“发动机情节”

总结一下，这可不可以看做是一种“发动机的情节”呢？本期我们仍将站在工程机械产业链的角度上，探讨工程机械产品的动力系统，探讨工程机械产业的“发动机情节”。

工程机械发动机的国产情节

发动机可以成为人们心中挥之不去的情节，对工业化生产与机械制造来说，一个国家工业体系是否完整，发动机制造能力非常关键，因为对其技术的掌握与否关系到保障产能安全的命脉。2011年中国工程机械被液压件产品锁了一次喉，深感与液压系统技术生产能力的缺失，国人开始在液压领域痛定思痛，奋发图强。不同于液压零部件，至少在意识层面，包括工程机械的发动机在内所有发动机人们都有一定的认识。因为新中国建国之初便重视重工业发展，在工业建设起步初期我国的工程机械产业虽然布局零散，但国家对于重要机械设备的动力研究使得新中国有了一定的产业基础积淀。近年来，工程机械产业腾飞的时代里，作为重工业的重要组成，一直以来，致力于动力系统的国产化是我国工程机械企业重视的课题之一，这也是国产情节根源。

工程机械的发动机动力系统，又被称作非道路发动机。它的性能是衡量一台工程机械产品技术水平最重要的指标之一，工程机械动力系统主要包括柴油发动机以及涡轮增压器、空气滤清器、散热器、机油冷却器、油泵、油嘴等配套设备。这些所配套的动力系统共同组成了整机产品的“心脏”。这个“心脏”跳动的性能，主要包括动力性能和整机动力传递的系统综合性能两部分。工程机械发动机除了不断改进燃油喷射系统和降低油耗及低碳排放等共性技术以外，对低速状态下的扭矩储备和动力输出方式、性能匹配、振动与噪声都有特定要求。

由于工程机械所配备的发动机与发电机组用、车用发动机的工作吸能有较大的差异，相较于发电机组与车用动力对于转速的要求与瞬时功率，工程机械发动机更注重的是输出转矩，对于发动机的转矩储备的要求较大，虽然其转速相较发电机组和车用动力要求低，但其严苛恶劣工作环境下，对于持续功率的追求便是评价一台工程机械发动机好坏的重要指标之一了。

目前，在我国工程机械产品配套的发动机市场上，竞争格局并不新鲜。自主、合资、外资逐鹿武林，常见品牌主要有潍柴、上柴、康明斯、道依茨、铂金斯、五十铃、洋马、玉柴等企业的产品。潍柴动力是国内内燃机行业的领军企业，2011年潍柴的工程机械动力产品占到了其总销售量比重的20%以上，在此之前潍柴掌门人谭旭光向行业宣布，10年后要把潍柴“打造成千亿级发动机制造基地，挑战全球第一”。潍柴要挑战世界第一，目标自然是老牌列强康明斯。

对比潍柴与康明斯，两者有许多共同点。首先，两者都是独立的发动机制造商，发动机产品系列较为齐全。自收购扬柴和法国博杜安后，潍柴拥有了从2.8升到16升以上的全系列发动机产品。而康明斯发动机功率覆盖范围也从31到3500马力。其次，两者都具备完善的产业链。康明斯拥有发动机、电力、分销、零部件等四大事业部，在零部件事业部里，又有涡轮增压、排放处理、滤清、燃油四大业务。潍柴的产业链，则从发动机延伸到变速器、车桥甚至整车。在重组山东重工后，潍柴的产业链就更加完善了，并构建了四大体系：发动机、商用车、工程机械和零部件。

再次，从具体产值来看，潍柴动力2012年净利润29.9亿元，康明斯2012年净利润总计16.6亿美元，潍柴有一定的追赶空间，而在行业飞速发展的2009 、2010年两年，潍柴动力曾几度在与康明斯相差无几。因此，从净利润的角度来看，潍柴也提升到了一个可以与康明斯相提并论的高度。

站在国与国之间行业的竞争来看，潍柴对垒康明斯有很大的代表性。潍柴动力在配套工程机械的用户上有着良好的口碑。笔者接触到的业内人士曾评价对比潍柴与康明斯配套装载机的产品“潍柴的机器比较皮实，耐用，配件也好找，对油品质量也要求低，但是缺点在于噪音大，笨重，康明斯的机器声音小，外观灵巧，对油品质量要求比较高。”我们深入调查分析发现，潍柴在常用的产品配件方面渠道供应与服务要强过于康明斯，通过不同类型的营销与宣传活动以及落实到用户所需的实处方面，潍柴赢得了广泛的口碑。

