姚春德:我与内燃机的不解之缘(二)
在德国和美国各呆了一年之后,1996年,姚春德回到安徽工学院继续任教。此时的他是安徽工学院汽车工程分院主管科研的副院长,也是当时安徽省惟一一个具备内燃机专业博士学位的专家。
本文接《我与内燃机的不解之缘(一)》,继续使用第一人称。
姚春德实验室内的测功机,不少辅助试验装置是自己研制的
响应导师号召软磨硬泡回天大
1997年,史院士又打电话说希望我能回天津大学(以下简称“天大”),把内燃机燃烧学国家重点实验室发扬光大。那时,出国人员流失比较严重。史院士当年放弃了英国很好的条件回国建立了天大的内燃机专业、建立了天大内燃机研究所,又建立了内燃机国家重点实验室。我觉得老先生这么诚恳地邀请我过去,他一辈子给内燃机做了这么多贡献,我作为他的学生,有义务把他的事业进一步发扬光大。我跟家里商量了一下,那时也没什么困难了,粮食和商品供应的限制都已取消,全家搬过来就是。以前还有南、北方概念,北方吃不到大米,老年人不适应吃面食。到1997年时,南、北方概念已经很模糊,国内供应也都差不多,82岁的老父亲也愿意和我们一起过来。
我提出要走,学校不愿意,毕竟那时有博士学位的人才不多。合肥工业大学(以下简称“合工大”)时任校长陈心昭,也是当时的全国人大常委,就打电话跟我谈,后来一个副校长也来跟我谈,对我加以挽留。
1997年恰逢安徽工学院和合工大两个学校要合并。这两个学校在文革中合二为一,1978年分开,1997年又合并。当时国家有很多机械部,合工大隶属第一机械工业部,安徽工学院隶属第八机械工业部(也就是农机部),后来农机部归并到一机部,仍设立两所院校不合适,于是1997年就决定仍合并成一个学校。
合校涉及到干部安排问题,职位比较紧张,我就跟领导说我走了处级干部就少一个需要安排的,也能为学校减轻困难。但是领导说汽车工程分院安徽工学院有,合工大没有,合校后不存在重复设置问题,也不涉及人事任命和安排的难题。
巧的是,安徽工学院的党委书记在合校后担任新学校的书记职务,我们两家住一个院子,我和我爱人就跑到书记家里磨(我爱人最早在合肥市第二人民医院,后来也是因为要照顾家里调到了校医院)。最终,禁不住我和我爱人的软磨硬泡,学校同意了我的离开。
于是在1997年11月我回到了天津大学,当时是导师帮我办理的由天津市组织部按照引进人才过来的。
几番迷茫和探索 柴油紧缺思对策
天大内燃机燃烧学国家重点实验室当时很缺人,我在刚来的第二年,也就是1998年3月份就做了副主任。当时实验室专职搞科研,兼管研究生教学,总共也就20多个人,和学校教研室是分开的,人手很少。直到2002年以后,内燃机专业才合并到一起,也就是今天的重点实验室,实现了本科到研究生教学和科研一体化。
我过来之后,起初还做燃烧方面的科研工作,也给研究生上课,那时也没有十分确定我的研究方向。在安徽时,我做过增压发动机、做过单缸小柴油机的节能,还做过单缸小柴油机的直喷化。到天大之后这些条件都没有了,刚开始做的是国家自然科学基金支持的新燃烧方式研究,就是用碰撞方式形成混合气。1999年课题结束后,接着做了用分层废气再循环来提高汽油发动机排放品质的基础研究。然后是研究在汽油里添加生物添加剂来提高燃料经济性,也就是生物基的汽油添加剂。真正开始做用甲醇改善柴油机燃烧的工作是在2002年。
在这之前我一直在寻找自己的研究方向。实验室里有几位老师的研究方向非常明确,比如苏万华院士一直在研发高压共轨系统并用该系统实现燃烧过程的优化,即用高压喷射实现燃油和空气混合气形成与化学反应速率的协同,使燃料混合更均匀,燃烧更充分。因为这些成就,苏院士已是内燃机学科当然的学术领导人和学术权威。我之前在德国做的也是这个工作,而搞科研要的是求异,大家都做同样一个课题那就是工程设计,成为工厂了。我们实验室里,排放方面也有一个教授专门在做成分分析和毒性分析,还有的教授专门做电控。那我要做什么?废气再循环、生物基添加剂等前面都做过了,再往前扩展我觉得前景不是很广阔。
恰好,2002年被称为我国的汽车元年,销量同比增速达到42%,创造了汽车的“增长神话”。爆发性的增长,另一方面也带来了柴油供应的紧缺。面对国家迅速增加的石油对外依存度,寻找未来内燃机石油替代燃料已经摆到我们面前。未来的替代燃料是什么?于是我就想到了硕士在读期间导师曾经带一位师兄做过的甲醇和柴油掺烧研究。师兄当初虽然没做出实用性的产品,但我当时看到的试验结果确实也是不错的。用甲醇做替代燃料,一方面能替代不少柴油燃料;另一方面,甲醇含氧量很高(分子含氧量达50%),可促进充分燃烧。含氧的甲醇燃烧很清洁,又能提高排放品质。
一年预研效果好 看好甲醇定方向
我觉得这个方向前景不错,于是便开始大量阅读国内外有关文献资料,发现当时还没有太多人关注这一领域。我们实验室在我的导师带领下也持续做了很多年,到我回到实验室后,这项工作基本停下了。为什么这样好的替代燃料都放弃了研究?经过仔细研读这些文献我发现,首先是与甲醇汽油不同,甲醇与柴油属不同类别的物质,无法互溶。但是像曾经我师兄那样用化油器雾化甲醇又难以满足发动机多变工况的要求。这些巨大的技术障碍,迫使人们不得不放弃对其开展的工作。但如今,社会已经进入电子时代,汽油机都全部用电子控制实现燃油定时定量喷射了。甲醇能否也用电子控制喷射来实现定时定量喷进气缸满足工作要求?
带着这样的想法,2002年,我先带着研究生开始了将甲醇在电子系统控制下喷进进气道的研究。对于压力喷射,汽油是需要有一根油轨来保持其压力稳定,当时还没有醇轨,我们就拿最细的4分自来水管在上面焊了几个座,把喷嘴焊在上面,装在一个485发动机上做实验,看电控的方式是否可行。
做了两年多的预研工作,效果确实还不错。2006年,我们申请到了一个国家自然科学基金面上课题支持。当时国内这方面的研究完全是空白,我们做这个突破了很多人的传统观念,但当时确实也很难,很多人不理解。国内在评审或是汇报科研工作时,通常习惯性地会被问到这个工作国外有没有?如果没有,为什么外国人不做?外国人不做,你为什么要做?所以我觉得做科研真的挺难,外国没有,我们就不能有吗?应该说国家自然科学基金的确给科研人员敞开了一扇自由研究的大门。有了国家自然基金给予我们的支持,也因为在申报时我引了很多实例,包括以前师兄做的工作,加之上世纪80年代我国对于甲醇的研究比较活跃,而自然基金的评审专家尤其是老专家比较了解这些,因此就获得了支持。
然后,我就开始用自然基金来继续进行甲醇和柴油的掺烧研究。一直坚持到现在,当中也遇到很多困难,倒也没有想过要放弃。因为我们看到一个现实的国情是,我国的石油对外依存度数字连年上涨,虽然甲醇暂时没有被利用起来,但我们相信,总有一天能够找到办法克服所有的困难,能够对解决我国石油进口对外依存度过高的问题提供一些帮助。