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史海钩沉:史上第一辆汽车的故事3——内燃机崛起

钱棋牌游戏 www.zzzzby.com 2020年04月19日 19:31来源:人民车市

上回书说到,十九世纪中后期,蒸汽动力汽车的发展迎来了一波小高潮。蒸汽汽车虽然实现了道路机动的能力,但蒸汽机固有的先天缺陷成为汽车进一步发展的桎梏。诸如体积庞大、机身笨重、设备复杂、管理麻烦、启动缓慢、效率低下等等,这些缺点都源于蒸汽机有一个无法摆脱的锅炉。蒸汽机其实还有个别名叫“外燃机”。顾名思义,它是在汽缸外完成燃烧的?;谎灾?,煤炭等燃料先将锅炉内的水加热产生蒸汽,蒸汽再进入气缸推动活塞运动,这无疑加大了热损失,效率低下也就在所难免。能不能开发一种不需要锅炉,燃料直接在气缸内燃烧的动力系统呢?于是,“内燃机”这一全新概念成了各国科学家和工程师使出洪荒之力研发的目标。尽管卡尔.本茨成功将内燃机装上车成为举世公认的汽车发明者,但他本人并非开发新一代动力系统的始作俑者。我们不得不把话题再次扯远了。

应该说,蒸汽机的发明和应用,为其它动力机械的发展打开了思路。1824年,法国青年工程师、热力学的创始人之一尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺出版了《关于火的动力》一书,富有创造性地用“理想实验”的思维方法,提出了最简单,但具有重要理论意义的“卡诺热机”和“卡诺循环”概念及“卡诺原理”??ㄅ凳堑谝桓霭讶群投α翟谝黄鸬娜?,他的研究为提高热机效率指明了方向。然而天妒英才,卡诺年仅三十六岁便感染霍乱撒手人寰,未能亲自将理论付诸实践。遵照当时的防疫条例,霍乱患者的遗物一律烧毁,卡诺生前大量手稿因而付之一炬,仅有极少部分论文得以幸存。此后数十年间,卡诺的热机理论湮没在故纸堆中??ㄅ瞪爸坑崖薇戳衷诜ü栋倏破缆邸吩又旧显荆嚎ㄅ倒露赖厣?、凄凉地死去,他的著作无人阅读,无人承认。

法国英俊少年,热力学创始人卡诺(图片源于网络)

直到1862年,“卡诺循环”的卓越理念被另一位法国科学家阿方斯·博·德罗沙重新发现。德罗沙一直未能弄到卡诺的原著,只是通过别人的论文才了解到卡诺理论的精髓。他在卡诺原理的基础上,天才地提出了四冲程内燃机工作原理:活塞下移、进燃气;活塞上移,压缩燃气;点火,气体迅速燃烧膨胀,活塞下移做功;活塞上移,排出废气。四个冲程周而复始,推动机器不停运转。这个工作原理提出了取得最高效率和最佳经济性能所需要的条件:点火前要高压、燃气要迅速膨胀,达到最大膨胀比等。然而,德罗沙的研究成果在本国依然不受待见。心灰意冷之际,德罗沙的研究也止步于此。

四冲程内燃机理论的提出者德罗沙(图片源于网络) 墙内开花墙外香,虽然卡诺和德罗夏德的研究在法国未能开花结果,却让德国发明家尼古拉斯.奥古斯特.奥托深受启发。奧托1832年出生于德国的霍尔茨豪森,早在1861年,他就产生了制造新型四冲程循环发动机的想法。1862年1月,奥托建造了一个四冲程发动机工作模型。他在设法将这种新发动机实用化时却遇到了重重困难,一度将其束之高阁。有心栽花花不开无心插柳柳成荫,奥托与尤金.兰根合伙研制生产的一种经过改进、用煤气作燃料的两冲程发动机却大获成功。1867年,他们的这台两冲程发动机在巴黎世界博览会上获得金奖,此后销量大增,公司赢利扶摇直上。

内燃机实用化的先驱奥托(图片源于网络)

