书城历史108影响人类的重大事件
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第74章 更上一层楼

——内燃机研制成功

1885年盛夏的一天,坎修卡特城内的孩子们忘记了玩耍嬉戏,正安静地注视一辆价值昂贵的自行车。孩子们的家长也沿着河畔的陡坡走了过来。山坡上的人墙越来越厚。他们是为了要亲眼目睹一位中年绅士骑脚踏车行路的情景。

只见那位中年绅士手握脚踏车的龙头,作助跑动作,在滑行一段距离之后,就灵巧地跳上车子。他踩动踏板后,又去操纵安装在车子上的“机关”。突然,那“机关”发出了类似燃放百支爆竹那样的轰然巨响,还冒出了青白色的烟雾。车子被烟雾笼罩,一面不断发出巨大的爆炸声,一面以惊人的速度奔驰而去。在短短的1分钟之后,那位中年绅士又沿着河岸的山坡,回到了他出发的地方。这时候人们看到他的两只脚,仍然放在踏板上,根本没有踩动。这真是一件令人不敢相信的事实。世界上第一个骑机器脚踏车的人——德国人戴姆勒就这样平安无事地完成了他的试驶。

那个驱动脚踏车前进的“机关”,就是我们今天普遍应用在摩托车、汽车、飞机等上面的内燃机。

内燃机是一种将燃料直接放在汽缸内燃烧的动力机,它是用燃烧时产生的气体推动活塞或转子,将热能转化为机械能。它可以分为往复式和转动式两类,其中往复活塞式应用最为广泛。

关于制造内燃机的设想,早在蒸汽机发明之前就有了。到了18世纪,人们开始对内燃机进行新的探索。1794年英国人斯垂特提出了一种燃用松节油或柏油的内燃机,他的功绩在于第一次提出了燃料与空气混合的原理。5年后,德国工程师兰蓬第一次提出了以照明煤气作燃料,并用电火花点火的内燃机。但这些创意在当时没有引起人们的重视,因而都未能实现。

1820年英国的塞歇尔发表了关于以氢煤气为燃料的内燃机报告,试用氢气和空气的混合燃烧来推动活塞,在实验室里曾获得每分钟60转的成绩。1833年另一个英国人莱特提出了所谓“爆发”发动机,它直接利用燃气压力推动活塞做功,从而结束了真空机的历史。1857年意大利教师巴尔桑奇和玛特依西试验了“自由活塞”发动机,实现了爆发做功。但由于它的机械结构不合理,结果也告失败。经过半个多世纪的探索,1869年法国发明家里诺制’成了第一台实用的内燃机——二冲程、无压缩、电点火煤气机,到此为止,燃料混合气都是不进行压缩的。里诺发动机达到了这种无压缩的最高峰。

1861年法国工程师德罗夏对内燃机热力过程进行理论分析之后,提出了提高内燃机效率的关键措施。即预先压缩空气和可燃气的混合物,在此基础上,他提出了实现这些条件的具体步骤,即把活塞运动分成4个冲程:活塞下移,进燃气;活塞上移,压缩气体;点火,气体迅速燃烧膨胀,活塞下移做功;活塞上移排出废气。德罗夏提出的四冲程,只对内燃机理论做出了贡献,并没有实际制造出内燃机。

1876年德国的奥托教授把德罗夏的理论变成了现实,设计制造了第一台四冲程内燃机,赢得了内燃机发明人的荣誉。奥托内燃机诞生不久,就得到了广泛的推广和应用。但因为它只有一个汽缸,所以运转极不平稳。随即,英国工程师克拉克采取了一项改进措施。他在内燃机上装了两个汽缸,当一个汽缸处于回复阶段时,让另一个汽缸爆燃做功,从而使输出的动力较为均匀,这就是二冲程内燃机。

以上的内燃机都是用煤气作燃料,而煤气发生炉和管道供应系统占用体积大,只适用于固定在地面上的机器。随着社会化大生产的发展,交通运输业要求轻便的动力机,这个燃料系统就成了巨大的包袱。

19世纪末,石油工业的蓬勃发展,为内燃机的发展提供了良好的新燃料。德国工程师戴姆勒首先采用汽油作燃料,并对煤气机的庞大装置进行了改造,经过4年的探索,制成了小型引擎,并于1883年用小型引擎制成了小型高效汽油内燃机。在1885年8月,他把内燃机装在两轮车上,制成了世界上第一辆摩托车,这就是本文开头的一幕。同时,戴姆勒和德国工程师本茨二人以汽油机为动力分别独立制成了最早的可供实用的汽车,并获得专利。

但是,当时的汽油价格昂贵,许多科学家都想利用精炼次数较少、较便宜的液体为燃料来发动内燃机,1892年,德国工程师狄塞尔发明了完全靠压缩点火燃烧的柴油引擎,标志着往复式活塞内燃机的发明基本完成。

从内燃机的发展过程可以看到,在采用燃料上,内燃机经历了火药机、煤气机、汽油机到柴油机。在燃料的化学能转化为机械功的方式上,走过了从真空机、爆发机、二冲程无压缩机直到四、二冲程压缩内燃机的历程。

继蒸汽机之后,内燃机又一次引起交通运输的革命。特别是汽油机和柴油机的出现,为交通运输业开辟了广阔的前景。1886年装置汽油机的汽车诞生,开始了汽车工业的新时代;1887年汽油机驱动的轮船开始在江河湖海中出没往返,开辟了水上运输的新纪元;1903年装上汽油机的飞机开始翱翔长空,揭开了人类航运的新篇章。随着时间的流逝,1912年第一艘柴油机驱动的远洋轮建成;1913年第一台装置柴油的内燃机车诞生;1923年柴油机成为载重汽车的动力机械,随后又在大客车方面与汽油机并驾齐驱。

今天,虽然我们不能预知内燃机今后的命运,但是内燃机曾经改变了人类的生活方式,这一点是我们无法否认的,现代化的农业若是没有拖拉机,就无法经营。对一般人而言,如果没有轿车、卡车、公共汽车、柴油机车,恐怕不只是生活上不便,还会引起其他的问题。一百多年以前的人们从来也不敢想像会有“不用马拉的马车”,而生活在现代的我们,就更无法想像他们的处境。如果戴姆勒和奥托教授的努力没有结果,那么现代人要比一百年前的人类更感受到这种生活不便的压力。第一台能实用的内燃机,要用火作为燃料,这是17世纪荷兰数学家海更斯(1629年至1695年)的杰作。海更斯更著名的发明,是1656年左右制成世界第一个摆钟。

欧溯的童话中有长翅膀的天使,阿拉伯传说中有会飞的毛毯,中国的神话有一个跟头翻到十万八千里的孙悟空,人类渴望飞翔的梦想可谓源远流长!