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一次中无心之举让全世界柴油机都带有他的“印记”

作者:中威网络部 来源:本站 发表时间:2020全民棋牌-4-14 17:20:10 查看:
在科学史上,人们总是会对那种无心插柳却一举成功的故事津津乐道,比如伦琴射线、青霉素、宇宙微波背景辐射等等 。当然能有上述的成就固然可敬,但还有一种同样可敬的人:他们在有生之年不断探索,但成就却不被世人承认,直到多年之后他们的成就才发扬光大 。柴油机的发明者鲁道夫·狄赛尔就是这样的一个人 。

狄赛尔1858年出生在法国巴黎,他的父亲是德国奥古斯堡的精制皮革制造商 。成年之后,狄赛尔进入了德国的慕尼黑技术大学攻读 。就在他读大学期间的1876年,德国人奥托研制成功了第一台4冲程煤气发动机,这是法国技师罗夏内燃机理论第一次得到实际运用 。这一成就鼓舞了当时从事机械动 力研究的许多工程师,这其中既包括后来汽车的发明者卡尔·奔驰和戈特利普·戴姆勒,也包括对机器动 力十分有兴趣的年轻人狄赛尔 。

与致 力于改造奥托发动机的奔驰和戴姆勒不同,狄赛尔的想法更为超前,他想完全舍去发动机中的点火系统,靠压缩空气发热,喷入燃料后自燃做功,这种方式完全区别于吸入燃气混合气点燃做功的方式,后人称狄赛尔的原理为“压缩式内燃机”原理 。当然狄赛尔产生这样的设想也并不是空穴来风,因 为当时并没有发明分电器和高压点火线圈,点火装置非常简陋和不稳定,狄赛尔想跳过这个技术障碍完全是可以理解的 。不久,他在法国人约瑟夫·莫勒特(Joseph Mollet)发明的气动打火机上找到了灵感,并坚持不懈的探索下去 。

狄赛尔没有料到,他的想法实现起来远远比发明点火系统复杂的多,他所遇到的第一个就是燃料问题 。常用的汽油非常活跃,也非常容易点燃,但汽油却不能适应有很高的压缩比的压燃式发动机,一旦把汽油雾化喷入含有高温、高压空气的燃烧室,就会发生猛烈的敲缸甚至爆炸 。舍去汽油是必然的,狄赛尔创造性把他的目标指向了植物油 。经过一系列试验,对于植物油的尝试也失败了,但他是第一个把植物油料引入内燃机的人,因 而近现代鼓吹“绿色燃料”者都把狄赛尔尊为鼻祖 。

发明柴油机

最终燃料选择锁定在了石油裂解产物中一直未被重视的柴油上 。柴油相对于汽油来说性质非常稳定,比较难于点燃,同时柴油一旦点燃会冒出大量的黑烟,因 而它又不能像煤油那样用作照明 。但柴油稳定的特性却恰恰适合于压燃式内燃机,在压缩比非常高的情况下柴油也不会出现爆震,这正是狄赛尔所需要的 。经过近20年的潜心研究,狄赛尔终于在1892年试制成了第一台压燃式内燃机,也就是柴油机 。

这台柴油机用汽缸吸入纯空气,再用活塞强 力压缩,使空气体积缩小到15倍左右,温度上升到500-700度,然后用压缩空气把雾状柴油喷入汽缸,与缸中高温纯空气混合,由于汽缸这是已经有了较高的温度,因 而柴油喷入后自行燃烧做功 。1892年2月27日,狄赛尔取得了此项技术的专利 。

柴油机的最大特点是油,热效率高,但狄赛尔最初试制的柴油机却很不稳定,1894年,狄赛尔改进了柴油机并使其能运行1分钟左右,尽管他的柴油机还并不稳定,但狄赛尔却迫不及待的把它投入了商业生产,因 为他的竞争对手早在1886年就把汽油机安装车辆上,而8年之后,汽油机汽车已经投入了商业运作 。这位只了解技术并不了解商业运作的发明家犯下了一生中最大的一次错误,他急于推向市场的20台柴油机由于技术不过关,纷纷遭到了退货,这不但给了他巨大的经济负担,更重要是影响了柴油机在公众的印象,在随后的几年里几乎没有厂家或个人乐意装配柴油机 。没有了资金来源又负债累累,这就使得狄赛尔的晚年陷入了极端贫困 。1913年10月29日,55岁的狄赛尔独自一人呆站在横渡英吉利海峡的轮船甲板上,被巨浪卷入了大海(多数历史学家认为狄赛尔是跳海自尽的) 。为了纪念狄赛尔,人们把柴油发动机命名为Diesel 。