在技术应用层面的布局上，康明斯无需多言是有着领先的优势的。前段时间在广西柳州的新型9.3L非公路发动机已成功下线，该型号是主要面向工程机械产品的专用动力，据了解，其所配套的生产线也已投产。有媒体评论，康明斯作为世界最大的独立发动机企业，柳工则是我国工程机械行业的排头兵，二者的结合无疑是产业链的最佳组合，是合作创造价值的最佳体现。

2011年10月柳工与康明斯签订合资协议，2012年6月广西康明斯项目开工建设，9个月之后建成投产。谈及广西康明斯对柳工的战略意义，广西柳工机械股份有限公司总裁曾光安曾说：“最重要的有两点，广西康明斯发动机是柳工产品竞争力提升的重要来源之一，康明斯和柳工一起研发制造的专业工程机械发动机将大幅度提升柳工产品的整机效率和竞争力。广西康明斯是柳工发展的有力助手，康明斯的全球网络和品牌将会为柳工的国际化提供强大的推动力。”

站在整个工程机械行业的进步的层面来看，发动机的情节似乎可以通过不同的角度来看，国产化、国际化殊途同归的目的是为了国产工程机械产品走向强大，广西康明斯全新L9.3升发动机提升了柳工产品竞争力，柳工强化了冲击国内主流工程机械装备市场的实力，背后提升的还是国内行业的整体竞争力。

手中有粮心不慌

上期我们提到，工程机械产品一般在成本上在进口国外配套零部件上占据了较大的份额。成本利润驱使下实现优质零部件国产化成为了行业诉求，这方面世界工程机械第一霸主卡特彼勒的发展史可以做一个参照。

众所周知，卡特彼勒作为工程机械行业的巨擘，其核心业务由机械产品、发动机和金融产品3部分组成。当今柴油发动机因其具有低转速大扭矩和近乎完美的发动机性能曲线特点，被广泛应用在各类工程机械设备上，而在卡特彼勒成立的年代，汽油机还是工程机械设备动力的主流配备。

1925年卡特比勒正式成立，1931年卡特的第一台配套拖拉机的柴油发动机问世，掀开了卡特发展史的新篇章。那年正值美国1929年爆发经济危机的第二年，随着经济危机的日渐加深，美国的各种大小工程建设都陷入到萧条的危机中，拖拉机客户因开工不足叫苦连天。卡特彼勒却在这年推出了全新的60型柴油拖拉机，该机型相较其他产品生产率高，操作费用低在那个危机萧条的年代为当时的美国工程机械市场涂上了一抹亮色。

当年的60型拖拉机的成功，背后是卡特彼勒在经济萧条下对于科学研发工作的坚持投入，以及对于类似发动机等重要部件的研发与重视，这是日后卡特彼勒不断强大的源泉之一。当时，成立不久的卡特彼勒开始研究把柴油机应用到履带式拖拉机上基本是与其他厂家同步的，在这场竞赛中，卡特彼勒的工程师们周密研究分析了竞争对手们制造的发动机产品，发现没有一种能达到卡特彼勒对于新研制拖拉机追求的性能标准，于是他们作出结论：必须

“从根本上”设计属于自己的柴油发动机！

上个世纪的30年代，亦是柴油机开始走向应用的时代，卡特彼勒对于柴油发动机的研究投入，引领了那个时代的发展方向。经过不断的研发测试，1931年9月，两台60型柴油拖拉机研制成功，到了10月卡特彼勒的新装配线生产了第一台60型柴油拖拉机。面世后，用户们在使用卡特彼勒生产的柴油拖拉机发现，其燃料使用费用比传统汽油机节省一半以上，60型柴油拖拉机凭借出色的性能赢得了市场，一场柴油机革命蓬勃展开。到了1933年，卡特彼勒的新型柴油机产量超过了1932年的美国总柴油机产量，又过了几年之后，卡特彼勒成为世界最大的柴油发动机生产商之一，并且手握当时全世界唯一的柴油发动机流水装配线。

