面对持续不断的地缘政治不确定性、能源安全问题以及日益雄心勃勃的净零排放目标，发动机制造商被迫探索传统柴油的替代品。
对于需要长时间轮班运行的高负荷应用而言，电力可用性和加油时间是至关重要的考虑因素。鉴于目前燃料价格和供应的不确定性，这似乎是明智之举，而且目前围绕能够使用低碳和替代燃料的发动机的研发正在加速进行。
大量的研发重点已经转移到氢能等替代能源上，氢能在当地生产，并能提供零排放的电力（在使用点）。
这些氢动力发动机的周转时间非常短，已经推向市场，但也有缺点：氢气产量有限，价格昂贵，而且如果是从天然气中提取，就会失去其绿色环保特性。
更复杂的是，预期的柴油供应短缺从未完全出现，来自中东、印度和土耳其的精炼燃料供应在很大程度上弥补了任何短缺。
遵守法律法规
康明斯欧洲和英国客户工程经理 Leen Stolk由于柴油燃料市场展现出韧性，发动机制造商只能依靠全新的氢动力解决方案。虽然这些解决方案在技术上令人印象深刻，但其购买、包装和运营成本都比同等柴油动力解决方案更高。
但还有其他因素在起作用。为了应对当地的污染水平以及对气候变化的广泛担忧，地区和地方政府一直在起草立法，要求在各种应用和环境中采用低排放和零排放的能源解决方案。
康明斯欧洲和英国客户工程经理 Leen Stolk 表示，正是这一点促使人们不断开发可以使用其他替代燃料的新解决方案。
斯托克说：“我们生活在一个非常有趣的时代。几十年来，柴油一直是公路车辆和公路卡车的首选燃料。但我们已经进入了一个多领域转型的时期，这促使人们开发使用替代燃料的解决方案。”
“我们有氢内燃机，但我们的柴油发动机也获准使用HVO（加氢处理植物油），这意味着客户可以选择使用低排放的柴油替代品。”
斯托克指出，提高柴油发动机性能的工作正在快速推进，目标是进一步提高燃油效率并减少发动机排放。
发动机研发的重点在于将可靠性和性能与更高的效率和更低的总体拥有成本相结合。他说：“推动技术持续发展的主要原因之一是立法，以及政府提出的变革要求。”
“但机器制造商也在改变他们的要求，目标是降低客户的总拥有成本 [TCO]。
“机器运行效率越高，运行成本就越低，这有助于摊销购买该产品的初始投资。”
柴油机误区
事实上，斯托克认为柴油还有很大的发展空间。
“我们还没有达到内燃技术的极限，”他说。“还有很多发展空间，尤其是在机械制造商需要高效、体积更小但功率输出又不损失的发动机方面。我们本质上是在追求更高的功率密度。”
“或许内燃机最终会在欧洲和北美被逐步淘汰，但我们必须考虑到亚洲和非洲国家，它们依靠柴油动力来建设基础设施和发展经济。
“他们没有足够的替代燃料来支持转换。”
斯托克表示，这些地区并非永远不会改用替代燃料，但在那之前，让内燃机“面向未来”将有助于改善总拥有成本并减少对环境的影响。
“在我看来，面向未来的发动机不仅要高效，还要能降低总体拥有成本，”他说。“但同时，它还必须兼具可靠性和用户期望的性能。”
“这很大程度上取决于我们在与原始设备制造商 (OEM) 合作开发新机器时所经历的优化过程。”
动力总成决策需要反映机器的应用和工况，而不是遵循单一的行业通用方法。柴油与氢化植物油
电气化无疑正在建筑市场取得进展。但目前大多数使用电池组的机械体积较小，更适合功率需求不高的作业。
斯托克表示，选择正确的电源对于一台新机器的成功至关重要，对于使用该机器的客户的成功也至关重要。
我认为应该讨论每种电源类型的优点，以及哪种电源类型最适合应用和应用占空比。
“如果项目有时间限制，就不能有任何停机时间来给电池组充电，所以柴油、HVO 或者氢气（如果有储能装置的话）是唯一的选择。”
HVO 是一种可直接替代柴油的燃料，已获得康明斯公司的认证，可用于该公司的柴油发动机。
