“發動機情節”

在一些場合，我們會經常聽到一些聲音：某某飛機，某某設備自主研發世界領先，但發動機不是國產不是自己的又有什么用？這種以發動機的好壞，是否自主來判定一臺設備的優劣或者遠近親疏似乎像極了一些保守男士心中的“處女情節”，這里筆者無心去論述這一復雜且涉及到社會學、倫理學的問題，但在機械設備層面，對于一部分有心研究亦或者對工業機械制造感興趣的國人，在面對一個可以被驅動作業的工業產品時或多或少有可能會繞到其產品背后打探下它的動力是什么樣的，性能如何而且比較關心的是：是否國產？等等。對于這種“糾結發動機癥候群”我們可以試著總結一下，這可不可以看做是一種“發動機的情節”呢？本期我們仍將站在工程機械產業鏈的角度上，探討工程機械產品的動力系統，探討工程機械產業的“發動機情節”。

工程機械發動機的國產情節

發動機可以成為人們心中揮之不去的情節，對工業化生產與機械制造來說，一個國家工業體系是否完整，發動機制造能力非常關鍵，因為對其技術的掌握與否關系到保障產能安全的命脈。2011年中國工程機械被液壓件產品鎖了一次喉，深感與液壓系統技術生產能力的缺失，國人開始在液壓領域痛定思痛，奮發圖強。不同于液壓零部件，至少在意識層面，包括工程機械的發動機在內所有發動機人們都有一定的認識。因為新中國建國之初便重視重工業發展，在工業建設起步初期我國的工程機械產業雖然布局零散，但國家對于重要機械設備的動力研究使得新中國有了一定的產業基礎積淀。近年來，工程機械產業騰飛的時代里，作為重工業的重要組成，一直以來，致力于動力系統的國產化是我國工程機械企業重視的課題之一，這也是國產情節根源。

工程機械的發動機動力系統，又被稱作非道路發動機。它的性能是衡量一臺工程機械產品技術水平最重要的指標之一，工程機械動力系統主要包括柴油發動機以及渦輪增壓器、空氣濾清器、散熱器、機油冷卻器、油泵、油嘴等配套設備。這些所配套的動力系統共同組成了整機產品的“心臟”。這個“心臟”跳動的性能，主要包括動力性能和整機動力傳遞的系統綜合性能兩部分。工程機械發動機除了不斷改進燃油噴射系統和降低油耗及低碳排放等共性技術以外，對低速狀態下的扭矩儲備和動力輸出方式、性能匹配、振動與噪聲都有特定要求。

由于工程機械所配備的發動機與發電機組用、車用發動機的工作吸能有較大的差異，相較于發電機組與車用動力對于轉速的要求與瞬時功率，工程機械發動機更注重的是輸出轉矩，對于發動機的轉矩儲備的要求較大，雖然其轉速相較發電機組和車用動力要求低，但其嚴苛惡劣工作環境下，對于持續功率的追求便是評價一臺工程機械發動機好壞的重要指標之一了。

目前，在我國工程機械產品配套的發動機市場上，競爭格局并不新鮮。自主、合資、外資逐鹿武林，常見品牌主要有濰柴、上柴、康明斯、道依茨、鉑金斯、五十鈴、洋馬、玉柴等企業的產品。濰柴動力是國內內燃機行業的領軍企業，2011年濰柴的工程機械動力產品占到了其總銷售量比重的20%以上，在此之前濰柴掌門人譚旭光向行業宣布，10年后要把濰柴“打造成千億級發動機制造基地，挑戰全球第一”。濰柴要挑戰世界第一，目標自然是老牌列強康明斯。

對比濰柴與康明斯，兩者有許多共同點。首先，兩者都是獨立的發動機制造商，發動機產品系列較為齊全。自收購揚柴和法國博杜安后，濰柴擁有了從2.8升到16升以上的全系列發動機產品。而康明斯發動機功率覆蓋范圍也從31到3500馬力。其次，兩者都具備完善的產業鏈。康明斯擁有發動機、電力、分銷、零部件等四大事業部，在零部件事業部里，又有渦輪增壓、排放處理、濾清、燃油四大業務。濰柴的產業鏈，則從發動機延伸到變速器、車橋甚至整車。在重組山東重工后，濰柴的產業鏈就更加完善了，并構建了四大體系：發動機、商用車、工程機械和零部件。

再次，從具體產值來看，濰柴動力2012年凈利潤29.9億元，康明斯2012年凈利潤總計16.6億美元，濰柴有一定的追趕空間，而在行業飛速發展的2009 、2010年兩年，濰柴動力曾幾度在與康明斯相差無幾。因此，從凈利潤的角度來看，濰柴也提升到了一個可以與康明斯相提并論的高度。

