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如果用*簡(jiǎn)單方式看待歷史,那么組成歷史的僅僅包括年代、人名、故事三個(gè)要素。雖然時(shí)間跨度沖淡他的年代和故事,但他應(yīng)該感到欣慰,因?yàn)橹辽偎拿值靡粤鱾?。魯?shù)婪颉さ屹悹?RudoflDiesel)一個(gè)永遠(yuǎn)不會(huì)被忘卻的名字。
命運(yùn)多篤的發(fā)明家
在科學(xué)史上,人們總是會(huì)對(duì)那種無(wú)心插柳卻一舉成功的故事津津樂(lè)道,比如倫琴射線、青霉素、宇宙微波背景輻射等等。當(dāng)然能有上述的成就固然可敬,但還有一種同樣可敬的人:他們?cè)谟猩瓴粩嗵剿?,但成就卻不被世人承認(rèn),直到多年之后他們的成就才發(fā)揚(yáng)光大。柴油發(fā)電機(jī)的***魯?shù)婪?狄賽爾就是這樣的一個(gè)人。
狄賽爾1858年出生在法國(guó)巴黎,他的父親是德國(guó)奧古斯堡的精制皮革制造商。成年之后,狄賽爾進(jìn)入了德國(guó)的慕尼黑技術(shù)大學(xué)攻讀。就在他讀大學(xué)期間的1876年,德國(guó)人奧托研制成功了第一臺(tái)4沖程煤氣發(fā)動(dòng)機(jī),這是法國(guó)技師羅夏內(nèi)燃機(jī)理論第一次得到實(shí)際運(yùn)用。這一成就鼓舞了當(dāng)時(shí)從事機(jī)械動(dòng)力研究的許多工程師,這其中既包括后來(lái)汽車的***卡爾·奔馳和戈特利普·戴姆勒,也包括對(duì)機(jī)器動(dòng)力十分有興趣的年輕人狄賽爾。
與致力于改造奧托發(fā)動(dòng)機(jī)的奔馳和戴姆勒不同,狄賽爾的想法更為超前,他想完全舍去發(fā)動(dòng)機(jī)中的點(diǎn)火系統(tǒng),靠壓縮空氣發(fā)熱,噴入燃料后自燃做功,這種方式完全區(qū)別于吸入燃?xì)饣旌蠚恻c(diǎn)燃做功的方式,后人稱狄賽爾的原理為“壓縮式內(nèi)燃機(jī)”原理。當(dāng)然狄賽爾產(chǎn)生這樣的設(shè)想也并不是空穴來(lái)風(fēng),因?yàn)楫?dāng)時(shí)并沒(méi)有發(fā)明分電器和高壓點(diǎn)火線圈,點(diǎn)火裝置非常簡(jiǎn)陋和不穩(wěn)定,狄賽爾想跳過(guò)這個(gè)技術(shù)障礙完全是可以理解的。不久,他在法國(guó)人約瑟夫·莫勒特(JosephMollet)發(fā)明的氣動(dòng)打火機(jī)上找到了靈感,并堅(jiān)持不懈的探索下去。
狄賽爾沒(méi)有料到,他的想法實(shí)現(xiàn)起來(lái)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比發(fā)明點(diǎn)火系統(tǒng)復(fù)雜的多,他所遇到的第一個(gè)就是燃料問(wèn)題。常用的汽油非常活躍,也非常容易點(diǎn)燃,但汽油卻不能適應(yīng)有很高的壓縮比的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī),一旦把汽油霧化噴入含有高溫、高壓空氣的燃燒室,就會(huì)發(fā)生猛烈的敲缸甚至爆炸。舍去汽油是必然的,狄賽爾創(chuàng)造性把他的目標(biāo)指向了植物油。經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn),對(duì)于植物油的嘗試也失敗了,但他是第一個(gè)把植物油料引入內(nèi)燃機(jī)的人,因而近現(xiàn)代鼓吹“綠色燃料”者都把狄賽爾尊為鼻祖。
*終燃料選擇鎖定在了石油裂解產(chǎn)物中一直未被重視的柴油上。柴油相對(duì)于汽油來(lái)說(shuō)性質(zhì)非常穩(wěn)定,比較難于點(diǎn)燃,同時(shí)柴油一旦點(diǎn)燃會(huì)冒出大量的黑煙,因而它又不能像煤油那樣用作照明。但柴油穩(wěn)定的特性卻恰恰適合于壓燃式內(nèi)燃機(jī),在壓縮比非常高的情況下柴油也不會(huì)出現(xiàn)爆震,這正是狄賽爾所需要的。經(jīng)過(guò)近20年的潛心研究,狄賽爾終于在1892年試制成了第一臺(tái)壓燃式內(nèi)燃機(jī),也就是柴油機(jī)。
這臺(tái)柴油機(jī)用汽缸吸入純空氣,再用活塞強(qiáng)力壓縮,使空氣體積縮小到15倍左右,溫度上升到500—700度,然后用壓縮空氣把霧狀柴油噴入汽缸,與缸中高溫純空氣混合,由于汽缸這是已經(jīng)有了較高的溫度,因而柴油噴入后自行燃燒做功。1892年2月27日,狄賽爾取得了此項(xiàng)技術(shù)的**。
