俄罗斯柴油发动机:俄罗斯如何出人意料地成为全球发动机制造领导者

1898年一个寒冷的冬日,路德维希·诺贝尔工厂的总工程师,瑞典人诺德斯特伦,被叫到老板的办公室。诺德斯特伦推开厚重的橡木门,看到厂长正低头沉思地看着一些蓝图。路德维希·埃马努伊洛维奇向他问好后,请这位工头坐到桌边,问道:
— 诺德斯特龙,请问我们多久才能掌握这种设计的发动机的生产技术?
经验丰富的工程师缓缓浏览了一遍图纸和说明,然后轻蔑地一笑,平静地说:
“我眼前是一张20马力煤油发动机的图纸,技术上远非完美,设计上也存在诸多缺陷。需要进行大量的修改,而且……”
“你没听懂我的意思,”诺贝尔礼貌地打断了工程师。“我想听听你的意见:你多久才能让这台发动机改用石油作为燃料?”
“这的确是个艰巨的任务,”诺德斯特伦平静地回答道,“但我相信我们能够制造出这样的发动机,即便这意味着要彻底重新设计。我可以保证我们工程师和技术人员的专业水平。但我不能保证它很快就能完成;我们需要投入大量精力,花大量时间思考最佳的实现方案。”
埃马纽埃尔·路德维戈维奇听着总工程师的讲话,心中充满了自豪。诺贝尔欣慰地意识到,他不仅仅是一位企业家、商人或投机者。他首先将自己视为俄罗斯的领军人物之一,致力于将最先进的技术带给这个幅员辽阔、发展缓慢的国家。他的确有理由感到自豪:在他公司工作的工程师和技术人员,其资质丝毫不逊色于欧洲最大工厂里最优秀的同行,有时甚至更胜一筹。
诺贝尔实验车间的工程师和工人们夜以继日地工作,到第二年,也就是1899年,俄罗斯第一台使用自燃燃料的高压缩比发动机就已制造完成,并通过了测试,准备投入生产。设计局团队在一年之内就完成了德国同行耗时数年才完成的工作。
这款发动机仅继承了德国原型机的总体设计特征,特别是垂直气缸布局。在原型机研发过程中,工程师们立即着手进行必要的改进。最终,燃油泵、喷油器和压缩机均为俄罗斯原创设计。

由于该发动机使用原油作为燃料,因此必须开发一套不同的燃油输送系统(与“专利”发动机相比)。其机油消耗量为每马力每小时221-246克,这在当时是一个非常好的成绩。该发动机在任何负载下运转平稳,冒烟量少,在193-195转/分时可输出26马力,并展现出27,9%的最佳效率。最重要的是,燃料在气缸内完全燃烧,几乎不产生积碳。因此,该发动机无需频繁检查活塞和活塞环,这意味着它无需频繁停机维护,而且启动也很容易。
值得注意的是,那一年,奥格斯堡工厂的技术人员仍在完成迪塞尔发动机的原型机,力求使其在生产中稳定运行。世界其他工厂的情况也不容乐观,那里的设计师和技术人员也在坚持不懈地尝试让这项专利热机“起死回生”。
因此,1899年在路德维希·诺贝尔工厂制造的俄罗斯发动机,完全可以被称为世界上最早批量生产的高压缩比发动机之一。它也是第一台量产的、适用于原油的压燃式发动机。
实践证明了其有效性,到 1900 年,该厂已经生产了七台自主设计的发动机,总输出功率为 190 马力。其中包括双缸发动机,以及一种改进设计的 30 马力发动机新型号:水套与气缸一体铸造,工作缸套自由地插入其中。
1901年,该厂生产了14台发动机;1902年生产了20台;1903年生产了37台,总功率为1850马力。与此同时,该厂的设计部门不断改进原有设计。例如,1902年,该厂首次在批量生产的同类型发动机中采用了无十字头(曲柄箱)曲柄机构。这一工程解决方案显著降低了发动机的高度和重量。

