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第37章 永不停息的转动——内燃机

内燃机的发明开创了人类利用动力的******。

早期的蒸汽机对人类作出了巨大贡献,但是,它却存在着许多缺点。例如,蒸汽机必须有锅炉,因此它体积庞大,外形笨重,效率低。有没有办法克服蒸汽机的这些缺点呢?

经过分析研究,人们发现,蒸汽机的这些缺点与锅炉和汽缸分离有关,也就是与在汽缸外面的燃烧方式有关,这种燃烧方式称为“外燃”。如果不在蒸汽机内部点火燃烧,蒸汽机的效率就不可能大幅度提高。因此,人们又开始了把锅炉和汽缸合而为一的“内燃机”的研制工作。

1677年,有人做过利用燃烧烟气冷却后产生的真空来抽水的实验,也有人设想在汽缸内使火药爆炸,利用它产生的压力来启动活塞,但没有取得成功。1794年,又有人提出了内燃机的研制,但它仍然处在纸上谈“机”的阶段。在以后的一段时间里,有关内燃机的设想很多,但是实际制造出来的却很少。

1820年,有人试图用氢气和空气的混合燃烧来推动活塞;1823年,有人制造了一种用煤气作燃料的内燃机;1824年,法国科学家卡诺在研究热力学时,涉及到了一些内燃机的基本原理,提出了压缩点火的设想……总之,这个时期人们试制出来的内燃机既笨重,效率又底,很不实用。

为什么研制内燃机如此困难呢?原来,当时人们对内燃机工作原理很少进行研究。还没有找到提高效率的有效途径,而且燃料也是一大障碍:用煤吧,它很难在短时间里迅速燃烧,产生推动活塞运动的气体;用煤气吧,它受到的限制更多。一直到石油工业发展以后,内燃机才找到了合适的燃料。

当时,一名法国科学家德罗夏也专心致志于内燃机的研究。“为什么这些方法都不理想?有什么办法能够改进呢?”这个问题始终萦绕在德罗夏的脑海中。

1861年,经过多年的思考,一系列新的设想渐渐地形成了。德罗夏认为:内燃机要取得最高效率,必须满足两个条件,首先,点火前要高压;其次,燃气必须迅速膨胀,达到最大膨胀比。

对于如何实现这些条件,德罗夏也提出了具体步骤,概括起来就是把活塞运动分作四个冲程:活塞下移,进燃气;活塞上移,压缩燃气;点火,气体迅速燃烧膨胀,活塞下移作功;活塞上移,排出废气。在德罗夏的眼中,活塞就是内燃机的灵魂。

然而,德罗夏毕竟只是一个理论家,虽然他对自己设想的内燃机讲得头头是道,但是,却没有实际制造出内燃机来,他只是借助于别人的实践来构思自己的理论。

1861年的一天,29岁的奥托在翻阅当天的报纸时,被一条有关雷诺发明煤气内燃机的报导深深吸引住了,“这或许是件好买卖呢!如果我能把它造出来,可以赚不少钱哪!”

于是,从这一天起,奥托开始搜集有关内燃机的报道资料。1862年,他偶然读到了德罗夏的设想。

奥托开始了试制四冲程内燃机的工作。

然而,他的工作进展并不顺利,开始设计的内燃机在试验时总是要发生爆震。奥托不得不停下来,重新进行设计。

从1861年至1864年这四年时间里,奥托研制出了压缩式内燃机,并且取得了各国的专利。为了使自己的内燃机实用化,他和一个名叫兰根的朋友合作,于1864年开了一家“奥托公司”,他的内燃机在1867年的巴黎世界博览会上获得了金奖。借此,他又于1872年建立了“德意志煤气内燃机制造厂”,摩托车发明者戴姆拉也加入了这一公司,担任该厂的技术指导。

又经过四五年的努力,奥托终于把德罗夏的设想变成了现实,他研制的四冲程内燃机终于在1876年取得了成功,并在次年取得了专利,同年又在巴黎世界博览会上展出,博得了众口一词的好评。这个以“奥托”命名的煤气内燃机是最早获得成功的内燃机,奥托本人也赢得了内燃机发明人的荣誉。

以后,奥托又研制成了以汽油为燃料的内燃机,体积更小,转速更快。

奥托的内燃机也有不足之处,由于它只有一个汽缸,所以运转极不平稳。以后,英国科学家克拉克进行了一项改进措施,在一台内燃机中装上了两个汽缸,当一个汽缸处于回复阶段时,让另一个汽缸爆燃做功,从而使输出的动力较为均匀。

就在奥托试制成功四冲程内燃机的那一年,另一位德国人狄塞尔刚巧进入慕尼黑工业大学学习。在大学里,由于受导师的启发,他也开始设想研制新型的内燃机。经过五年的试验,狄塞尔终于于1897年制成了世界上第一台实用的压缩点火内燃机,也就是我们通常所称的柴油机。它体积小,所用的柴油价格低,而且柴油内燃机的效率也相当高。狄塞尔对他发明的柴油机感到十分自豪。

1912年,在一艘名叫“塞兰迪亚”号的轮船上安装了两台狄塞尔内燃柴油机,从而开辟了柴油机船的新时代。

内燃机被广泛应用于各个领域,它大大提高了工作的效率,使我们的生活越来越舒适。

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