卡特彼勒后来的历史可以和美国崛起为世界超级大国的历史一起看了，可以给当今中国工程机械业的启示有很多，简单地来看工程机械企业的崛起必然需要技术力量，特别是发动机力量的崛起。

在对掌握工程机械产品发动机生产能力方面，我国工程机械巨头三一集团已经开始了初步的探索。今年1月30日三一集团实现了日本三菱6D34挖掘机发动机的自主生产，但是该型号发动机在性能上似乎并不被业界所看好。6D34型发动机为4冲程的6L发动机，在面对主流厂商的6冲程的发动机似乎心有力而气不足。在1990年6冲程发动机诞生改进至今，在应用方面相比传统的4冲程柴油机拥有诸多优势，应用表明6冲程发动机转速更高，油耗少、排放低，其可以在低转速下比传统的发动机省油35%，在高转速全开时也可节油13%，最重要的一点6冲程发动机比产生相同扭矩的4冲程发动机的转速低1000r/min同时，随着转速的上升，其扭矩将会呈线性增加。这也是为什么该型发动机的原配神钢200系列挖掘机在市场竞争上不如小松、卡特等一线品牌产品。当然，三一集团的探索算是解决了有无的问题，但对于中国工程机械产业何时能真正做到手中有粮，掌握属于自主知识产权的发动机，不再去捡拾国外厂商的落后产品，做出与国际一流相媲美的发动机产品，任重而道远。

非道路发动机的前沿窥探

近年来，随着美国Tier4排放标准、欧洲ⅢB排放标准和中国国4排放标准的相继出台，工程机械作为排放大户，非道路发动机在未来必将跟随环境保护的大趋势，新动力能源推广应用、混合动力应用以及非道路发动机传统柴油机自身的不断改进，都会深刻影响到未来工程机械非道路发动机的发展方向。

在柴油机自身的不断改进上，目前最常见的有柴油共轨、电喷和废气再循环（EGR）等。柴油共轨在新型高压泵、发动机控制单元和各类传感器的作用下，实现向喷油器提供超高压力的柴油（压力可达100MP以上），同时高压共轨对喷油器起到液力蓄力的作用。所以带有高压共轨的柴油机，比传统柴油发动机雾化更好，提供稳定压力的柴油，以便能更充分的燃烧提升柴油的使用效率。柴油共轨因其具有保压储压的作用，所以对系统密封要求极其严格，一旦系统出现压力泄露将导致发动机无法工作。所以在制造工艺上和成本上该项改进技术一直处在不断完善的阶段。

电喷喷油器可在电气单元的控制下，按照设定标注及时和精准的向气缸内供油、断油，实现最佳喷射时间和喷油量的控制。而传统的喷油器是机械式的，当高压泵供油时即向气缸喷油、断开即停止喷油，所以使用电喷会比传统的喷油器节省更多的柴油。电喷喷油器虽然可以精准的进行柴油喷射，但是与过去的直喷喷油器相比，结构复杂、成本相对较高且对柴油品质要求苛刻，而国内柴油标注相对发达国家还是比较低，特别是一些小型炼油厂生产出的柴油很难满足电喷喷油器的要求，因此电喷喷油器在国内使用时往往会因柴油而造成早期损坏，另外电子控制方式也增加了故障几率和维修难度。

废气再循环（EGR）系统是工程机械中常见的一种附加装置，它可将燃烧后的一部分废气再次捕捉，并在冷却器、电控阀等原件作用下，将第一次燃烧未被完全利用的混合气体，同新鲜空气一同送入气缸内再次燃烧，而且由于废气中含有大量的CO2，而CO2不能燃烧却吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了氮氧化合物的生成量。提高了燃油利用率的同时极大的降低了有害气体排放。这三项技术的结合虽然在成本上有所增加，但为了节能减排符合排放标准，在不断改进中逐渐被各大企业所认可，成为了未来柴油机不断改进的主要方向之一。

以混合动力减少机械对柴油发动机的“依赖”程度，减少柴油废气排放，同时优化机械的整体性能是混合动力在非路面发动机领域具有极大的发展潜力的主要原因。目前，工程机械常用的混合动力可大致分为：油电混合（电动回转马达代替液压回转马达）、油液混合（回收储存液压能及其它形式能，以供辅助机械动作）及油电液混合三种形式。

