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1897年2月17日,慕尼黑工業大學理論工程學教授莫里茨?施耐特(MoritzSchr?ter)對魯道夫?狄塞爾的新型發動機進行了官方認證測試。測試目的是核實該柴油發動機的效率,從而論證其商業化開發的適用性。
這個重達4.5噸的發動機成績斐然:在滿功率13.4千瓦(18馬力)狀態下,其熱效率達35%,機械效率達75%,這樣一來其凈效率可達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:“我的發動機設計前無古人,因此我可以自豪地稱自己為這個行業中的翹楚。”那年晚些時候,柴油發動機的凈效率達到了30%,是當時的四沖程汽油內燃機效率的2倍之多。
隨著時間的推移,這種效率差距不斷縮小,但如今的柴油發動機仍然比汽油發動機的效率高出15%~20%甚至更多。柴油發動機有若干優勢:它采用能量密度更高的燃料(比汽油高出近12%);它的自燃點使得其壓縮比更高(通常高達汽油發動機的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速度減少了摩擦損失;它可以燃燒含有多種物質的低濃度燃料,對精煉燃料的品質要求極低;它沒有節流閥;而且如今的高壓共軌燃油噴射系統可以將燃油以300兆帕(50年前是60兆帕)的壓強噴射進汽缸。
但令人失望的是,1897年這項創紀錄的測試之后并沒有隨之出現快速的商業化應用。狄塞爾關于他的發動機“具有極佳的市場前景”以及“這項測試將自然而然地開發其自身價值”的結論是錯誤的。到了1911年,丹麥船只“斯蘭迪亞”才成為第一艘采用柴油發動機的遠洋貨船,柴油機也是到了一戰后才在船運領域居于主導地位。重型鐵路牽引是柴油機的第一項大范圍的陸上應用,接著是重型公路運輸、越野車輛以及建筑和農業機械。第一輛柴油汽車——梅賽德斯-奔馳260D誕生于1936年,但是柴油發動機從未在美國市場占據主流:即使是現在,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。
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柴油發動機最初的愿景是用做小型發動機,作為產業分權化的工具由小規模的獨立生產者采用,但在120年后,情況正好相反。柴油發動機毫無爭議地成為了大規模集中工業生產的關鍵角色和全球化不可替代的原動力。柴油發動機實質上支撐著所有集裝箱運貨船和車輛運輸公司,以及大宗商品(比如石油、液化天然氣、礦石、水泥、化肥和糧食)的運輸。它們也為幾乎所有的卡車和貨運列車提供動力。
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動機所驅動的機械運輸過至少一次,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,計算機來自中國。柴油發動機成本低、效率高、可靠性高,極為耐用,沒有它們,我們就不可能達到目前的全球化程度,更無從定義現代經濟。
經過了一個多世紀的使用歷程,柴油發動機的容量和效率都得到了提升。目前用于船運的最大型柴油發動機的額定功率超過81兆瓦(10.9萬馬力),最大凈效率在50%以上——優于燃氣渦輪的約40%(不過聯合循環燃氣渦輪能利用廢氣,凈效率可達61%)。
柴油發動機已經穩如磐石:今年已滿120歲的它依然經濟實惠、十分高效且穩妥可靠,沒有競爭對手能像它一樣成為大規模的動力源,維系住經濟全球化。
作者:Vaclav Smil
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