■■■
1897年2月17日,慕尼黑工業(yè)大學(xué)理論工程學(xué)教授莫里茨?施耐特(MoritzSchr?ter)對魯?shù)婪?狄塞爾的新型發(fā)動機(jī)進(jìn)行了官方認(rèn)證測試。測試目的是核實(shí)該柴油發(fā)動機(jī)的效率,從而論證其商業(yè)化開發(fā)的適用性。
這個重達(dá)4.5噸的發(fā)動機(jī)成績斐然:在滿功率13.4千瓦(18馬力)狀態(tài)下,其熱效率達(dá)35%,機(jī)械效率達(dá)75%,這樣一來其凈效率可達(dá)26%。狄塞爾在一封寫給太太的信中,字里行間洋溢著滿滿的自豪感:“我的發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)前無古人,因此我可以自豪地稱自己為這個行業(yè)中的翹楚。”那年晚些時候,柴油發(fā)動機(jī)的凈效率達(dá)到了30%,是當(dāng)時的四沖程汽油內(nèi)燃機(jī)效率的2倍之多。
隨著時間的推移,這種效率差距不斷縮小,但如今的柴油發(fā)動機(jī)仍然比汽油發(fā)動機(jī)的效率高出15%~20%甚至更多。柴油發(fā)動機(jī)有若干優(yōu)勢:它采用能量密度更高的燃料(比汽油高出近12%);它的自燃點(diǎn)使得其壓縮比更高(通常高達(dá)汽油發(fā)動機(jī)的2倍),這會讓燃料燃燒得更為充分,且能冷卻排出的廢氣;它更長的沖程和更低的旋轉(zhuǎn)速度減少了摩擦損失;它可以燃燒含有多種物質(zhì)的低濃度燃料,對精煉燃料的品質(zhì)要求極低;它沒有節(jié)流閥;而且如今的高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)可以將燃油以300兆帕(50年前是60兆帕)的壓強(qiáng)噴射進(jìn)汽缸。
但令人失望的是,1897年這項(xiàng)創(chuàng)紀(jì)錄的測試之后并沒有隨之出現(xiàn)快速的商業(yè)化應(yīng)用。狄塞爾關(guān)于他的發(fā)動機(jī)“具有極佳的市場前景”以及“這項(xiàng)測試將自然而然地開發(fā)其自身價值”的結(jié)論是錯誤的。到了1911年,丹麥船只“斯蘭迪亞”才成為第一艘采用柴油發(fā)動機(jī)的遠(yuǎn)洋貨船,柴油機(jī)也是到了一戰(zhàn)后才在船運(yùn)領(lǐng)域居于主導(dǎo)地位。重型鐵路牽引是柴油機(jī)的第一項(xiàng)大范圍的陸上應(yīng)用,接著是重型公路運(yùn)輸、越野車輛以及建筑和農(nóng)業(yè)機(jī)械。第一輛柴油汽車——梅賽德斯-奔馳260D誕生于1936年,但是柴油發(fā)動機(jī)從未在美國市場占據(jù)主流:即使是現(xiàn)在,也僅有3%的輕型載貨汽車使用柴油。而在歐盟,約有40%的轎車是柴油汽車。
■■■
柴油發(fā)動機(jī)最初的愿景是用做小型發(fā)動機(jī),作為產(chǎn)業(yè)分權(quán)化的工具由小規(guī)模的獨(dú)立生產(chǎn)者采用,但在120年后,情況正好相反。柴油發(fā)動機(jī)毫無爭議地成為了大規(guī)模集中工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵角色和全球化不可替代的原動力。柴油發(fā)動機(jī)實(shí)質(zhì)上支撐著所有集裝箱運(yùn)貨船和車輛運(yùn)輸公司,以及大宗商品(比如石油、液化天然氣、礦石、水泥、化肥和糧食)的運(yùn)輸。它們也為幾乎所有的卡車和貨運(yùn)列車提供動力。
作為讀者的你所使用、食用和穿著的大部分物品都由柴油發(fā)動機(jī)所驅(qū)動的機(jī)械運(yùn)輸過至少一次,通常是多次。這些物品常常來自其他大陸:衣物來自孟加拉國,橙子來自南非,原油來自中東,鋁礬土來自牙買加,汽車來自日本,計(jì)算機(jī)來自中國。柴油發(fā)動機(jī)成本低、效率高、可靠性高,極為耐用,沒有它們,我們就不可能達(dá)到目前的全球化程度,更無從定義現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)。
經(jīng)過了一個多世紀(jì)的使用歷程,柴油發(fā)動機(jī)的容量和效率都得到了提升。目前用于船運(yùn)的最大型柴油發(fā)動機(jī)的額定功率超過81兆瓦(10.9萬馬力),最大凈效率在50%以上——優(yōu)于燃?xì)鉁u輪的約40%(不過聯(lián)合循環(huán)燃?xì)鉁u輪能利用廢氣,凈效率可達(dá)61%)。
柴油發(fā)動機(jī)已經(jīng)穩(wěn)如磐石:今年已滿120歲的它依然經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、十分高效且穩(wěn)妥可靠,沒有競爭對手能像它一樣成為大規(guī)模的動力源,維系住經(jīng)濟(jì)全球化。
作者:Vaclav Smil
往期推薦
中國搞定超級金屬:飛機(jī)火箭發(fā)動機(jī)全靠它了!