现在，混合动力技术的“世界格局”还是以国外大品牌为主，例如主机企业中的（欧系）利勃海尔在2013德国宝马展展出的油电液混合动力概念机样品；（美系）卡特彼勒于2012年，在位于莫斯维尔的工业设计中心发布了第一款混合动力挖掘机Cat336E H；（日系）小松以面向中国市场销售的HB205、HB215油电混合动力等，而国内的一些从主机厂家像山河智能（SWE230S Hybrid ）、中联重科（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动力挖掘机新产品（以油电为主）。近期的北京BICES展上，三一带来了其全球首创的混合动力STC750S汽车起重机，该型号拥有串联式混合动力技术、多工况组合技术、发动机功率优化控制技术、高效电能分配技术、蓄电池配重技术五项专利技术。据三一表示，其上车作业成本降低45%，发动机维护费用降低30%、作业微动性提高20%、作业噪音降低45%，经济性、舒适性、可靠性全面升级，被誉为“绿色起重机”的典型代表。

总体来看，由于混合动力具有开发难度大、涉及面广的特点，以及相关配套技术还不够完善、市场对其缺乏信任等原因，所以混合动力虽经历了多年的发展，其市场销售还是处于比较初级的阶段。

在新动力能源推广方面，主要有天然气体动力能源的应用与电力驱动两种方式。

电驱动方面是以大型电动马达取代发动机驱动，在大型机械产品使用的比较多，像日立的EX3600（自重360t满斗斗容21-23立方）、EX5500（自重550t满斗斗容27立方）、EX8000（自重800t满斗斗容40立方）液压挖掘机采用的都是电驱动方式。其优点是性价比高、无排放，另外可使用与发动机驱动的挖掘机通用的液压系统，以及相同的液压行走和前端工作装置，并完全继承了发动机式液压挖掘机的效率高、机动灵活等优点，但在中小型工程机械中使用较少。

在近期在北京九华山举行的2013BICES展上，徐工集团展示了其首台使用LNG燃料的8吨级LW800K-LNG装载机。徐工凭借在大吨位集成技术、大型驱动桥独立制动腔技术、液压系统压差补偿技术等方面的深入研究和应用，为该产品的成功推出提供了重要保障。天然气发动机以天然气（主要成份为甲烷）为动力能源，目前有液化天然气（LNG）和压缩天然气（CNG）两种供气方式。LNG在动力性、安全性、续航能力和维护成本上都优于CNG。所以LNG比CNG更适合在挖掘机上使用。并且天然气发动机在使用上有几大优点：1.改动小2.使用成本低（与柴油相比可节省35%-40%）3.应用产品吨位范围广4.比柴油机故障率低（统计数据），维护成本更低5.尾气比柴油机更清洁。

然而天然气发动机也存在着一些问题有待解决例如：1.LNG发动机与同级别柴油机相比，动力性能上还有差距2.燃料显示不够精准3.不适宜密闭空间的局限性（密闭环境下挥发问题）4.天然气的加注设备需要特殊设计，目前LNG还很难实现在工地上的现场加注，这在一定程度上限制了LNG的大范围推广使用，但是天然气作为未来可代替石油的清洁能源之一仍有着广阔的应用前景，以我国境内蕴藏着大量天然气资源为前提，相信随着相关配套技术的升级和天然气能源的普及，未来LNG产品将具有广阔的市场空间和使用空间。

结语：美国海军前作战部长朱姆·沃尔特曾说过：“比哪家海军是第一、第二毫无疑义，有意义的是，哪家海军能把自己要做的事情做得更好。”这句话对于工程机械同样受用，无论发动机的国产情节也好，合资情节也好，新能源、新体制、新改进的发动机如何发展，工程机械产业内配套发动机的如何发展，各种门类只要能做好自己的产业，搞好内功都会使得其良性发展。著名的日本工程机械企业小松在二战之后的15年获得了一段很好的发展时机，在这段时间里，小松完善了产品种类，并开始实施出口。20世纪60年代，小松开始了其著名的“包围卡特”战略，并明确提出通过做好关键环节的技术准备和全面提升产品质量为海外拓展奠定良好的基础。在这期间小松面对自身发动机生产水平低、产品质量差的局面，重点做好了发动机这件事。从此，小松一直是卡特彼勒难以小视的强劲对手。

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