柴油機(jī)的*大特點(diǎn)是省油,熱效率高,但狄賽爾*初試制的柴油機(jī)卻很不穩(wěn)定,1894年,狄賽爾改進(jìn)了柴油機(jī)并使其能運(yùn)行1分鐘左右,盡管他的柴油機(jī)還并不穩(wěn)定,但狄賽爾卻迫不及待的把它投入了商業(yè)生產(chǎn),因?yàn)樗母?jìng)爭(zhēng)對(duì)手早在1886年就把汽油機(jī)安裝車輛上,而8年之后,汽油機(jī)汽車已經(jīng)投入了商業(yè)運(yùn)作。這位只了解技術(shù)并不了解商業(yè)運(yùn)作的發(fā)明家犯下了一生中*大的一次錯(cuò)誤,他急于推向市場(chǎng)的20臺(tái)柴油機(jī)由于技術(shù)不過(guò)關(guān),紛紛遭到了退貨,這不但給了他巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),更重要是影響了柴油機(jī)在公眾的印象,在隨后的幾年里幾乎沒(méi)有廠家或個(gè)人樂(lè)意裝配柴油機(jī)。沒(méi)有了資金來(lái)源又負(fù)債累累,這就使得狄賽爾的晚年陷入了極端貧困。1913年10月29日,55歲的狄賽爾獨(dú)自一人呆站在橫渡英吉利海峽的輪船甲板上,被巨浪卷入了大海(多數(shù)歷史學(xué)家認(rèn)為狄賽爾是跳海自盡的)。為了紀(jì)念狄賽爾,人們把柴油發(fā)動(dòng)機(jī)命名為Diesel。
東方不亮西方亮
狄賽爾做夢(mèng)都想看到自己的發(fā)明能大規(guī)模裝載在汽車上,但他致死都沒(méi)有看到這一天??陀^的講,狄賽爾的柴油機(jī)確實(shí)存在著不少缺陷,其中*大的問(wèn)題就是重量。由于柴油機(jī)汽缸壓力比汽油機(jī)高很多,因而柴油機(jī)的缸體要比汽油機(jī)粗壯許多,同時(shí)早期的柴油機(jī)為壓縮空氣使用的空氣壓縮機(jī)質(zhì)量也非常巨大,這就使得柴油機(jī)整體上十分笨重,極不適應(yīng)當(dāng)時(shí)骨架還很嬌小的汽車。但柴油機(jī)擁有汽油機(jī)不可比擬的扭矩優(yōu)勢(shì),在功率相同時(shí)柴油機(jī)又擁有很大燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì),這就讓人們并沒(méi)有放棄它。
1924年,美國(guó)的康明斯公司正式采用了泵噴油器,這一發(fā)明有效地降低了柴油機(jī)的質(zhì)量,同年在柏林汽車展覽上MAN公司展示了一臺(tái)裝備柴油機(jī)的卡車,這是第一臺(tái)裝有柴油機(jī)的汽車。不久以后,博世公司開(kāi)始正式生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)泵噴油器,正是由于柱塞泵的普及,為柴油機(jī)安裝在汽車上提供了基礎(chǔ)。1936年,奔馳公司生產(chǎn)出了第一臺(tái)柴油機(jī)轎車260D,這時(shí)距狄賽爾去世已經(jīng)23年。
盡管30年代已經(jīng)有轎車安裝了柴油機(jī),但真正為柴油機(jī)提供發(fā)揮舞臺(tái)的還是重型機(jī)械和裝甲車輛。二戰(zhàn)中,美國(guó)的舒爾曼坦克和德國(guó)虎式坦克都使用汽油機(jī),虎式坦克以其強(qiáng)大的火力和厚重的裝甲占得了上風(fēng),美軍只能拿數(shù)量來(lái)扯平。但在蘇聯(lián)戰(zhàn)場(chǎng),蘇軍的T-34坦克的火力和裝甲雖也不及虎式坦克,但T-34使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī),他在中彈后不易起火,這樣就大大提高了戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。戰(zhàn)后,各國(guó)汲取了戰(zhàn)爭(zhēng)中的教訓(xùn),都為自己的坦克換裝了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
20世紀(jì)50年代以后,兩大陣營(yíng)在坦克功率方面進(jìn)行了不斷的軍備競(jìng)賽,這無(wú)形中大大加速了柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展。人們知道噴油壓力直接影響著柴油機(jī)的功率和扭矩,因而世界各大柴油機(jī)制造公司都在拼命提高柴油機(jī)的噴油壓力,在這個(gè)時(shí)期,康明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT噴油系統(tǒng),從而大規(guī)模的提高了噴油壓力。
