柴油機(jī)的歷史與輝煌，看它如何一舉成名

發(fā)布時(shí)間：2022-01-09 人氣： 928

現(xiàn)如今，我們身邊的卡車(chē)基本都是以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為主，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)提升也間接推動(dòng)著商用汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展。尤其是近幾年國(guó)內(nèi)重型卡車(chē)大馬力化和國(guó)六化也促生了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)和進(jìn)化。
不光是在卡車(chē)圈，在歐洲等地，小型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也在乘用車(chē)上廣泛裝車(chē)。到底柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有何神奇魅力?柴油發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)的風(fēng)云歷史。
▎前世:工業(yè)革命的中堅(jiān)力量
關(guān)于柴油發(fā)動(dòng)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(gè)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(guò)一鍋開(kāi)水形成的水蒸氣通過(guò)反作用力來(lái)帶動(dòng)空心球旋轉(zhuǎn)。不過(guò)這么個(gè)東西只是用來(lái)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(guó)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(shí)先將開(kāi)水汽化形成的水蒸氣灌入活塞中，當(dāng)活塞被推動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉蒸汽進(jìn)氣閥門(mén)，打開(kāi)冷卻水閥門(mén)，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(dòng)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(lái)，英國(guó)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(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并采用蒸汽膨脹壓力法推動(dòng)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(chǎng)的動(dòng)力來(lái)源以及輪船、火車(chē)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(dòng)力機(jī)械-內(nèi)燃機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。
1860年，比利時(shí)籍法國(guó)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(shí)，當(dāng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(shí)，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(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，電火花塞點(diǎn)燃混合氣體，并推動(dòng)活塞下行。
此時(shí)，排氣口被打開(kāi)，燃燒之后的廢氣排出活塞，之后開(kāi)啟進(jìn)氣口，吸入混合氣體并壓縮至曲軸箱頂部燃燒室，開(kāi)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(jiǎn)單，體積小巧，但燃?xì)庠谶M(jìn)入內(nèi)部燃燒室時(shí)會(huì)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(shí)推動(dòng)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(dòng)力源。這就是二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的雛形。
為了提高燃料利用率，1876年，德國(guó)發(fā)明家?jiàn)W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(dòng)并吸入混合氣體，其次，活塞會(huì)在曲軸的慣性作用下向上壓縮燃?xì)?。之后，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(dòng)，最后，打開(kāi)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(kāi)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(guó)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?lài)娙肴剂贤瓿勺龉?。后?lái)，由于汽油的化學(xué)性質(zhì)無(wú)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(dòng)也促成了后來(lái)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(shí)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(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)研制并點(diǎn)火成功，并申報(bào)了專(zhuān)利。可惜最初的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性不過(guò)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(dòng)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(chǎng)上大放異彩，成為戰(zhàn)場(chǎng)功勛，與它搭載的V12柴油發(fā)動(dòng)機(jī)密不可分。
T-34型坦克搭載的60°V型12缸柴油發(fā)動(dòng)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(dòng)力總成設(shè)備的同時(shí)，還帶動(dòng)了散熱風(fēng)扇，并確保發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸都能依靠慣性平穩(wěn)運(yùn)行。
當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，先把進(jìn)氣閥打開(kāi)，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(shí)瞬間產(chǎn)生燃燒并推動(dòng)活塞下行。此時(shí)打開(kāi)排氣口，活塞在向上把燃燒后的廢氣推出排氣口。12個(gè)汽缸以一定的時(shí)間錯(cuò)開(kāi)工作，使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出不會(huì)中斷。
因其柴油燃料質(zhì)地較粘稠，相對(duì)于汽油不容易揮發(fā)，使得T-34型可以肆無(wú)忌憚的增加副油箱，而柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力強(qiáng)勁(當(dāng)時(shí)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(dòng)機(jī)一舉成名。

自此之后，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始被大范圍應(yīng)用在各行各業(yè)，創(chuàng)造了無(wú)與倫比的價(jià)值。