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柴油发动机问世120周年

时间:2024-01-30

1897年2月17日慕尼黑工业大学理论工程学教授莫里茨•施耐特(MoritzSchröter)对鲁道夫•狄塞尔的新型发动机进行了官方认证测试。测试目的是核实该柴油发动机的效率,从而论证其商业化开发的适用性。

这个重达4.5吨的发动机成绩斐然:在满功率13.4千瓦(18马力)状态下,其热效率达35%,机械效率达75%,这样一来其净效率可达26%。狄塞尔在一封写给太太的信中,字里行间洋溢着满满的自豪感:“我的发动机设计前无古人,因此我可以自豪地称自己为这个行业中的翘楚。”那年晚些时候,柴油发动机的净效率达到了30%,是当时的四冲程汽油内燃机效率的2倍之多。

随着时间的推移,这种效率差距不断缩小,但如今的柴油发动机仍然比汽油发动机的效率高出15%~20%甚至更多。柴油发动机有若干优势:它采用能量密度更高的燃料(比汽油高出近12%);它的自燃点使得其压缩比更高(通常高达汽油发动机的2倍),这会让燃料燃烧得更为充分,且能冷却排出的废气;它更长的冲程和更低的旋转速度减少了摩擦损失;它可以燃烧含有多种物质的低浓度燃料,对精炼燃料的品质要求极低;它没有节流阀;而且如今的高压共轨燃油喷射系统可以将燃油以300兆帕(50年前是60兆帕)的压强喷射进汽缸。

但令人失望的是,1897年这项创纪录的测试之后并没有随之出现快速的商业化应用。狄塞尔关于他的发动机“具有极佳的市场前景”以及“这项测试将自然而然地开发其自身价值”的结论是错误的。到了1911年,丹麦船只“斯兰迪亚”才成为第一艘采用柴油发动机的远洋货船,柴油机也是到了一战后才在船运领域居于主导地位。重型铁路牵引是柴油机的第一项大范围的陆上应用,接着是重型公路运输、越野车辆以及建筑和农业机械。第一辆柴油汽车——梅赛德斯-奔驰260D诞生于1936年,但是柴油发动机从未在美国市场占据主流:即使是现在,也仅有3%的轻型载货汽车使用柴油。而在欧盟,约有40%的轿车是柴油汽车。

柴油发动机最初的愿景是用做小型发动机,作为产业分权化的工具由小规模的独立生产者采用,但在120年后,情况正好相反。柴油发动机毫无争议地成为了大规模集中工业生产的关键角色和全球化不可替代的原动力。柴油发动机实质上支撑着所有集装箱运货船和车辆运输公司,以及大宗商品(比如石油、液化天然气、矿石、水泥、化肥和粮食)的运输。它们也为几乎所有的卡车和货运列车提供动力。

作为读者的你所使用、食用和穿着的大部分物品都由柴油发动机所驱动的机械运输过至少一次,通常是多次。这些物品常常来自其他大陆:衣物来自孟加拉国,橙子来自南非,原油来自中东,铝矾土来自牙买加,汽车来自日本,计算机来自中国。柴油发动机成本低、效率高、可靠性高,极为耐用,没有它们,我们就不可能达到目前的全球化程度,更无从定义现代经济。

经过了一个多世纪的使用历程,柴油发动机的容量和效率都得到了提升。目前用于船运的最大型柴油发动机的额定功率超过81兆瓦(10.9万马力),最大净效率在50%以上——优于燃气涡轮的约40%(不过联合循环燃气涡轮能利用废气,净效率可达61%)。

柴油发动机已经稳如磐石:今年已满120岁的它依然经济实惠、十分高效且稳妥可靠,没有竞争对手能像它一样成为大规模的动力源,维系住经济全球化。

作者:Vaclav Smil

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