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给内燃机一副好“咽喉”

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 王天友(中)指导学生实验

■本报记者 温才妃

站在人民大会堂,接受党和国家领导人接见的那一刻,天津大学机械学院院长王天友的内心是兴奋、激动的。1月8日,天津大学作为第一完成单位完成的“内燃机气流快速检测与评价技术及应用”成果获得国家技术发明奖二等奖。二十年磨一剑的他们终于迎来了“一次更加完美的总结”。


燃烧系统是内燃机的心脏,油气充分高效燃烧是节能减排的关键。长期以来,欧美研究者主要关注“油”,采用喷油主导的燃烧技术路径。而王天友团队则在“气”的方面创新性地取得重大突破。


就像做饭烧煤气一样,需要原料与氧气混合才能燃烧。如何在狭小的发动机缸内空间,控制进气量以及进气方式,达到烧更少的油发挥同样的动力,同时保证有害物质的排放量降到最低,这是一道多年难以攻克的行业难题。


“气道就像是人的进气器官咽喉,发动机的呼吸道也即内燃机的咽喉。我们把‘咽喉’设计好,就可以控制进气量与进气方式。”王天友解释道。


为了研究内燃机气流的测试、评价、设计工作,王天友团队20年如一日地奋斗在科研一线。已经不知道有多少个长假,他们关在房间里搞开发,困了就睡一会儿,不困就接着干。


“有一次早上出来买早点,我看见退休教师在打太极拳,也很羡慕这样的生活。”但转头,他又与团队成员、合作伙伴一同在大车间里通宵攻关。


科研难以突破时,他也会沮丧,尤其是有一回连续攻关两昼夜却毫无进展,合作伙伴在离开时发来一条安慰的短信,让他辛酸之余也感动流泪。


在他们的攻坚克难之下,该技术揭示了内燃机缸内气流运动的基本规律,形成了面向燃烧过程的气流评价技术,为气流主导的燃烧系统开发奠定了理论基础。该技术还提出了构建内燃机高温、高压环境下高碳燃料燃烧机理的解耦方法,研发出高滚流快速燃烧系统和高、中、低涡流燃烧系统,形成了气流主导的燃烧系统正向开发技术。


不仅如此,王天友团队还发明了缸盖模拟识别、定位、气门升程控制等多种系统,提出了变压差气流测试方法,其测试效率相比欧美传统定压差方法提高了5倍以上。


如今,一说到内燃机气流技术,业内人士马上会联想到王天友团队。这是一个有着老中青三代的获奖团队,高校研究人员与企业开发人员并存。“依托内燃机燃烧学国家重点实验室,我们当中的一些人一辈子从事内燃机研究,有着很好的平台、年龄结构与传承。”王天友说。


他向《中国科学报》记者介绍,“老”指的是他的博导、天津大学教授刘书亮,如今81岁高龄的刘老是项目的开创者;“中”指的是王天友这代四五十岁的中坚力量;“青”是团队中的“80后”“70后”,年纪最小的获奖者是1987年生人。


与他们合作开发的广西玉柴机器股份有限公司,从上世纪60年代起就与之有着良好的合作关系。“我曾经于2005年至2007年在那里做企业博士后,此次获奖的企业青年科技工作者相当于是我的徒弟,和我们一起做开发、设计。”王天友自豪地说。此后至2016年,他是该企业的外聘专家,从基础研究到应用研究,校企互相支持。


如今,他们的技术已经在100多家汽车企业得到广泛应用,其技术机理被福特、克莱斯勒、沃尔沃、美国阿贡国家实验室等多家国际机构采用。有意思的是,王天友的学生在外企实习、工作,同行总会借机“刺探”团队的最新科研进展。


“此次获奖感觉到身上的担子更重了。我们团队要继续发挥服务社会、服务企业的作用,争取在更多领域做出高水平的科研,也许兴奋没几天也就不兴奋了。”王天友幽默地说道。


《中国科学报》 (2018-01-16 第8版 科创)

作者:温才妃 来源:中国科学报

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