罗罗动力系统ᅵ2000和4000系列发动机的卓尔不凡的二十五年传奇

2021-10-15 22:23:55



25年来,mtu 2000系列和4000系列发动机的工作累计时长已达3.2亿小时,两系列发动机销量超过12万台,它们的成功故事还在持续上演。


25年来,mtu 2000系列和4000系列发动机在非公路领域一直处于领先地位。从曲轴的首次转动开始,它们就一直担当着潮流的引领者——如今依旧如此。在不久的将来,它们将使用可持续燃料,产出至关重要的“净零”动力。


25年前,当mtu 2000系列和4000系列的揭开帷幕时,世界与如今相比截然不同。那时,中国刚批准了国民经济和社会发展“九五”计划,京九铁路全线通车,而发动机排放标准却是前所未有的。不过,更令人惊讶的一点是,mtu 2000和4000系列至今仍引领潮流。“这些发动机不仅是我们过去的重要组成部分,也是我们公司未来的关键所在:它们与电动机和电池相结合,创建出混合动力系统,并由可持续燃料提供动力,在未来很长一段时间内,它们将在行业中树立标准。”罗罗动力系统首席执行官Andreas Schell说。


美-德合作开发新发动机


让我们回到1996年,实际上还要再往前推几年。1992年,当时的戴姆勒-奔驰股份公司(Daimler-Benz AG)旗下两家子公司之间的合作日益增多。一家是MTU Friedrichshafen,另一家是底特律柴油机公司(Detroit Diesel Corporation)。当时,MTU Friedrichshafen主要专注于政府机构(即海关、警察、边防和军队)的业务,而那时,这些机构正在缩减预算。似乎嫌这些挑战不够,全球化也给柴油发动机行业带来了冲击。要想继续发展下去,公司必须做出改变,因为当时在世界市场上,产品线广、面向国际市场的供应商享有的机会要好得多。底特律柴油机公司(DDC)已完成这一转变,并熟悉所有相关的法规。低运营成本、短交付时间和发动机的易维护性都成为当时的关键因素。


当时的MTU Friedrichshafen与底特律柴油机公司联合研发了2000系列和4000系列发动机。


两家公司决定合作开发两个新的发动机系列。1994年9月,它们签署了开发和生产2000系列和4000系列的合作协议,当时,mtu员工简报引用管理层的话说,“底特律柴油机公司过于鲜明直白地将商业市场的现状向我们展露无遗,这或许才是最大的问题。”人们明白必须做出改变,但随之而来的改变是深入骨髓的,对德国和美国的员工都是如此。发动机的研发工作,是与当时名为“底特律柴油机”的公司合作开展的,这也标志着双方研发合作的开端。当时担任新系列首席设计工程师的Georg Ruetz,依然对研发工作记忆犹新:“当然,我们不得不习惯彼此,谋求共同点。两家公司在方式和思维模式上迥然不同,就如同粉笔与奶酪之间的差异一样。但我们一起开发了几十年来一直在树立标准的两个发动机系列,这是一件值得骄傲的事。”


全球第一台共轨喷射发动机


多年后,很多人才意识到这些发动机当时多么具有开创性。4000系列是全球首款采用共轨燃油喷射的非公路柴油发动机。“我们在大型高速柴油发动机的开发方面的确处于前沿,甚至领先于汽车行业,”Ruetz说。这项新技术对燃烧进行了优化,让开发人员能够在整个发动机构造中设置理想状态。喷射的启动、喷油量和喷射速率都可以通过一个发动机电子控制单元进行调控。与以往的系统相比,尤其在发动机转速低的情况下,喷射压力明显增高,从而实现真正得低颗粒物排放。如今,该系统已进化到第四代,下一代也即将准备就绪。

新4000系列的非凡创新是“共轨”喷射系统。在该系统中,燃烧得以优化,从而在降低燃料消耗的同时,减少污染物的产生。


排放法规推动发动机研发


日益严格的污染物排放法规是2000和4000系列背后的开发动力。当时,美国环境保护署(EPA)和欧盟都开始规定颗粒物和氮氧化物的排放限制,工程师们不得不应对挑战。这些法规因应用领域和应用因国家而异:有时只允许发动机排放非常低水平的氮氧化物,有时重点则是减少柴油颗粒物,或两者兼有。“我们正不断改良这些发动机,看看今天的4000系列或2000系列发动机,你就会发现,我们已经重新设计了大多数部件,以满足功率、能耗和排放的更高要求,”目前主管4000系列海事船用发动机开发的Otto Bücheler说。不过,这些发动机依然保留了其特有的外观和外形尺寸,因为对工程师来说,自始至终都很重要的一点是:对发动机外观以及与客户应用的接口,要尽可能少做改变,以方便旧交通工具重新配备新发动机。


适用于所有季节的发动机


在相当长的一段时间里,尤其是4000系列,都保持卓越耀眼的地位”,它成了竞争对手心目中挥之不去的“眼中钉,肉中刺”。它一直让竞争对手觉得“如芒在背“,“如鲠在喉”。“我不想显得自命不凡,不过我想说,当时,该系列发动机是名副其实的“正品”——尽管时常被模仿,但仍无可匹敌,”Georg Ruetz坚定地说。


该系列发动机的独特之处在于其通用性。其应用领域包括发电机组、拖运矿卡、豪华游艇和机车。2000系列同样具备诸多优点,其中之一是,它的潜在用途很广。和它的老大哥一样,它也为游艇、渡船、建筑工地车辆、拖运矿卡和发电机组提供动力——只是功率相对较低而已。4000系列有8缸、12缸、16缸或20缸四种版本,功率输出范围为720至4300千瓦。2000系列有8缸、10缸、12缸、16缸或18缸五种版本,功率输出范围为452至1939千瓦。这两个系列的发动机共享同一平台,因此,针对其各自的应用,可轻松进行配置。


这些发动机的应用领域


既有柴油版本,也有燃气版本


在推出柴油版本仅仅3年后,4000系列又推出了燃气版本,应用于发电的固定式发动机。2020年7月1日,4000系列的移动式燃气发动机首次问世。从那以后,它一直为运营商Doeksen旗下的两艘荷兰渡轮提供动力。即使在无尾气后处理的情况下,该mtu燃气发动机的排放也大大低于现行排放标准(IMO III)规定的限值——事实上,颗粒物质量远低于可检测到的水平。它们排放的硫氧化物为零,只排放少量的氮氧化物。

Willem de Vlamingh号和它的姊妹船Willem Barentz号都是由荷兰造船厂Doeksen建造的渡轮,每艘都配备了两台mtu4000系列16缸燃气发动机。


混合动力、可持续燃料与内燃机的的未来


在研发方面,关键的一点仍然是减少有害微粒物的排放。研发者将继续探索减少污染物排放的方法。事实上,已经有了一些新方法,其中之一是将发动机与电动机及电池相结合,让动力系统运行所需的燃料大大减少,这样的话,2000系列和4000系列发动机就能应用在游艇和拖运矿卡的混合动力系统中。自2023年起,这些发动机还将取得使用电子燃料和第二代生物燃料的认证,如此一来,这些内燃机就可实现零碳,进而实现可持续性。“这些发动机表明,采用可持续燃料运行后,内燃机显然是有远大前景的。”Bücheler说。

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