站在國與國之間行業的競爭來看，濰柴對壘康明斯有很大的代表性。濰柴動力在配套工程機械的用戶上有著良好的口碑。筆者接觸到的業內人士曾評價對比濰柴與康明斯配套裝載機的產品“濰柴的機器比較皮實，耐用，配件也好找，對油品質量也要求低，但是缺點在于噪音大，笨重，康明斯的機器聲音小，外觀靈巧，對油品質量要求比較高。”我們深入調查分析發現，濰柴在常用的產品配件方面渠道供應與服務要強過于康明斯，通過不同類型的營銷與宣傳活動以及落實到用戶所需的實處方面，濰柴贏得了廣泛的口碑。

在技術應用層面的布局上，康明斯無需多言是有著領先的優勢的。前段時間在廣西柳州的新型9.3L非公路發動機已成功下線，該型號是主要面向工程機械產品的專用動力，據了解，其所配套的生產線也已投產。有媒體評論，康明斯作為世界最大的獨立發動機企業，柳工則是我國工程機械行業的排頭兵，二者的結合無疑是產業鏈的最佳組合，是合作創造價值的最佳體現。

2011年10月柳工與康明斯簽訂合資協議，2012年6月廣西康明斯項目開工建設，9個月之后建成投產。談及廣西康明斯對柳工的戰略意義，廣西柳工機械股份有限公司總裁曾光安曾說：“最重要的有兩點，廣西康明斯發動機是柳工產品競爭力提升的重要來源之一，康明斯和柳工一起研發制造的專業工程機械發動機將大幅度提升柳工產品的整機效率和競爭力。廣西康明斯是柳工發展的有力助手，康明斯的全球網絡和品牌將會為柳工的國際化提供強大的推動力。”

站在整個工程機械行業的進步的層面來看，發動機的情節似乎可以通過不同的角度來看，國產化、國際化殊途同歸的目的是為了國產工程機械產品走向強大，廣西康明斯全新L9.3升發動機提升了柳工產品競爭力，柳工強化了沖擊國內主流工程機械裝備市場的實力，背后提升的還是國內行業的整體競爭力。

手中有糧心不慌

上期我們提到，工程機械產品一般在成本上在進口國外配套零部件上占據了較大的份額。成本利潤驅使下實現優質零部件國產化成為了行業訴求，這方面世界工程機械第一霸主卡特彼勒的發展史可以做一個參照。

眾所周知，卡特彼勒作為工程機械行業的巨擘，其核心業務由機械產品、發動機和金融產品3部分組成。當今柴油發動機因其具有低轉速大扭矩和近乎完美的發動機性能曲線特點，被廣泛應用在各類工程機械設備上，而在卡特彼勒成立的年代，汽油機還是工程機械設備動力的主流配備。

1925年卡特比勒正式成立，1931年卡特的第一臺配套拖拉機的柴油發動機問世，掀開了卡特發展史的新篇章。那年正值美國1929年爆發經濟危機的第二年，隨著經濟危機的日漸加深，美國的各種大小工程建設都陷入到蕭條的危機中，拖拉機客戶因開工不足叫苦連天。卡特彼勒卻在這年推出了全新的60型柴油拖拉機，該機型相較其他產品生產率高，操作費用低在那個危機蕭條的年代為當時的美國工程機械市場涂上了一抹亮色。

當年的60型拖拉機的成功，背后是卡特彼勒在經濟蕭條下對于科學研發工作的堅持投入，以及對于類似發動機等重要部件的研發與重視，這是日后卡特彼勒不斷強大的源泉之一。當時，成立不久的卡特彼勒開始研究把柴油機應用到履帶式拖拉機上基本是與其他廠家同步的，在這場競賽中，卡特彼勒的工程師們周密研究分析了競爭對手們制造的發動機產品，發現沒有一種能達到卡特彼勒對于新研制拖拉機追求的性能標準，于是他們作出結論：必須

“從根本上”設計屬于自己的柴油發動機！

上個世紀的30年代，亦是柴油機開始走向應用的時代，卡特彼勒對于柴油發動機的研究投入，引領了那個時代的發展方向。經過不斷的研發測試，1931年9月，兩臺60型柴油拖拉機研制成功，到了10月卡特彼勒的新裝配線生產了第一臺60型柴油拖拉機。面世后，用戶們在使用卡特彼勒生產的柴油拖拉機發現，其燃料使用費用比傳統汽油機節省一半以上，60型柴油拖拉機憑借出色的性能贏得了市場，一場柴油機革命蓬勃展開。到了1933年，卡特彼勒的新型柴油機產量超過了1932年的美國總柴油機產量，又過了幾年之后，卡特彼勒成為世界最大的柴油發動機生產商之一，并且手握當時全世界唯一的柴油發動機流水裝配線。

