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    2014/04/22

           鲁道夫·狄赛尔(RudolfDiesel),柴油发动机的发明者,柴油用Diesel表示即用于纪念他在发动机史上的卓越贡献。
           自18世纪末瓦特改良了蒸汽机,蒸汽机成为世界发展的动力,但是早期的蒸汽机工作压力很低,结构笨重,效率不到5%。19世纪初,法国人萨迪·卡诺(Sadi Carnot)着眼热力学理论研究热机效率,提出了“卡诺循环”。
        德国工程师奥拓(N.A Otto)效仿卡诺提出了“奥拓循环”,即定容加热循环原理,其工作过程为:将可燃气体在气缸中压缩,再点燃压缩可燃气体,产生很强的推力,从而提高热效率和输出功率。奥托创建的内燃机工作原理一直在现代汽车发动机(汽油机)上沿用至今。1876奥托的第一台内燃机为单缸卧式,功率3.2千瓦(4.4马力),四冲程,转速为156转/分,压缩比为2.66,热效率达到14%,大大超过了蒸汽机。不过当时石油工业尚未起步,更谈不上汽油(第一台汽油机还要等到1883年才问世),因此这台发动机采用的燃料是煤气。由于煤气存储不便,存在安全性较差的缺点。同时由于奥托的内燃机采用的是点燃方式,当时完善的电点火装置还没有发明,点火装置可靠性也不佳。
           奥拓研制的世界首台4冲程煤气发动机的成功鼓舞了从事机械动力研究的许多工程师,包括著名的现代汽车先驱者卡尔·本茨和戈特利布·戴姆勒。同致力于改造奥拓发动机的本茨和戴姆勒不同的是,德国狄赛尔想法更为大胆超前,他想完全设计发动机的点火系统,靠压缩空气发热,喷入燃料后自然做工,这种区别于吸入燃气混合气点燃做功的方式被称作“压缩式内燃机”
           狄赛尔的这种想法是基于当时的环境条件提出的,当时还没有发明分电器和高压点火线圈,点火装置简陋且不稳定,狄赛尔想通过这种方式回避技术障碍。他在气动打火机上找到了灵感。但是狄赛尔又在燃料上陷入难题,常用汽油非常活跃,一旦把汽油雾化喷入含有高温高压空气的燃烧室,就会猛烈的敲缸甚至爆炸。于是,狄赛尔转向植物油的试验,虽然植物油的尝试也宣告失败,但是作为第一个把植物油引入内燃机的人,还是被现代鼓吹“绿色燃料”的人们奉为鼻祖。最终,狄赛尔将燃料锁定在了石油裂解产物中一直未被重视的柴油,柴油较于汽油有其明显的优势——性质稳定、难于点燃。柴油机的这种稳定特性正适用于压燃式内燃机,即使在压缩比非常高的情况下柴油机也不会出现爆震情况。经过近20年的潜心研究狄赛尔终于在1892年试制成了第一台压燃式内燃机,也就是柴油机,并申请了专利。
           这台柴油机用气缸吸入纯空气,再用活塞强力压缩,使空气体积压缩到15倍,温度上升到
    500~700℃,然后用压缩空气把雾状柴油喷入气缸,与缸中高温纯空气混合,由于气缸这时已世界上第一台柴油机

    经有了较高的温度,因而柴油喷入后自行燃烧做功。
           狄赛尔随后找到了德国的奥格斯堡机器制造厂
    ——曼恩(M.A.N)公司的前身,1897年第一台能安全运转的柴油机被制造出来,狄赛尔亲自启动了发动机。这台单缸发动机的功率仅为14瓦,效率为26%,却已远超过当时的蒸汽机和奥拓式内燃机。
           狄赛尔最初试制的柴油机很不稳定,1894年,改进后的柴油机能够运行一分钟左右。狄赛尔迫不及待将柴油机投入使用,但是由于他急于推向市场的20台柴油机技术不过关遭到了退货,不仅使狄赛尔经济出现状况,同时也影响了柴油机的形象。随后几年几乎没有个人或厂家乐意装配柴油机,1913年,狄赛尔被巨浪卷走(多数历史学家认为他是跳海自尽),狄赛尔至死没能看到柴油机能够批量装载在汽车上。
           狄赛尔的柴油机本身存在不少的缺陷,其最大的问题便是重量。柴油机的内部压力比汽油机高很多,故而柴油机缸体比汽油机粗壮很多,同时早期为柴油机提供压缩空气的压缩机质量也非常巨大,最终柴油机整体十分笨重,并不适应当时骨架很小的汽车。
            1924年,美国康明斯公司正式采用泵喷油器,使得柴油机质量明显降低。同年,曼恩公司在柏林汽车展上展示了一台装备柴油机的卡车。不久,博世公司开始正式生产泵喷油器,由于柱塞泵的普及为柴油机安装在汽车上提供了基础,1936年,本茨公司生产了第一台柴油机轿车260D,距离狄赛尔逝世已有23年之久。
           真正使柴油机站在鲜明地位的是在重型机械和装甲车辆上的使用,二战中,美国的舒尔曼坦克和德国虎式坦克都使用汽油机,护士坦克以其强大的火力和厚重的庄稼占得上风,美军只能在数量上与虎式坦克一较高低。但是在苏联战场上,苏军的T-34坦克的火力和装甲虽不及虎式坦克,但是T-34的柴油发动机在中弹后不易起火,大大提高了战场的生存能力。战后,各国纷纷借鉴都将自己的坦克换成了柴油发动机。
           20世纪50年代以后,两大阵营在坦克功率方面进行了不断的军备竞赛,这无形中大大加速了柴油机技术的发展。由喷油压力决定柴油机功率和扭矩这一特点,世界各大柴油机制造公司拼命提高柴油机的喷油压力,此时,康明斯公司已研究成功完全不同于柱塞泵的PT喷油系统,大大提高了喷油压力。70年代以后,博世公司把电控汽油机喷射技术引用到柴油机,自此柴油机的使用发展重新进入一个新的纪元。
           电控喷油泵技术之后又发展出了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术,其后发展的两种技术现在广泛用于柴油机电控喷射技术。
           柴油机——高扭矩、高寿命、低油耗、低排放,成为解决汽油能源问题最现实的手段。两个世纪过去,柴油机由最初无人问津到现在广泛应用于重型车辆和乘用车,但凡打开这些车的发动机盖,都可以看到属于狄赛尔的姓氏标记——Diesel,以教人铭记这个在柴油机发明人的卓越贡献。