尽管两冲程发动机获利丰厚,但奥托并未就此裹足不前,他念兹在兹的依然是心目中的理想型内燃机——四冲程发动机。经过不懈努力,1876年,奥托终于设计出一种经过改进的点火系统,用它制造了一台实用化的四冲程发动机,并于翌年获得专利。这种四冲程发动机效率高、运转良好,因而在商业上获得了巨大成功,此后十七年间共售出5万余台。

四冲程内燃机原理示意图(图片源于网络)

值得一提的是,1886年,奥托因一项专利权争议放弃了发明四冲程发动机而获得的德国专利权。原来,德罗沙在1862年设计的四冲程内燃机虽然仅停留于纸面,但却申请并获得了专利权。虽然放弃了专利,奥托的胸怀却得到世人的广泛认可,并未影响他走上人生巅峰。奥托的公司通过生产内燃机赚得盆满钵满,而他本人也作为首位研制出实用化内燃机的人名垂青史,人们仍然将四冲程循环称为奥托循环原理。1952年和1964年,德国两次发行有关奥托和奥托循环的邮票,以纪念这位划时代的先驱。在美国人编著的《影响人类历史进程的100名人排行榜》一书中,奥托名列第61位。

德国发行的奥托纪念邮票(图片源于网络)

奥托的功绩不仅在于将内燃机从理论变为现实。在汽车发明过程中举足轻重的两位伟大发明家卡尔.本茨和戈特利叶博·戴姆勒也与其有着千丝万缕的联系??梢运?,没有奥托,很可能就没有日后本茨与戴姆勒所取得的伟大成就。

奥托研制的四冲程内燃机(图片源于网络)

内燃机的诞生,使得汽车有可能拥有一套比蒸汽机更轻便、更高效的动力系统。而卡尔本茨尝试将内燃机安装于三轮车架之上,则引领人类文明进入了崭新而辉煌的汽车时代。下一章我们终于可以聊聊卡尔.本茨发明汽车的故事了。再补充一段题外话。蒸汽机固然有诸多先天缺陷,但在内燃机汽车粉墨登场之初,蒸汽汽车并没有立刻偃旗息鼓败下阵来,而是与一度与内燃机汽车、电动汽车三足鼎立。英国汽车作家尼基.盖奥诺在1985年出版的《汽车:早期与复古,1886-1930》一书中指出:从1898年到1905年中有数不清的汽车厂家涌现。1902年美国共有909辆新车登记,其中485辆都是蒸汽汽车,占据半壁江山。您说什么?电动汽车是新能源汽车?拜托您多读点儿书,没文化真可怕。关于电动车这个话题,咱们以后找机会再好好掰扯掰扯。

1900年代电动汽车就与内燃机、蒸汽机汽车分庭抗礼。你确定电能在21世纪还算新能源?(图片来源于网络)

20世纪初期,随着技术进步,蒸汽动力汽车已经没有那么笨重,动力系统甚至比当时的同功率汽油发动机还轻巧,由于不需要变速箱,蒸汽汽车的传动系统结构简单,发动机的噪音和震动都比内燃机小。采用了快速锅炉后启动时间也缩短了很多。当然,蒸汽动力的主要缺陷还是无法根治,它的结构相对复杂且散热系统体积大,出发前依然需要给锅炉烧开水。

美国蒸汽车制造商斯坦利的海报(图片源于网络)

最知名的蒸汽汽车制造商当属斯坦利摩托马车制造公司,这家公司由美国缅因州的弗朗西斯·斯坦利和弗里兰·斯坦利兄弟在1902年创办。兄弟俩设计生产的斯坦利蒸汽汽车,曾经是美国最为流行的汽车。

被戏称为“棺材鼻”的斯坦利蒸汽汽车(图片源于网络)

1906年,艺高人胆大的赛车手佛瑞德·马里奥特手驾驶一辆由斯坦利兄弟制造的蒸汽汽车,在戴通纳海滩创造了保持一百余年的蒸汽汽车速度世界纪录。这俩蒸汽动力超级汽车名为“斯坦利火箭”,时速达到令人震惊的127.659英里(约合每小时205.447公里)?!八固估鸺币渤晌笔笔澜缟纤俣茸羁斓钠?,轻松击败众多使用内燃机的对手。

