柴油機(jī)的歷史與輝煌，看它如何一舉成名

發(fā)布時間：2022-01-09 人氣： 949

現(xiàn)如今，我們身邊的卡車基本都是以柴油發(fā)動機(jī)為主，柴油發(fā)動機(jī)的技術(shù)提升也間接推動著商用汽車工業(yè)的發(fā)展。尤其是近幾年國內(nèi)重型卡車大馬力化和國六化也促生了柴油發(fā)動機(jī)的升級和進(jìn)化。
不光是在卡車圈，在歐洲等地，小型柴油發(fā)動機(jī)也在乘用車上廣泛裝車。到底柴油發(fā)動機(jī)有何神奇魅力?柴油發(fā)動機(jī)具有哪些獨(dú)特本事呢?大家不妨跟隨筆者一起了解下柴油發(fā)動機(jī)的風(fēng)云歷史。
▎前世:工業(yè)革命的中堅力量
關(guān)于柴油發(fā)動機(jī)的歷史我們要先追溯他的老祖宗-蒸汽機(jī)。
世界上最早的蒸汽機(jī)是一個名為汽轉(zhuǎn)球的東西，由古希臘數(shù)學(xué)家希羅發(fā)明。它主要是通過一鍋開水形成的水蒸氣通過反作用力來帶動空心球旋轉(zhuǎn)。不過這么個東西只是用來給三歲小孩看熱鬧的。而在第一次工業(yè)革命被廣泛應(yīng)用的蒸汽機(jī)源自于法國物理學(xué)家帕平在十七世紀(jì)發(fā)明的高壓鍋杠桿式安全閥，并在1690年以此為基礎(chǔ)研發(fā)出活塞式蒸汽機(jī)的原型。
活塞式蒸汽機(jī)在工作時先將開水汽化形成的水蒸氣灌入活塞中，當(dāng)活塞被推動到上止點(diǎn)時，關(guān)閉蒸汽進(jìn)氣閥門，打開冷卻水閥門，使活塞內(nèi)的蒸汽遇冷液化，并在活塞內(nèi)形成真空狀態(tài)?；钊獠渴艽髿鈮簭?qiáng)的作用下推動活塞向運(yùn)功，如此循環(huán)。這種蒸汽機(jī)最早運(yùn)用于采礦業(yè)中礦井抽水的工作。
后來，英國發(fā)明家詹姆斯·瓦特將活塞式蒸汽機(jī)從立式改為臥式，把杠桿運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動，并采用蒸汽膨脹壓力法推動活塞。不斷受到改良的蒸汽機(jī)在第一次工業(yè)革命中立下了汗馬功勞，但是因其熱效率低。體積龐大、結(jié)構(gòu)笨重等缺陷，只能運(yùn)用于工廠的動力來源以及輪船、火車這種中大型交通工具上。
▎鋪墊:汽油內(nèi)燃機(jī)的誕生
隨著石油工業(yè)在十九世紀(jì)中后期的蓬勃發(fā)展，一種新型的動力機(jī)械-內(nèi)燃機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。
1860年，比利時籍法國發(fā)明家艾蒂安·勒努瓦發(fā)明了最早的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，這種內(nèi)燃機(jī)工作時，當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動時，進(jìn)排氣口都被關(guān)閉，燃料與空氣混合后在氣缸頂端被壓縮的同時，也增加了底部曲軸箱的容積，混合氣體被吸入底部的空間，當(dāng)活塞運(yùn)動到上止點(diǎn)時，電火花塞點(diǎn)燃混合氣體，并推動活塞下行。
此時，排氣口被打開，燃燒之后的廢氣排出活塞，之后開啟進(jìn)氣口，吸入混合氣體并壓縮至曲軸箱頂部燃燒室，開始下一次做功。
艾蒂安發(fā)明的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，但燃?xì)庠谶M(jìn)入內(nèi)部燃燒室時會有一部分未被燃燒的混合氣體供排氣口排出燃燒室，且燃?xì)馊紵龝r推動活塞下行的行程較短，導(dǎo)致燃料利用效率低。因此被用在小型交通工具和用作小型動力源。這就是二沖程汽油發(fā)動機(jī)的雛形。