它还具有使用时实现二氧化碳中和的优势，因为用于生产燃料的生物质会从大气中吸收等量的二氧化碳。不过，HVO并不能消除发动机排放，斯托克表示还有其他因素需要考虑。
“由于我们已经对HVO进行了认证，客户可以选择使用哪种燃料。但它的能量密度低于标准柴油，因此同一台发动机的动力输出会略低一些。”
“此外，成本也是一个重要因素，它可能会影响总拥有成本。如果柴油价格上涨，那么氢化植物油可能会成为首选燃料，但在那之前，我们预计价格将决定最终选择。”
至少在短期内，市场上的HVO供应应该充足，因为价格限制了用户总数。斯托克表示，如果这种情况发生变化，需求可能会超过供应。
柴油为那些替代燃料和充电网络可能受限、要求高且时间紧迫的基础设施项目提供支持。图片：Getty权力选择
斯托克表示，对于机械采购商而言，选择最佳动力解决方案取决于具体应用。例如，在封闭空间内作业的机械（例如海港的物料搬运作业）中，零排放的电池驱动机械可能是一个不错的选择。
但在这种情况下，OEM厂商经常被要求提供完整的解决方案，包括机器、充电设施和其他外围设备。
斯托克表示：“由于投标书中包含了所有这些信息，原始设备制造商（OEM）需要从机器供应商转变为项目经理。这种转变甚至延伸到OEM向我们（康明斯）询问我们能在支持方面提供哪些帮助。”
他指出成本也是一个问题，但这或许可以通过政府拨款或类似方式来抵消。
除了位置之外，将电源选择与占空比相匹配是机器成功实施的关键——但这其中存在一些问题。
斯托克说：“不同占空比之间存在巨大差异，我们可以通过机器远程信息处理技术看到这些数据，但这并非总是可行。”
“如果我们想在这个领域取得进展，我认为我们需要与原始设备制造商和客户加强合作，以便更好地了解占空比，并向他们展示共享这些数据的好处。”
展望未来
未来，内燃机或许能够实现零氮氧化物（NOx）和零颗粒物（PM）排放。但斯托克表示，尽管这一设想令人印象深刻，最终决定动力选择的关键还是在于其应用场景。
发动机制造商、原始设备制造商 (OEM) 和最终用户之间的合作有助于使动力解决方案与实际运行需求相匹配。斯托克表示：“我们将继续根据机器和客户提出的应用需求，为原始设备制造商 (OEM) 提供动力解决方案。我们甚至有可能实现这样的目标：某个应用本身就已确定了首选的动力系统。”
他表示，至少目前来看，地理位置也会起到一定作用。“欧洲许多港口已经在使用电动码头牵引车和其他物料搬运设备。但如果你去非洲的科特迪瓦等地，那里可能没有这些车辆的配套基础设施，柴油是唯一的选择。”
斯托克认为氢能仍然具有潜力，尤其是在工业生产氢能作为现有工业的副产品（否则会造成浪费）的地区——这包括氢内燃机和燃料电池技术。
因此，氢能有可能与柴油、氢化植物油和电池电力一起，争夺一部分电力市场。
不过，斯托克最后表示：“我认为在我离开人世很久之后，我们才会看到柴油发动机退出机械动力市场。”
内燃机能达到多接近零排放？
当被问及未来内燃机是否会因为发动机效率的提高和排放系统的改进而实现零氮氧化物或颗粒物排放时，Leen Stolk 表示，这种可能性已经存在了。
“客户要求机器配备更小的发动机，但功率输出要相近。这种小型化已经有助于减少氮氧化物、颗粒物和二氧化碳的排放。”
“我见过一些关于未来减排路径的测试报告，这些文件包括以恒定速度运行且不产生氮氧化物的内燃机的例子。
“至于颗粒物，这完全取决于过滤器——最好的过滤器就是全过滤系统。但你不能指望一个系统在零下20摄氏度的冷启动时完美运行，所以这方面还有很多工作要做。”
“康明斯拥有经过美国环保署（EPA）验证的测试单元数据，这些数据表明我们走在正确的道路上。”
--------
本文由 KHL 内容工作室与康明斯专家合作撰写。
--------
所有未注明出处的图片均由康明斯公司提供。
--------