佛瑞德·马里奥特与“斯坦利火箭”(图片源于网络)

顺便再说一句,这一纪录直至2009年才被一辆英国制造的名为“世界最快水壶”的蒸汽汽车打破。你没看错,时至今日英国机械粉仍在深挖蒸汽机的潜能,不得不让我们对腐国人民的闲情逸致和脑回路另眼相看。这辆车长7.6米、宽1.7米、重达3顿。两级涡轮由12个蒸汽发生器推动,使用液化石油气作为燃料,动力系统功率360马力,每分钟消耗40升纯净水。试验在美国加州爱德华兹空军基地进行,“世界最快水壶”创造了时速242公里的惊人纪录。

打破纪录的“世界最快水壶”(图片源于网络)

“世界最快水壶”如今在英国的汽车博物馆中颐养天年(图片源于网络)

直至1908年,装备内燃机的福特T型轿车问世,低廉的价格和出色的可靠性使汽车开始从土豪专享向一般民众普及。在1924年购买一辆斯坦利740D蒸汽汽车要花费3950美元,这个价格足以买到一栋心仪的房子;而仅需500美元就可以买到一辆时尚的福特 T型车,内燃机汽车的成本优势令蒸汽汽车望尘莫及。1912年,启动电机开始在汽车中运用,以往内燃机汽车启动困难的问题也迎刃而解,再加上动力传动系统的进步,使得内燃机汽车终于后来居上,逐渐赢得统治地位。而一件意外灾难则成为压断骆驼脊背的最后一根稻草。1914年,北美洲爆发了口蹄疫,这种疾病导致马匹饮水槽被弃用,而饮水槽恰恰也是蒸汽汽车加水的来源,这无疑殃及了蒸汽汽车。虽然斯坦利兄弟后来研制了一种冷凝器和供热系统,使得蒸汽汽车不必每走三四十里就加一次水,但也无济于事,蒸汽汽车终究是无可奈何花落去。1924年,曾经叱咤风云的斯坦利汽车公司永久歇业,成了蒸汽汽车时代落幕的一个缩影。虽然蒸汽汽车日薄西山,但仍有极少数拥趸坚守蒸汽机路线。他们之中的佼佼者当属美国多布尔兄弟研发的蒸汽汽车。1906年,多布尔兄弟开始涉足蒸汽动力汽车设计,1914年成立了Doble Steam汽车制造公司。 多布尔兄弟设计的蒸汽发动机,采用了蒸汽冷凝器,减少了水的消耗,车辆行驶2400公里才需要加水。 另一个亮点是操作简便,车辆0-96公里/小时加速时间只需15秒,这在当时更堪称神速。

Doble Model E型蒸汽动力车底盘与动力系统(图片源于网络)

1922年,多布尔兄弟研制的Doble Model E型蒸汽动力车在性能指标上又有了很大的提升。即使在寒冷气候下发动机仅需30秒钟就可启动,最高车速达140公里/小时,燃料消耗量为18.8升煤油/ 100公里,这些技术指标与当时的内燃机汽车相比毫不逊色。不过Model E型车的制造成本高昂,仅生产了25辆。1929年席卷全球的经济?;?,最后的蒸汽汽车制造商Doble Steam汽车制造公司宣告倒闭,蒸汽动力汽车终于被时代彻底淘汰,从此阳关道上只留红尘滚滚,再无蒸汽袅袅。

Doble Model E24蒸汽轿跑车,除了尾部竖立的烟囱,外形与当时的内燃机汽车并无太大区别(图片来源于网络)

蒸汽汽车黯然谢幕,卡尔本茨引领的内燃机汽车潮流崛起。但是,推动汽车在历史舞台上大放异彩的力量是内燃机吗? 并不是,真正推动汽车走上巅峰的,是爱情的力量!欲知详情,且听下回分解。

内容来源于车友头条-车友号-人民车市

(本文来自互联网,不代表小猪二手车的观点和立场)

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