卡特彼勒后來的歷史可以和美國崛起為世界超級大國的歷史一起看了，可以給當今中國工程機械業的啟示有很多，簡單地來看工程機械企業的崛起必然需要技術力量，特別是發動機力量的崛起。

在對掌握工程機械產品發動機生產能力方面，我國工程機械巨頭三一集團已經開始了初步的探索。今年1月30日三一集團實現了日本三菱6D34挖掘機發動機的自主生產，但是該型號發動機在性能上似乎并不被業界所看好。6D34型發動機為4沖程的6L發動機，在面對主流廠商的6沖程的發動機似乎心有力而氣不足。在1990年6沖程發動機誕生改進至今，在應用方面相比傳統的4沖程柴油機擁有諸多優勢，應用表明6沖程發動機轉速更高，油耗少、排放低，其可以在低轉速下比傳統的發動機省油35%，在高轉速全開時也可節油13%，最重要的一點6沖程發動機比產生相同扭矩的4沖程發動機的轉速低1000r/min同時，隨著轉速的上升，其扭矩將會呈線性增加。這也是為什么該型發動機的原配神鋼200系列挖掘機在市場競爭上不如小松、卡特等一線品牌產品。當然，三一集團的探索算是解決了有無的問題，但對于中國工程機械產業何時能真正做到手中有糧，掌握屬于自主知識產權的發動機，不再去撿拾國外廠商的落后產品，做出與國際一流相媲美的發動機產品，任重而道遠。

非道路發動機的前沿窺探

近年來，隨著美國Tier4排放標準、歐洲ⅢB排放標準和中國國4排放標準的相繼出臺，工程機械作為排放大戶，非道路發動機在未來必將跟隨環境保護的大趨勢，新動力能源推廣應用、混合動力應用以及非道路發動機傳統柴油機自身的不斷改進，都會深刻影響到未來工程機械非道路發動機的發展方向。

在柴油機自身的不斷改進上，目前最常見的有柴油共軌、電噴和廢氣再循環（EGR）等。柴油共軌在新型高壓泵、發動機控制單元和各類傳感器的作用下，實現向噴油器提供超高壓力的柴油（壓力可達100MP以上），同時高壓共軌對噴油器起到液力蓄力的作用。所以帶有高壓共軌的柴油機，比傳統柴油發動機霧化更好，提供穩定壓力的柴油，以便能更充分的燃燒提升柴油的使用效率。柴油共軌因其具有保壓儲壓的作用，所以對系統密封要求極其嚴格，一旦系統出現壓力泄露將導致發動機無法工作。所以在制造工藝上和成本上該項改進技術一直處在不斷完善的階段。

電噴噴油器可在電氣單元的控制下，按照設定標注及時和精準的向氣缸內供油、斷油，實現最佳噴射時間和噴油量的控制。而傳統的噴油器是機械式的，當高壓泵供油時即向氣缸噴油、斷開即停止噴油，所以使用電噴會比傳統的噴油器節省更多的柴油。電噴噴油器雖然可以精準的進行柴油噴射，但是與過去的直噴噴油器相比，結構復雜、成本相對較高且對柴油品質要求苛刻，而國內柴油標注相對發達國家還是比較低，特別是一些小型煉油廠生產出的柴油很難滿足電噴噴油器的要求，因此電噴噴油器在國內使用時往往會因柴油而造成早期損壞，另外電子控制方式也增加了故障幾率和維修難度。

廢氣再循環（EGR）系統是工程機械中常見的一種附加裝置，它可將燃燒后的一部分廢氣再次捕捉，并在冷卻器、電控閥等原件作用下，將第一次燃燒未被完全利用的混合氣體，同新鮮空氣一同送入氣缸內再次燃燒，而且由于廢氣中含有大量的CO2，而CO2不能燃燒卻吸收大量的熱，使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而減少了氮氧化合物的生成量。提高了燃油利用率的同時極大的降低了有害氣體排放。這三項技術的結合雖然在成本上有所增加，但為了節能減排符合排放標準，在不斷改進中逐漸被各大企業所認可，成為了未來柴油機不斷改進的主要方向之一。

以混合動力減少機械對柴油發動機的“依賴”程度，減少柴油廢氣排放，同時優化機械的整體性能是混合動力在非路面發動機領域具有極大的發展潛力的主要原因。目前，工程機械常用的混合動力可大致分為：油電混合（電動回轉馬達代替液壓回轉馬達）、油液混合（回收儲存液壓能及其它形式能，以供輔助機械動作）及油電液混合三種形式。

