技與清華大學(xué)、上海交大、天津大學(xué)、山東大學(xué)等高校產(chǎn)學(xué)研合作,構(gòu)建起上下游一體化的科研聯(lián)盟。企業(yè)已擁有自主知識產(chǎn)權(quán)577項,其中發(fā)明專利277項、國際專利27項。

2023年6月30日,由黃震、李華軍兩位中國工程院院士領(lǐng)銜,由天津大學(xué)、清華大學(xué)、山東大學(xué)等學(xué)界以及玉柴、淄柴、康明斯等企業(yè)界人士共同組成的評審小組通過了力創(chuàng)科技研發(fā)的“高熱效率氣體發(fā)動機(jī)電控總成系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用”的評審。

這是一項歷時13年、投資1.8億元,最終打破國外壟斷、突破“卡脖子”難題的關(guān)鍵核心技術(shù)。研發(fā)人員表示,在電控總成所有的核心技術(shù)中,部分國外企業(yè)只具有其中一兩項,能夠全部掌握的全球范圍內(nèi)只有力創(chuàng)科技。

盡管力創(chuàng)科技在技術(shù)上突破了封鎖,但全球市場壟斷格局早已形成,國內(nèi)大型企業(yè)也習(xí)慣于采購國外大品牌產(chǎn)品?？稍谌暌咔槠陂g,國外產(chǎn)品和技術(shù)專家因交通受阻一時難以進(jìn)入,迫使本土發(fā)動機(jī)廠不得不在國內(nèi)四處尋求供應(yīng)商。

苦熬十年“冷板凳”的力創(chuàng)科技終于迎來了科技投入的回報期、市場推廣的爆發(fā)期——以低于市場行情的價格優(yōu)勢、以高于行業(yè)性能的產(chǎn)品優(yōu)勢,迅速占領(lǐng)一個個下游應(yīng)用市場。

即使經(jīng)濟(jì)下行,近年來力創(chuàng)科技仍然獲得了倍增式的高速增長。按照計劃,2024年該公司研發(fā)支出將達(dá)到10億元以上,預(yù)計未來3年將實現(xiàn)百億產(chǎn)值目標(biāo)。

此前,力創(chuàng)科技的發(fā)展路徑與德國博世頗為相似。博世集團(tuán)是全球第一大汽車技術(shù)供應(yīng)商,從不涉足整機(jī)制造,專注于科技含量最高、利潤附加值最高的核心零部件的生產(chǎn)。可突破了電控總成所有的核心技術(shù)后,力創(chuàng)科技發(fā)現(xiàn),除此之外,發(fā)動機(jī)其余零部件,諸如機(jī)體、曲軸、缸蓋、飛輪等,技術(shù)含量不高,企業(yè)完全可以憑借電控方面的優(yōu)勢生產(chǎn)發(fā)動機(jī)整機(jī)。

原來,內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過機(jī)械向電子化變革,核心“大腦”是電控系統(tǒng),大多數(shù)做功都由電子操控,效率與節(jié)能大多體現(xiàn)在電控方面。

于是,身處汽車裝備產(chǎn)業(yè)最上游的力創(chuàng)科技開始向下游延伸——首次推出天然氣發(fā)動機(jī)BD5A,就刷新了全球內(nèi)燃機(jī)熱效率紀(jì)錄。目前,該公司正在投建一個占地千畝的力創(chuàng)科技產(chǎn)業(yè)園,可產(chǎn)發(fā)動機(jī)10萬臺/年,預(yù)計今年10月份建成投產(chǎn)。

研發(fā)人員表示,力創(chuàng)科技推出的天然氣發(fā)動機(jī)在國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先,有著本體熱效率高、減碳效果好、市場規(guī)模大、產(chǎn)業(yè)前景廣等特點(diǎn)。汽車工業(yè)每一次重大科技進(jìn)步并不在于整車廠的變革,而均是來源于核心零部件的升級迭代。

按照測算,天然氣發(fā)動機(jī)可實現(xiàn)乘用車、商用車、工程機(jī)械、拖拉機(jī)、船舶等多個領(lǐng)域傳統(tǒng)動力更新?lián)Q代,未來5年內(nèi)市場年需求量達(dá)100萬臺以上,并將以每年15%增長。