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柴油机的未来—柴油机未来的应用场景有哪些…

这年头柴油机的日子不好过,大众、丰田、宝马、宾利等知名车企都相继放弃研发柴油机轿车,各个国家都开始逐步提高柴油机的排放标准,看起来是要将柴油机赶尽杀绝。尤其是大众排量造假,罚了上百亿美元之后,也让很多车企大梦初醒,柴油机的时代过了?

那么柴油机真的会被放弃吗?中国柴油机一哥的潍柴集团的老大谭旭光认为柴油机未来大有可为。要不是谭旭光弄出了全球热效率最高的柴油机,大部分人都觉得他在吹牛。

仔细想想重型机械包括重卡、大型工业用、大型船只、工程机械、农业机械、军用车辆等应用领域都需要柴油机作为动力,并且会被长期使用,其原因目前没有一款直接传动发动机能比柴油机更优秀,尤其是在船用领域更是如此。不过真的是这样吗?

船用柴油机还有未来?

柴油机的诞生完全是因为柴油机的缔造者狄塞尔想钱想疯了。当时内燃机的缔造者尼古拉斯·奥托,搞出了一台四冲程的内燃机,其中著名的奥拓循环的原理也是当初奥托在看报纸的时候,发现了以为法国铁道工程师发表了一篇关于内燃机四冲程发动机理论想法。

随后奥拓搞到了这位法国工程师的德罗夏的论文,专心开始搞自己的四冲程内燃机。但是奥拓手里头没几个钱,而且搞内燃机的不止他一个,还有一个叫艾蒂安·勒努瓦的法国人。和奥拓一样,勒努瓦也不是有钱人,也不是科班出身。但是勒努瓦却在1959年弄出了两冲程的内燃机,这让奥拓颇为挫败。

可惜的是这位勒努瓦虽然智力超群,但是就爱冬天卖冰棍-不懂赚钱,把自己辛辛苦苦造出来的内燃机放在了三轮上,这就是开局丢车-损失惨重,没成为“汽车之父”却成了“三轮之父”。而奥拓虽然没弄出第一台内燃机,但是他心大,决定搞四冲程的发动机。

可惜奥拓手里没钱,为了生计他决定先升级勒努瓦的技术,搞出了一台用煤气做动力的二部冲程引擎,卖出了不少赚了点钱,但是奥拓依旧心心念念自己的四冲程内燃机,所以在1876年,奥拓搞出了一台先压缩后点火的煤气四冲程内燃机,一下子就获得了市场青睐。该内燃机累计销售3万台,让奥拓赚翻了。

所以狄塞尔看到了奥拓这些非机械专业的土炮都能赚得盆满钵满,自己这个慕尼黑工业大学机械天才要是能搞一台烧液体的内燃机,不名垂青史都觉得丢人。所以1892年,狄塞尔终于发明出一台实用的柴油动力压燃式发动机。

可惜的理工男普遍不会包装自己,所以狄塞尔的柴油机一直没找到好的销路,但凡他能像马斯克一样画饼,绝对也是个数一数二的富豪。眼看自己破产在即。狄塞尔万念俱灰,哀叹人生无常,1913年狄塞忍不住内心愤懑,觉得自己的人生就如同风吹肥皂泡-彻底破灭,坐轮船时路过英吉利海峡时一跃而下。

可他刚走,狄塞尔的柴油机迅速火爆起来,在船上广泛应用,一直到50年代柴油机替代了蒸汽机成为轮船的主要动力源。

这只能说是狄塞尔是呜呼哀哉了,不过他也确实名垂青史的梦。现如今柴油机依旧是轮船的主要动力源。但是全球变暖,气候异常,大国都相约减少内燃机排放量。这个时候柴油机能否独善其身?

中国船用柴油机究竟如何

柴油机在汽车市场遇到重创,在全球唱衰时,却有人力挺柴油机。这个人就是船机巨头温特图尔发动机有限公司(WinGD)CEO ,他认为船用柴油机的未来前景依旧不错。

这个温特图尔发动机有限公司大家估计不太清楚,它是由芬兰的动力系统公司瓦锡兰和中国船舶工业集团合资成立的企业。中国船舶工业集团将借此机会获得瓦锡兰二冲程发动机技术。而瓦锡兰在柴油机领域颇有成就。

二冲程发动机是利用活塞的两个冲程完成一次工作循环的设备,柴油机完成一个工作循环曲轴只转一圈,配气机构和四冲程柴油机有较大差异。

所以二冲程柴油机没有进气阀,其气缸下部会专门开设一个扫气口用来进气,利用活塞扫气口完成配气,可以大幅简化柴油机的结构和体积,对于船只寸土寸金的空间十分有效,所以二冲程柴油机已经是大多数中小型舰艇的主要动力。