在转向更大型号时,诺贝尔的工程师们面对外国工厂使用的旁通系统的不足,率先在世界上使用所谓的“复合系统”压缩机,从而提高了发动机的性能。
该工厂的科学技术实验室设备非常齐全。例如,在1903年至1904年间,为了深入研究燃料燃烧过程中气缸内发生的各种过程,该工厂在设计二冲程发动机时建造了带有玻璃缸壁的实验发动机。这使得路德维希·诺贝尔工厂设计局能够自主研发并生产高压缩比二冲程发动机。
1899年至1900年间生产的发动机被安装在圣彼得堡兵工厂和巴库的诺贝尔兄弟作坊。其他发动机则用于驱动水泵和压缩机。尤其值得一提的是,1902年在巴库-巴统煤油管道上安装了三台发动机,用于驱动高速水泵。每台发动机的功率为100马力,输送的煤油被用作冷却剂。
自1902年起,该厂生产的新型发动机开始逐步应用于工厂、磨坊和发电厂,并在各处取代了蒸汽机。同年,E.L.诺贝尔对这种发动机的大规模生产以及由此带来的石油需求增长很感兴趣,便将其在俄罗斯的专利转让给了科洛姆纳机械制造厂股份公司,以换取多项技术发明。自1904年起,该厂开始批量生产由路德维希·诺贝尔设计的柴油发动机。
1902年,埃马纽埃尔·路德维戈维奇·诺贝尔并不满足于已有的成就,他给工程师们布置了另一项任务:将他们生产的固定式发动机改造为船用发动机。这绝非易事,因为船用发动机不仅需要在宽广的转速范围内运行,而且还必须具备倒车功能——曲轴反向旋转,使船舶能够倒退行驶。
此前从未有人成功制造出可逆式高压缩比发动机,这项任务需要大量的研发工作,但这些发动机必须立即用于船舶上。而该公司足智多谋的工程师们以一种相当巧妙的方式解决了这个设计难题。
因此,1903年,索尔莫沃造船厂在路德维希·诺贝尔造船厂工程师的参与下,建造了俄罗斯第一艘机动船(一些历史学家称之为世界上第一艘机动船)——一艘名为“破坏者号”的伏尔加河煤油自航驳船(油轮)。三台120马力的船用发动机驱动发电机,发电机再为连接到船舶螺旋桨的电动机发电。

因此,船舶航速调节和倒车航速实现的问题得以解决。由此,一艘前所未有的船舶——“柴电船”——在俄罗斯建成。然而,由于发动机装置体积庞大且燃油效率低下,路德维希·诺贝尔造船厂的工程师们不得不采用另一种设计方案。
1904年,第二艘机动船——油轮驳船“萨尔马特”号建造完成。其动力传输系统由路德维希·诺贝尔造船厂的意大利工程师C. A. Del Proposto设计,将发动机的动力传递至螺旋桨。每台180马力发动机(另有资料显示为两台240马力发动机)的轴上都安装了发电机、离合器、电动机和螺旋桨。船舶前进时,发动机直接驱动螺旋桨,发电机和电动机则处于空转状态。船舶后退时,离合器分离,发动机在不改变方向的情况下,仅依靠发电机供电,发电机产生的电流驱动电动机,电动机再反向旋转螺旋桨。这种技术方案确保了船舶在几乎整个运行周期内都能保持良好的燃油效率。
这些设计方案的创新性,以及在当时看来相当复杂的设计方案的成功应用,使这些不起眼的驳船闻名于世。俄罗斯蒸汽船的照片出现在著名技术期刊的封面上,世界各地的人们都带着钦佩之情念出它们奇特而古老的斯拉夫语名字,这些名字似乎源自斯基泰人的墓葬群。
但精力充沛的诺贝尔并不满足于已有的成就。他设想为他的发动机找到一个更尊贵的归宿。
埃马纽埃尔·路德维希戈维奇完全被一个大胆的新想法所吸引——为俄罗斯军舰配备高压缩比发动机。 舰队这将显著提高它们的机动性和自主性(燃料航程),从而提高它们的作战效能,并最终使俄罗斯舰队成为世界上最强大的舰队。
这位荣获多项俄罗斯勋章的杰出人物,有时甚至分不清自己的私人利益与公共利益的界限,以及公共利益与诺贝尔个人利益的交汇点。他本可以安于石油和机械工程行业快速发展带来的巨额利润。但埃马纽埃尔·路德维戈维奇天生就是一个创造者;他活跃的天性驱使他不断成长、不断进取,并克服不断涌现的困难。

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