現在，混合動力技術的“世界格局”還是以國外大品牌為主，例如主機企業中的（歐系）利勃海爾在2013德國寶馬展展出的油電液混合動力概念機樣品；（美系）卡特彼勒于2012年，在位于莫斯維爾的工業設計中心發布了第一款混合動力挖掘機Cat336E H；（日系）小松以面向中國市場銷售的HB205、HB215油電混合動力等，而國內的一些從主機廠家像山河智能（SWE230S Hybrid ）、中聯重科（ZE205E-H1）、三一重工（SY215C Hybrid）等，也都早在2010年前后展出了自行研制的混合動力挖掘機新產品（以油電為主）。近期的北京BICES展上，三一帶來了其全球首創的混合動力STC750S汽車起重機，該型號擁有串聯式混合動力技術、多工況組合技術、發動機功率優化控制技術、高效電能分配技術、蓄電池配重技術五項專利技術。據三一表示，其上車作業成本降低45%，發動機維護費用降低30%、作業微動性提高20%、作業噪音降低45%，經濟性、舒適性、可靠性全面升級，被譽為“綠色起重機”的典型代表。

總體來看，由于混合動力具有開發難度大、涉及面廣的特點，以及相關配套技術還不夠完善、市場對其缺乏信任等原因，所以混合動力雖經歷了多年的發展，其市場銷售還是處于比較初級的階段。

在新動力能源推廣方面，主要有天然氣體動力能源的應用與電力驅動兩種方式。

電驅動方面是以大型電動馬達取代發動機驅動，在大型機械產品使用的比較多，像日立的EX3600（自重360t滿斗斗容21-23立方）、EX5500（自重550t滿斗斗容27立方）、EX8000（自重800t滿斗斗容40立方）液壓挖掘機采用的都是電驅動方式。其優點是性價比高、無排放，另外可使用與發動機驅動的挖掘機通用的液壓系統，以及相同的液壓行走和前端工作裝置，并完全繼承了發動機式液壓挖掘機的效率高、機動靈活等優點，但在中小型工程機械中使用較少。

在近期在北京九華山舉行的2013BICES展上，徐工集團展示了其首臺使用LNG燃料的8噸級LW800K-LNG裝載機。徐工憑借在大噸位集成技術、大型驅動橋獨立制動腔技術、液壓系統壓差補償技術等方面的深入研究和應用，為該產品的成功推出提供了重要保障。天然氣發動機以天然氣（主要成份為甲烷）為動力能源，目前有液化天然氣（LNG）和壓縮天然氣（CNG）兩種供氣方式。LNG在動力性、安全性、續航能力和維護成本上都優于CNG。所以LNG比CNG更適合在挖掘機上使用。并且天然氣發動機在使用上有幾大優點：1.改動小2.使用成本低（與柴油相比可節省35%-40%）3.應用產品噸位范圍廣4.比柴油機故障率低（統計數據），維護成本更低5.尾氣比柴油機更清潔。

然而天然氣發動機也存在著一些問題有待解決例如：1.LNG發動機與同級別柴油機相比，動力性能上還有差距2.燃料顯示不夠精準3.不適宜密閉空間的局限性（密閉環境下揮發問題）4.天然氣的加注設備需要特殊設計，目前LNG還很難實現在工地上的現場加注，這在一定程度上限制了LNG的大范圍推廣使用，但是天然氣作為未來可代替石油的清潔能源之一仍有著廣闊的應用前景，以我國境內蘊藏著大量天然氣資源為前提，相信隨著相關配套技術的升級和天然氣能源的普及，未來LNG產品將具有廣闊的市場空間和使用空間。

結語：美國海軍前作戰部長朱姆·沃爾特曾說過：“比哪家海軍是第一、第二毫無疑義，有意義的是，哪家海軍能把自己要做的事情做得更好。”這句話對于工程機械同樣受用，無論發動機的國產情節也好，合資情節也好，新能源、新體制、新改進的發動機如何發展，工程機械產業內配套發動機的如何發展，各種門類只要能做好自己的產業，搞好內功都會使得其良性發展。著名的日本工程機械企業小松在二戰之后的15年獲得了一段很好的發展時機，在這段時間里，小松完善了產品種類，并開始實施出口。20世紀60年代，小松開始了其著名的“包圍卡特”戰略，并明確提出通過做好關鍵環節的技術準備和全面提升產品質量為海外拓展奠定良好的基礎。在這期間小松面對自身發動機生產水平低、產品質量差的局面，重點做好了發動機這件事。從此，小松一直是卡特彼勒難以小視的強勁對手。