书城科普读物世界大发现纪实系列丛书-自然世界的奇迹(上)
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第32章 内燃机的出现

蒸汽机使人类摆脱了以人力和畜力为动力的时代。火车飞奔,火轮远航,人类进入了火热的工业社会。

但是蒸汽机也在广泛的应用中暴露了它致命的弱点。

首先是效率低。蒸汽机要靠一座大锅炉来供给蒸汽,火在机外燃烧,热量大部分在外边损失掉了。当时蒸汽机的效率一般只有5%~8%,就是现代很好的蒸汽机,效率也不过是15%左右。

其次是个子大。笨重的蒸汽机往往要占很大的空间。早期的轮船大约有一半的空间被蒸汽机占领了。要想让蒸汽机开动一辆小卧车,那是根本办不到的。

能不能造出小巧、灵活、效率高的发动机呢?要是不让热机在外边加热,把火放到气缸里直接燃烧,让那胸中的烈火直接推动活塞,不是更好吗?

1791年,英国人巴柏开始用煤和油蒸馏出来的气体做实验。1794年,英国人斯特里特又用松节油做实验。1799年,法国人勒讷用煤气做实验。1820年,英国人塞西尔提出把氢气和空气混合在气缸里,点燃后爆炸推动活塞……

要想让烈火去驱动活塞上下运动,那是不容易的——如果只推一下,当然可以,但这又有什么用呢?经过几十年的探索,1862年有人提出了一套关于内燃机的理论。

让火在气缸内燃烧的发动机叫内燃机。与此相对应,像蒸汽机那样,在机外加热的发动机就叫外燃机。

内燃机应当有一个工作循环,这个循环分4步,叫四冲程。

第一步是“吸气”,活塞向下运行,把可燃气体和空气吸入气缸;第二步是“压缩”,活塞向上运行,压缩混合气体;第三步是“爆发”,也叫“做功”,用电火花点火把混合气体引燃,气体爆炸做功;第四步是“排气”,活塞向上运动,排出废气。

理论是从实践中总结出来的,反过来又为实践指出了一条光明之路。

1878年,德国人奥托根据四冲程的理论造出了一台能够实用的内燃机,用汽油做燃料。这种内燃机后来得到了推广。今天的汽油发动机仍然属于奥托内燃机。不过汽油是比较贵的。

能不能造出效率高、燃料便宜的内燃机呢?德国人狄塞尔决心探索这个难题。他辞去了一家公司的职务,用自己的钱建实验室,想用煤粉或者氨做燃料。一次次实验都失败了,有一次氨发生爆炸,几乎把他炸死。

狄塞尔从爆炸中得到启发:先把空气压缩,然后再向那被压缩了的高温空气喷燃料,是个好办法。这就是压燃式内燃机。

狄塞尔的内燃机与奥托内燃机的主要区别是,吸气冲程只吸空气,压缩冲程只压空气,做功冲程开始喷燃料,燃料爆发做功后再排气。

狄塞尔用煤粉、石油、汽油、煤油做实验,全失败了,工厂不再支持他。他又用柴油做实验,终于初步成功,办起了一家公司出售柴油机。然而那柴油发动机质量不过关,遭到了用户的攻击,公司破产了。

一贫如洗的狄塞尔无法再改进他的柴油机了,但他胸中的烈火仍然在燃烧着。他发愤著书,介绍柴油机;他低价地把专利卖给各国的工厂。他奔走着,宣传着,用自己那燃烧着的心,点燃着千千万万人。他把科学技术的普及当成了实现理想的火炬。

1912年,丹麦造的一艘以柴油机为动力的轮船下水了,它载重7.4×107牛顿,柴油机功率为1470千瓦。可惜的是,仅仅过了一年,狄塞尔在贫困中离开了人间。

今天,内燃机车、轮船、坦克都装上了狄塞尔发动机,它是第二次工业革命的主角之一。它的胸中燃烧着狄塞尔点燃的烈火!