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丑小鸭变天鹅 9分钟了解柴油机百年历史

来源:采集侠  发表时间:2018-02-22 21:36  点击次数:


【卡车之家 原创】当今社会,柴油机在许多行业被普遍使用,大功率高速柴油机用于配套重型汽车、大型客车、工程机械、船舶发电机组等,全球农用柴油机市场也不断高涨,到底柴油发动机有何独特优势?这里先追根溯源一番内燃机的诞生与发展始末。

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●  最早的蒸汽机 工业革命的开始

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世界上第一台蒸汽机是有古希腊数学家希罗于公元一世纪发明的汽转球,烧开的水蒸气通过球两端的喷口喷出推动球旋转,当然这玩意最终也只不过作为玩具存在过而已。

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最早的实用蒸汽机是用来给矿井抽水的,首先烧一锅开水将蒸汽灌入活塞,当活塞上升到顶时蒸汽阀关闭,冷却水阀打开,气缸内蒸汽冷凝后气压下降造成真空,活塞在大气压的作用下向下运动,带动抽水泵,如此反复,后来人们找到了将活塞运动化为旋转运动的方法,并改用力道更足的蒸汽膨胀压力方式来推动活塞。

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蒸汽机开启了工业革命使人类文明驶入了一往无前的单行道,技术的进步促使其不断得到改良,但蒸汽机的一些固有缺陷,如效率低、结构笨重却一直未能被克服,使得其只能为船舶火车之类大型交通工具提供动力。

● 燃气内燃机的快速发展

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19世纪后半叶,随着石油资源的开发利用内燃机应运而生,1860年比利时工程师艾蒂安·勒努瓦以蒸汽机为蓝本制成了首台燃气内燃机。

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这种燃气内燃机便是后来二冲程汽油机的原型,当活塞从下止点向上止点运动时,导气口和排气口先后被关闭,燃料和空气组成的混合燃气在气缸顶部被压缩,与此同时,上行的活塞使底部曲轴箱容积增大,混合燃气被从进气口吸入进来,当活塞行至上止点时电火花塞点燃混合燃气推动活塞下行,排气口先被打开燃烧完的废气得以释放,接着打开导气口,下行的活塞将混合燃气从曲轴箱压入顶部燃烧室,新一轮的循环开始。

这种二冲程内燃机结构简单,体积小巧,但燃气进入燃烧室过程中会有一部分从排气管泄漏出去,且燃气点燃后推动活塞下行做功行程较短,总体来说燃料利用效率低,所以现代二冲程汽油机主要用于摩托车、链锯以及模型等小型设备上。

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介于这种局限性,德国工程师尼古拉斯奥托于1876年制成了“新奥托发动机”即四冲程发动机的原型,被称为奥托循环。

其工作原理:首先进气阀打开吸入混合燃气,然后活塞在曲轴惯性作用力推动下上行压缩燃气火花塞点火爆燃推动活塞下行做功,排气阀打开活塞上行排除废气,如此循环,四冲程内燃机相比二冲程内燃机燃料利用率更高。

●  柴油机发明者鲁道夫艰难的一生

与之前两位创下成功基业的德国同胞不同,柴油机的发明者鲁道夫·迪塞尔则显得命途多舛的多。当奥托发明四冲程内燃机时石油产品并不普及而且煤气储存携带均不方便,这使得迪塞尔想用植物油解决燃料问题的办法,但植物油的点火性能不佳,无法套用奥托内燃机结构,于是迪塞尔决定另起炉灶,提高内燃机压缩比,利用压缩产生的高温高压点燃油料,但压缩产生的压力可达40-50个大气压温度达到500-700°C,如此大的压力使得其钢结构强度成了难题。

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在一次实验中发生了意外创业失败,财尽油枯的狄赛尔只好重新回到工厂打工,但他并没有放弃,继续利用业余时间完善自己的机器,随着石油制品的普及更为廉价的燃料柴油被迪塞尔选中。

功夫不负有心人,1892年第一台实用柴油机诞生,随后的几年间,狄赛尔在不断的努力完善其各方面的性能,尽管相比同级别汽油机柴油机拥有更大扭矩和更高的燃料利用率,但压燃的工作原理使得其缸体比较厚重,整体相对汽油机要笨重很多,所以,在普通汽车级别吨位的载具上柴油机的竞争遭到了失败,到1913年狄赛尔已经处于破产边缘,在这年夏天他在乘坐英吉利海峡渡轮时坠海身亡。

●  柴油机真正的复兴源于战争

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柴油机的真正复兴便是源于二战时俄军的T-34坦克。其发动机共有12个气缸,分为两列成V字形以60°夹角对称排列,相对排列的左右两个活塞连杆先共同连接于一只接合器上再连上曲轴。

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得到动力的主轴一端将动力传递至变速箱,而置于中间的散热风扇还兼有“飞轮”功能,即确保活塞的动力输出间隙,可以靠惯性继续稳定运转,主轴的另一端通过齿轮带动四冲程柴油机的重要辅助设备-进出气阀。

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