第18章 工業動力及材料科技(1)(2 / 3)

三、內燃機

如果說,發明於18世紀的蒸汽車極大地提高了工廠大規模生產的產量,為鐵路和輪船提供了能量;那麼,發明於19世紀末的內燃機則通過汽車大大增加了人們的流動性,成為人們日常交通中最重要的工具之一。

在一個半世紀以前,薩弗裏、瓦特等人所發明的蒸汽機已利用了汽缸外的熱,然後由熱生成的蒸汽進入汽缸驅動活塞。當時人們曾經想到,可以使某種無火焰的氣體和空氣的混合物在汽缸內發生反應,所燃燒產生的能量便可以直接驅動活塞。假如這樣的內燃機被研製出來,那麼它要比蒸汽機體積小且啟動速度快。於是,1859年,勒努瓦第一個設計用煤氣作為燃料,製造出了第一台實用型內燃機。這台內燃機由雙作用式蒸汽機改裝,采用滑閥以便將煤氣和空氣的混合物導入裝有活塞的汽缸,然後被感應線圈所產生的電火花引燃,推動活塞移動。它是一種使用煤氣和混合氣的二衝程發動機。

1860年,勒努瓦將這台內燃機裝在一輛小型貨車上,行駛了10千米,曆時3小時。於是這輛車成為世界上第一輛用內燃機驅動而不再‘使用馬拉的車子”。

在勒努瓦的內燃機發明後,人們為提高它的效率做了許多嚐試。1861年,奧托製成一台煤氣發動機,1864年與德國工業家歐根·蘭根共同研製並改進了一台發動機,並在1867年的巴黎博覽會上獲得金質獎章。1876年,奧托利用法國工程師羅沙的內燃機原理,設計製造了一台以煤氣為燃料、火花點火、單缸臥式的四衝程內燃機,成為內燃機的真正發明者。

1877年,奧托獲得這一發明專利權,而且這種內燃機很快就得到了廣泛應用。他逝世時,人們為紀念這位有重大貢獻的發明家,就將四衝程循環係統稱為“奧托係統。”

狄塞爾是四衝程柴油發動機的發明者。他出生在巴黎,但父母都是德國人,少年時代為躲避法德戰亂,全家逃到英國倫敦避難。戰爭結束後,狄塞爾在奧格斯堡和慕尼黑工業大學接受教育。大學期間,他開始從事蒸汽機的研究,一心想發明一種新的發動機。大學畢業後,狄塞爾做起了冷藏機工程師,當時他曾打算製造利用氨氣的蒸汽機,但最終以失敗告終。到了1885年,他的興趣轉移到他稱之為“合理熱機”的問題上來,冷藏機的液氨壓縮機在壓縮過程中產生大量熱量給他留下了深刻影響。

1890年,狄塞爾回到柏林,潛心研究動力機。狄塞爾希望製造出比汽油發動機更好的柴油發動機。1897年,他終於成功了。理論上講柴油機效率要高於汽油機,更適合作為船舶的動力;此外,柴油機無須電子點火,它使用的柴油也比汽油更便宜。第一台發動機的功率為13千瓦,熱能損耗小,效率達38%,遠比蒸汽機和汽油機高。很快這種機器已經成為發電廠廣泛使用的固定發動機,經過不斷改進,現在不僅在船舶上使用,而且在大型公共汽車、卡車上也得到了廣泛應用。

四、工業的血液——石油開采及利用技術

石油是一種熱值高、比重低的可燃性液態能源礦產。隨著現代工業、國防、科學技術的發展,這個已經埋藏在地下千百萬年的“黑色洪流”,逐漸顯示出了自己的神奇妙用。目前,全球90%以上的交通能源都來自石油,而石油的開采,也成了眾所關注的話題。

石油是目前工業的主要能源之一。就像人無血液不能生存那樣,工業離開石油也不能正常發展,因此人們就將石油比喻成“工業的血液”。同煤相比,石油具有能量密度大、運輸儲存方便、燃燒後對大氣的汙染程度較小等優點。如今,從石油中提煉的燃料油不僅是各種工業的燃料,以石油為原料的液化氣和管道煤氣也是城市居民生活的優質燃料。飛機、坦克、火箭以及其他航天器,也需要消耗大量石油燃料。因此,許多國家都把石油列為戰略物資。

未被加工的石油就是原油。它是直接從地下開采出來的原料,是一種化石燃料。換句話說,它是由生活在數百萬年前的古代海洋動植物發生腐爛而自然形成的。任何發現原油的地點曾經都是海床。原油具有不同的顏色(從清澈到焦黑色)和黏度(從水狀到幾乎凝固)。它也是非常有用的原材料,能用來生產不同的物質。雖然原油的基本元素類似,但從地下開采的天然原油,在不同產區和不同地層,反映出的品種紛繁眾多,物理性質有很大的差別。