得償夙愿
如果說(shuō)柴油機(jī)在重型機(jī)械上得到應(yīng)用是狄賽爾的無(wú)心插柳,那么電控技術(shù)使柴油機(jī)回到了轎車領(lǐng)域才真正讓狄賽爾得償夙愿。
如果想把柴油機(jī)引入轎車領(lǐng)域,那么必須解決柴油的排放和振動(dòng)問(wèn)題。實(shí)際上,柴油機(jī)排氣中CO和HC比汽油機(jī)少得多,NOx排放量與汽油機(jī)相近,只是排氣微粒較多,這與柴油機(jī)燃燒機(jī)理有關(guān)。柴油機(jī)是一種非均質(zhì)燃燒,混合氣形成時(shí)間很短,而且混合氣形成與燃燒過(guò)程交錯(cuò)在一起。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn):柴油機(jī)噴油規(guī)律,噴入燃料的霧化質(zhì)量,氣缸內(nèi)氣體的流動(dòng)以及燃燒室形狀等均直接影響燃燒過(guò)程的進(jìn)展以及有害排放物的生成。
除了靠提高噴油壓力和柴油霧化效果來(lái)改善排放,使用預(yù)噴射也是行之有效的方法。預(yù)噴射就是在主噴射之前的某一時(shí)刻精確的噴入約為1-2毫升的預(yù)噴油量,從而使燃燒室被加熱,縮短了隨后進(jìn)行的主噴射的著火延遲期。于是溫度與壓力上升減緩,降低了燃燒噪聲水平和NOx。70年代以后,博世公司把電控汽油機(jī)噴射技術(shù)引用回柴油機(jī),從而讓柴油機(jī)的發(fā)展和使用進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元。
*先出現(xiàn)的電控噴油泵技術(shù),而后又發(fā)展出了電控泵噴嘴技術(shù)和高壓共軌噴射技術(shù),后兩種技術(shù)是現(xiàn)在*主要的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)。其中,電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力非常高,可以達(dá)到2050bar,并且泵和噴嘴裝在一起,所以只需要很短的高壓油引導(dǎo)部分,泵噴嘴系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)很小的預(yù)噴量,其噴油特性是三角形的,并采用了分段式預(yù)噴射,這很符合發(fā)動(dòng)機(jī)的要求(大眾公司的TDI發(fā)動(dòng)機(jī)就是使用這種技術(shù))。但電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響,使用蓄壓系統(tǒng)的高壓共軌技術(shù)可以解決這個(gè)問(wèn)題,但它的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng),能達(dá)到1600bar,有些公司看中了它對(duì)任意缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油壓力調(diào)節(jié)很寬泛的特點(diǎn),對(duì)其大加采用(*早使用高壓共軌的轎車是阿爾法羅密歐156和奔馳C級(jí)別車)。
話說(shuō)到這里,柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)話題快告一段落了,但柴油機(jī)的故事肯定還沒(méi)有講完,因?yàn)槿藗冊(cè)絹?lái)越發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)的無(wú)窮魅力:高扭矩、高壽命、低油耗、低排放,柴油機(jī)成為解決汽車能源問(wèn)題*現(xiàn)實(shí)和*可靠的手段。狄賽爾肯定沒(méi)有想到當(dāng)年他那個(gè)沒(méi)人問(wèn)津的丑小鴨,現(xiàn)在100%的重型車和近30%的乘用車都在使用。但可以讓狄賽爾感到欣慰的是,每當(dāng)打開(kāi)這些車的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋,都會(huì)看見(jiàn)一個(gè)名字——Diesel。