當今社會,柴油機在許多行業(yè)被普遍使用,大功率高速柴油機用于配套重型汽車、大型客車、工程機械、船舶發(fā)電機組等,全球農(nóng)用柴油機市場也不斷高漲......
到底柴油發(fā)動機有何獨特優(yōu)勢?筆者帶你追根溯源一番內(nèi)燃機的誕生與發(fā)展始末。
最早的蒸汽機
工業(yè)革命的開始
世界上第一臺蒸汽機是由古希臘數(shù)學家希羅于公元一世紀發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球,燒開的水蒸氣通過球兩端的噴口噴出推動球旋轉(zhuǎn)。當然,最終這只不過作為玩具存在過而已。
最早的實用蒸汽機是用來給礦井抽水的。首先燒一鍋開水將蒸汽灌入活塞,當活塞上升到頂時,蒸汽閥關(guān)閉,冷卻水閥打開,氣缸內(nèi)蒸汽冷凝后氣壓下降造成真空,活塞在大氣壓的作用下向下運動,帶動抽水泵。如此反復(fù),后來人們找到了將活塞運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動的方法,并改用力道更足的蒸汽膨脹壓力方式來推動活塞。
蒸汽機開啟了工業(yè)革命,使人類文明駛?cè)肓艘煌鶡o前的單行道,技術(shù)的進步促使其不斷得到改良,但蒸汽機的一些固有缺陷,如效率低、結(jié)構(gòu)笨重卻一直未能被克服,使得其只能為船舶、火車之類的大型交通工具提供動力。
燃氣內(nèi)燃機的快速發(fā)展
19世紀后半葉,隨著石油資源的開發(fā)利用,內(nèi)燃機應(yīng)運而生,1860年比利時工程師艾蒂安·勒努瓦以蒸汽機為藍本制成了首臺燃氣內(nèi)燃機。
這種燃氣內(nèi)燃機便是后來二沖程汽油機的原型,當活塞從下止點向上止點運動時,導(dǎo)氣口和排氣口先后被關(guān)閉,燃料和空氣組成的混合燃氣在氣缸頂部被壓縮,與此同時,上行的活塞使底部曲軸箱容積增大,混合燃氣從進氣口被吸入進來。當活塞行至上止點時電火花塞點燃混合燃氣推動活塞下行,排氣口先被打開,燃燒完的廢氣得以釋放,接著打開導(dǎo)氣口,下行的活塞將混合燃氣從曲軸箱壓入頂部燃燒室,新一輪的循環(huán)開始。
這種二沖程內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)簡單,體積小巧,但燃氣進入燃燒室過程中會有一部分從排氣管泄漏出去,且燃氣點燃后推動活塞下行做功行程較短,總體來說燃料利用效率低,所以現(xiàn)代二沖程汽油機主要用于摩托車、鏈鋸以及模型等小型設(shè)備上。
介于這種局限性,德國工程師尼古拉斯奧托于1876年制成了“新奧托發(fā)動機”即四沖程發(fā)動機的原型,被稱為奧托循環(huán)。
其工作原理:首先進氣閥打開吸入混合燃氣,然后活塞在曲軸慣性作用力推動下上行壓縮燃氣火花塞點火爆燃推動活塞下行做功,排氣閥打開活塞上行排除廢氣,如此循環(huán),四沖程內(nèi)燃機相比二沖程內(nèi)燃機燃料利用率更高。
柴油機發(fā)明者魯?shù)婪蚱D難的一生
與之前兩位創(chuàng)下成功基業(yè)的德國同胞不同,柴油機的發(fā)明者魯?shù)婪颉さ先麪杽t是命途多舛。
當奧托發(fā)明四沖程內(nèi)燃機時,石油產(chǎn)品并不普及,而且煤氣儲存攜帶極不方便,這使得迪塞爾想出用植物油解決燃料問題的辦法。但植物油的點火性能不佳,無法套用奧托內(nèi)燃機結(jié)構(gòu),于是迪塞爾決定另起爐灶,提高內(nèi)燃機壓縮比,利用壓縮產(chǎn)生的高溫高壓點燃油料,但壓縮產(chǎn)生的壓力可使溫度達到500-700°C,如此大的壓力使得其鋼結(jié)構(gòu)強度成了難題。
在一次實驗中發(fā)生了意外,導(dǎo)致他創(chuàng)業(yè)失敗,財盡油枯的狄賽爾只好重新回到工廠打工。但他并沒有放棄,繼續(xù)利用業(yè)余時間完善自己的機器發(fā)明。隨著石油制品的普及,更為廉價的燃料——柴油被迪塞爾選中。
功夫不負有心人,1892年,第一臺實用柴油機誕生。隨后的幾年間,狄賽爾不斷努力完善其各方面的性能。盡管相比同級別汽油機,柴油機擁有更大扭矩和更高的燃料利用率,但壓燃的工作原理使得其缸體比較厚重,整體相對汽油機要笨重很多,所以,在普通汽車級別噸位的載具上柴油機的競爭遇到了失敗,到1913年狄賽爾已經(jīng)處于破產(chǎn)邊緣,在這年夏天他在乘坐英吉利海峽渡輪時墜海身亡。
柴油機真正的復(fù)興源于戰(zhàn)爭
柴油機的真正復(fù)興便是源于二戰(zhàn)時俄軍的T-34坦克。
其發(fā)動機共有12個氣缸,分為兩列,成V字形,以60°夾角對稱排列。
由于四沖程的一個工作周期內(nèi)進出氣閥只需各打開一次,而主軸此時已經(jīng)轉(zhuǎn)了兩圈,所以用齒數(shù)相差一半的大小兩齒輪將其轉(zhuǎn)速減半后便可等速傳遞給控制閥門的凸輪機構(gòu)了。12個氣缸將各自的工作周期以一定角度錯開,保障發(fā)動機整體為坦克提供源源不斷的澎湃動力。
戰(zhàn)后,柴油機從軍用走向民用,為運輸業(yè)和工業(yè)制造創(chuàng)造了無與倫比的價值。經(jīng)過多年的研究和新技術(shù)的應(yīng)用,現(xiàn)代柴油機的現(xiàn)狀與往日不可同喻,比如:
玉柴聯(lián)合動力6K發(fā)動機使用最新的
Top-DownCooling冷卻技術(shù)、
獨創(chuàng)性引入精確燃燒和電子控制技術(shù)、
發(fā)動機逆向橫流冷卻技術(shù)、
高強度材料和高效發(fā)動機缸內(nèi)制動技術(shù),
顏值與實力兼具!
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