对所有机械动力来说,发动机都是最核心的设备。按燃油种类,发动机可分为汽油机、柴油机等。

家用轿车普遍使用汽油机,船舶上使用的则几乎都是柴油机。尤其是吨位较大的集装箱船,对动力系统的需求极高。

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芬兰瓦锡兰公司打造的RT-flex96C,被称为世界上最大的柴油发动机。它高约13.5米,相当于五层楼高,功率超过10万马力。

这样一台庞然大物用在什么交通工具上?答案正是远洋集装箱货轮。小型船舶多采用中高速柴油机,需要通过齿轮减速箱驱动螺旋桨。

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远洋货轮则更多采用低速柴油机,可以直接驱动螺旋桨。一般来说,螺旋桨直径越大、转速越低,效率就越高。

驱动大直径螺旋桨需要更大的动力,柴油机的体积也随之增大。全功率运转时,一艘集装箱船上的一台发动机一天可消耗多达250吨重油,相当于每24小时消耗一游泳池的燃油。

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奇特之处在于,这台发动机也是有史以来效率最高的活塞发动机之一,能把燃油中一半以上的能量转化为前进动力。大多数汽车发动机的效率约为30%,发电站的效率也很少超过45%。

一艘近400米长、载着一座小城市所需货物的船,以约25节的速度在海上航行。甲板下方,曲轴的转速仅比时钟秒针略快,每分钟一百多转,直接驱动一具与房屋等高的螺旋桨,中间没有变速箱。

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完成这项工作的发动机是14缸版本的瓦锡兰RT-flex96C,于2006年随丹麦集装箱船"艾玛·马士基"号首次出海。无论以何种标准衡量,它都是投入商业运营的最大往复式柴油发动机。

让400米长的船体保持25节航速是很高的要求。船舶越用力破浪,水阻就越大,最后几节航速所需的功率增长远超速度本身的增长。

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船东向发动机制造商提出的数字从80兆瓦起步,并不断上升。最有能力回应这一需求的是瑞士苏尔寿公司,其二冲程船用柴油机为大型货船提供动力已有数十年。

1997年,苏尔寿的发动机业务被芬兰瓦锡兰公司收购。瓦锡兰保留了苏尔寿的设计,并以新品牌继续开发。

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艾玛·马士基号上的发动机并非凭空出现,其谱系可追溯到1994年。当时苏尔寿推出了RTA96C,一款缸径96厘米的低速船用柴油机,专为即将到来的大型集装箱船浪潮设计。

96厘米的缸径足以让人爬进去。2000年,已归入瓦锡兰旗下的这款发动机再次升级,14缸版本的图纸开始出现。

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纸面上,更大的配置可达约80兆瓦。更难的变革发生在2003年,从RTA转向RT-flex。

RT-flex设计取消了凸轮轴,代之以电子控制的共轨系统。燃油储存在沿发动机布置的高压油轨中,控制系统在精确时刻将其喷入各气缸。

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走进艾玛·马士基号的机舱,首先感受到的是置身于一座建筑之中。发动机占据三层甲板,全长约27米,相当于一个网球场的长度,从曲轴到缸顶高约13.5米。

14个气缸排成一条直线,每缸缸径960毫米,冲程约2.5米,总排量约25480升,而一辆家用汽车发动机的排量为1至2升。全功率时曲轴转速约为每分钟102转。

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发动机与螺旋桨之间没有变速箱,曲轴直接连接螺旋桨轴,驱动直径约10米的六叶螺旋桨。发动机不是靠高速旋转产生动力,而是以巨大而持久的力量推动螺旋桨。

在艾玛·马士基号上,这套装置的额定功率为80080千瓦,约合10.9万马力。后来配备改进涡轮增压器和调校的版本达到84.42兆瓦,约合11.4万马力。

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其比油耗约为每千瓦时171克,接近燃烧重油的活塞发动机理论极限,最佳工况下热效率超过50%。在最大持续功率下,发动机每天消耗多达250吨重油,这就是推动近400米满载船舶横渡大洋的代价。

有人会问,动力如此强劲,这种发动机为何不用在军舰上?事实上,这类大型低速柴油机只适合远洋货轮。

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它体积过于庞大,而军舰上每一寸空间都有战略意义。低速柴油机运行时噪音也较大,不符合军舰对机动性和隐蔽性的要求。

艾玛·马士基号是马士基E级8艘船中的首制船,长约397米,宽56米,下水时是世界最大的集装箱船之一。它的名义载箱量约1.1万标准箱,服务航速接近25节,单台14缸RT-flex96C使这一船期成为可能。

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2006年6月,船舶即将完工之际,船厂突发大火。火灾始于生活区,并迅速蔓延至上层。

100多名消防员赶赴现场,整个菲英岛都能看到浓烟,人员彻夜奋战,阻止火势蔓延至下层甲板。火势最终得到控制,生活区在船厂重建,工期仅推迟数周。

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2006年9月,艾玛·马士基号从奥胡斯启航,开始前往亚洲的首航,投入商业运营。2007年,配备升级涡轮增压器的14缸RT-flex96C最大持续输出功率提升至84.42兆瓦。

随后,德国曼恩柴油机公司推出14K98ME-C7,缸径98厘米,比瓦锡兰宽2厘米,计划额定功率87220千瓦。然而,2008年金融危机对集装箱航运业的冲击几乎超过任何行业。

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贸易量骤降,运价暴跌,重油价格居高不下。业界普遍采取降速航行,将设计航速约25节的船舶降至20或21节。

曼恩的14K98ME-C7始终未获订单,纪录仍属于艾玛·马士基号及其姊妹船上的14缸RT-flex96C。2015年,瓦锡兰出售二冲程发动机业务,新公司名为温特图尔发动机公司,总部位于瑞士温特图尔,中国船舶集团持有多数股权。

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这款发动机的谱系源自瑞士,由芬兰开发,在日本铸造,装入丹麦和韩国船厂建造的船体,如今的图纸所有者在上海,可谓现代造船业的缩影。进入21世纪20年代,14缸RT-flex96C仍保持着投入商业运营的最强往复式柴油机纪录。

如今订单转向燃烧液化天然气或甲醇的双燃料设计、氨燃料试验以及电池混合动力,船体围绕更低航速设计。从行业最新动态看,航运减排仍在推进。

2025年4月,国际海事组织海上环境保护委员会第83届会议批准了《净零框架》草案;同年10月,该框架的正式通过被推迟一年。与此同时,温特图尔发动机公司也在推进甲醇、氨等新型燃料发动机的研发。

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曾经以马力论高下的船用发动机,正在转向以低碳论高下。RT-flex96C是大型燃油柴油机时代的巅峰。

这项纪录或许会长久保持,不是因为无人能造出更大的发动机,而是因为业界如今追求的目标,是以更少的空气和水体污染运送同样的货物。