发明闪光

狄赛尔做梦都想看到自己的发明能大规模装载在汽车上,但他致死都没有看到这一天 。客观的讲,狄赛尔的柴油机确实存在着不少缺陷,其中最大的问题就是重量 。由于柴油机汽缸压 力比汽油机高很多,因 而柴油机的缸体要比汽油机粗壮许多,同时早期的柴油机为压缩空气使用的空气压缩机质量也非常巨大,这就使得柴油机整体上十分笨重,极不适应当时骨架还很娇小的汽车 。但柴油机拥有汽油机不可比拟的扭矩优势,在功率相同时柴油机又拥有很大燃油经济性优势,这就让人们并没有放弃它 。

1924年,美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器,这一发明有效地降低了柴油机的质量,同年在柏林汽车展览上MAN公司展示了一台装备柴油机的卡车,这是第一台装有柴油机的汽车 。不久以后,博世公司开始正式生产标准泵喷油器,正是由于柱塞泵的普及,为柴油机安装在汽车上提供了基础 。1936年,奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D,这时距狄赛尔去世已经23年 。

尽管30年代已经有轿车安装了柴油机,但真正为柴油机提供发挥舞台的还是重型机械和装甲车辆 。二战中,美国的舒尔曼坦克和德国虎式坦克都使用汽油机,虎式坦克以其强大的火 力和厚重的装甲占得了上风,美军只能拿数量来扯平 。但在苏联战场,苏军的T-34坦克的火 力和装甲虽也不及虎式坦克,但T-34使用柴油发动机,他在中弹后不易起火,这样就大大提高了战场生存能 力 。战后,各国汲取了战争中的教训,都自己的坦克换装成了柴油发动机 。

20世纪50年代以后,两大阵营在坦克功率方面进行了不断的军备竞赛,这无形中大大加速了柴油机技术的发展 。人们知道喷油压 力直接影响着柴油机的功率和扭矩,因 而世界各大柴油机制造公司都在拼命提高柴油机的喷油压 力,在这个时期,康明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT喷油系统,从而大规模的提高了喷油压 力 。

得偿夙愿

如果说柴油机在重型机械上得到应用是狄赛尔的无心插柳,那么电控技术使柴油机回到了轿车领域才真正让狄赛尔得偿夙愿 。

如果想把柴油机引入轿车领域,那么必须解决柴油的排放和振动问题 。实际上,柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多,NOx排放量与汽油机相近,只是排气微粒较多,这与柴油机燃烧机理有关 。柴油机是一种非均质燃烧,混合气形成时间很短,而且混合气形成与燃烧过程交错在一起 。经过研究发现:柴油机喷油规律,喷入燃料的雾化质量,气缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排放物的生成 。

除了靠提高喷油压 力和柴油雾化效果来改善排放,使用预喷射也是行之有效的方法 。预喷射就是在主喷射之前的某一时刻精确的喷入约为1-2毫升的预喷油量,从而使燃烧室被加热,缩短了随后进行的主喷射的着火延迟期 。于是温度与压 力上升减缓,降低了燃烧噪声水平和NOx 。70年代以后,博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机,从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元 。

最先出现的电控喷油泵技术,而后又发展出了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术,后两种技术是最主要的柴油机电控喷射技术 。其中,电控泵喷嘴技术的喷油压 力非常高,可以达到2050bar,并且泵和喷嘴装在一起,所以只需要很短的高压油引导部分,泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量,其喷油特性是三角形的,并采用了分段式预喷射,这是很符合发动机的要求(大众公司的TDI发动机就是使用这种技术) 。但电控泵喷嘴技术的喷油压 力受发动机转速影响,使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题,但它的喷油压 力低于泵喷嘴系统,能达到1600bar,有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压 力调节很宽泛的特点,对其大加采用(最早使用高压共轨的轿车是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车) 。

话说到这里,柴油机话题快告一段落了,但柴油机的故事肯定还没有讲完,因 为人们越来越发现柴油机的无穷魅 力:高扭矩、高寿命、低油耗、低排放,柴油机成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段 。狄赛尔肯定没有想到当年他那个没人问津的丑小鸭,100%的重型车和近30%的乘用车都在使用 。但可以让狄赛尔感到欣慰的是,每当打开这些车的发动机盖,都会看见一个名字-Diesel 。
此文关键字:柴油机

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