為了提高燃料利用率，1876年，德國發(fā)明家奧古斯特·奧托發(fā)明了一種新型四沖程內(nèi)燃機(jī)，采用獨(dú)特的“奧托循環(huán)”燃燒技術(shù)。
首先，活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動并吸入混合氣體，其次，活塞會在曲軸的慣性作用下向上壓縮燃?xì)狻Ｖ?，電火花塞再點(diǎn)燃混合氣體，產(chǎn)生的爆燃使活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動，最后，打開排氣閥，活塞從下指點(diǎn)運(yùn)行到上止點(diǎn)，并借此慣性排除廢氣，完成一次工作循環(huán)。相比較之前的內(nèi)燃機(jī)，“奧托循環(huán)”燃燒技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)能提高燃料的利用效率。
▎發(fā)明:異想天開的想法
奧托成功發(fā)明了四沖程內(nèi)燃機(jī)之后，年輕的德國小伙魯?shù)婪颉さ屹悹枦Q定在此基礎(chǔ)上完全去掉點(diǎn)火系統(tǒng)，改為壓縮空氣后再噴入燃料完成做功。后來，由于汽油的化學(xué)性質(zhì)無法采用這種做功方式，小狄決定改用植物油作為燃料。這一舉動也促成了后來在內(nèi)燃機(jī)上使用植物燃料的先例。
在實(shí)驗(yàn)植物油失敗后，小狄把眼光放在了當(dāng)時還未被重視的石化產(chǎn)品-柴油身上。1892年2月17日，世界上第一臺柴油發(fā)動機(jī)研制并點(diǎn)火成功，并申報了專利?？上ё畛醯牟裼桶l(fā)動機(jī)可靠性不過關(guān)，使得狄塞爾遭受到了沉重的打擊。
1913年10月，狄賽爾在一艘橫渡英吉利海峽的油輪上被大浪卷走，不幸離世。享年55歲。后人為紀(jì)念狄賽爾的這一偉大發(fā)明，人們把柴油發(fā)動機(jī)也叫作“DIESEL”。
二戰(zhàn)期間，前蘇聯(lián)研制的T-34型坦克在戰(zhàn)場上大放異彩，成為戰(zhàn)場功勛，與它搭載的V12柴油發(fā)動機(jī)密不可分。
T-34型坦克搭載的60°V型12缸柴油發(fā)動機(jī)采用了比較特殊的結(jié)構(gòu)，兩列的汽缸都先接合于一只接合器上，在與曲軸連接。曲軸除了連接其他動力總成設(shè)備的同時，還帶動了散熱風(fēng)扇，并確保發(fā)動機(jī)的氣缸都能依靠慣性平穩(wěn)運(yùn)行。
當(dāng)柴油發(fā)動機(jī)工作時，先把進(jìn)氣閥打開，活塞下行吸入空氣，之后，活塞上行壓縮空氣使缸內(nèi)的氣壓達(dá)到峰值，然后，噴油嘴向氣缸噴射高壓霧化后的柴油，遇到高溫高壓空氣時瞬間產(chǎn)生燃燒并推動活塞下行。此時打開排氣口，活塞在向上把燃燒后的廢氣推出排氣口。12個汽缸以一定的時間錯開工作，使發(fā)動機(jī)的動力輸出不會中斷。
因其柴油燃料質(zhì)地較粘稠，相對于汽油不容易揮發(fā)，使得T-34型可以肆無忌憚的增加副油箱，而柴油發(fā)動機(jī)動力強(qiáng)勁(當(dāng)時的最大功率是500馬力，最大扭矩為2652牛米)和燃料利用率高等特點(diǎn)使柴油發(fā)動機(jī)一舉成名。

自此之后，柴油發(fā)動機(jī)開始被大范圍應(yīng)用在各行各業(yè)，創(chuàng)造了無與倫比的價值。