因为多数低速柴油机多数为二冲程机,缸径普遍在 350-900mm 之间,转速一般在每分钟60~400转,单缸功率在500~3800kW。一般采用重油作为燃料,使用重油的好处是成本低,所以运输成本就能降得下去,一些货轮会偏爱二冲程的低速柴油机,一个是设备相对比较便宜,结构简单所以不容易坏,但是没有四冲程专门的进气阀,所以相对的燃烧效率自然不够,废气残留要比四冲程更高。

我国的低速柴油机在市场很有竞争力,尤其是沪东重机的东重机的7S80MC和德国MAN联合设计制造的几款低速柴油机,可以和外国产品一较高低。加上中国是船舶制造业的大国,国内生产低速柴油机的市场占比不低。

相较之下四冲程的柴油机结构相对比较复杂,所以体积较大,维修难度略大。不过四冲程燃烧效率较高,所以省油,一般情况下四冲程的噪音和抖动上优势较大,一般作为中速柴油机。

其缸径一般在 190至280 mm之间,转速可达每分钟375-1150 ,单缸功率也在 60-300 kW之间。

这个领域我们具有一定的优势,尤其是中国中船动力有限公司吸收了芬兰瓦锡兰船用柴油机的技术,在中低速柴油机上也有一定的影响力。其次沪东重机有限公司、陕西柴油机厂的产品也有一定竞争力。

但是我国中速船用柴油机的市场也主要集中在国内一些船只使用,远洋航行大家更加偏爱的是德国曼和 MTU 公司以及芬兰瓦锡兰的柴油机。

高速柴油机两种冲程都有,燃料会选择略微高级的轻柴油,燃烧效率较高,军舰或者潜艇就会选择高速柴油机。在这个领域,我们毫无优势科研。一般高速柴油机的,缸径在100-180mm之间,转速每分钟达到1000-1800转,单缸功率在60-280 kW之间。

德国 MTU公司的高速柴油机具有较大的影响力,旗下的产品包括595 型、2000 型、4000 号以及 8000 型占据了较多的市场份额。而该高速柴油机因为我国起步较晚对于国外专利需求较大,所较多费用用于采购外国专利和产品,对于我国的船用柴油机发展有一定的影响,也对我国海洋强国战略造成了一定的影响。

目前来看我国船用柴油机主要集中在中低端水平,高性能的船用柴油机虽然能独立制造,但是产品竞争力没有优势,也对我国船舶制造业的发展也有一定的制约。不过柴油机在船用领域确实大有可为,短期并不会被其他产品取代。为什么这么说?

柴油机在船舶地位无可撼动

船用柴油机的地位,长期无其他技术可撼动。上世纪70年代开始,大量的节能型船用柴油机出现,机型技术升级周期也缩短至2~3年,即使使用重油等劣质燃油,低速柴油机有效热效率也能达到55%左右。

而且低速柴油机的吊缸维修周期可以达到10000小时以上,这意味着柴油的稳定性和安全性大幅提高。

而且随着半导体产业的发展,大量的电气控制系统,以及安装在了船用柴油机上,意味着可以远程实现对船用柴油机控制和管理,大幅提高了整船的电子化、信息化和智能化。除此之外,全电子控制的智能型柴油机已经开始普及开来,一般的全电子控制柴油机已经逐步取消了凸轮轴传动齿轮、凸轮轴、燃油喷射泵、气阀控制机构等传统机械结构,反而开始使用和机械臂使用的伺服器等设备,大幅提高了柴油机的自动化

目前船用柴油机的全电子控制系统可以根据数据,利用计算机技术,自动完成燃油喷射、排气阀驱动、柴油机的起动、以及气缸润滑等功能。而如今随着全新技术的普及,以及传感器技术的迭代,船用柴油机的效率达到新高。

而且从2008年开始,国际海事组织海洋环境保护委员会对船舶排放标准也逐步提高,所以燃烧效率的中速柴油机得到空前发展。这样的好处一方面加快了国际贸易周期,另一方面提高了燃油的效率,降低了船用柴油机排放物。

尤其是现有的船用柴油机开始逐步提高涡轮效率,改进柴油的喷射技术,提高柴油机的燃烧效率的同时,也对柴油机的数字化方面进行优化,提高柴油机的智能水平。尤其是随着柴电-燃联合动力方式的出现,也让船只综合全电力推进系统得到空前发展。

不过会有人质疑,燃气轮机的性能不是比柴油机优异吗?那我们下期就讨论燃气和柴油机孰优孰劣。敬请期待

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责任编辑: 鲁达

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