如果用最簡單方式看待歷史，那么組成歷史的僅僅包括年代、人名、故事三個(gè)要素。雖然時(shí)間跨度沖淡他的年代和故事，但他應(yīng)該感到欣慰，因?yàn)橹辽偎拿值靡粤鱾鳌ｔ數(shù)婪?middot;狄賽爾(RudoflDiesel)一個(gè)永遠(yuǎn)不會(huì)被忘卻的名字。
命運(yùn)多篤的發(fā)明家
在科學(xué)史上，人們總是會(huì)對(duì)那種無心插柳卻一舉成功的故事津津樂道，比如倫琴射線、青霉素、宇宙微波背景輻射等等。當(dāng)然能有上述的成就固然可敬，但還有一種同樣可敬的人：他們?cè)谟猩瓴粩嗵剿鳎删蛥s不被世人承認(rèn)，直到多年之后他們的成就才發(fā)揚(yáng)光大。柴油發(fā)電機(jī)的發(fā)明者魯?shù)婪?狄賽爾就是這樣的一個(gè)人。
狄賽爾1858年出生在法國巴黎，他的父親是德國奧古斯堡的精制皮革制造商。成年之后，狄賽爾進(jìn)入了德國的慕尼黑技術(shù)大學(xué)攻讀。就在他讀大學(xué)期間的1876年，德國人奧托研制成功了第一臺(tái)4沖程煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)，這是法國技師羅夏內(nèi)燃機(jī)理論第一次得到實(shí)際運(yùn)用。這一成就鼓舞了當(dāng)時(shí)從事機(jī)械動(dòng)力研究的許多工程師，這其中既包括后來汽車的發(fā)明者卡爾·奔馳和戈特利普·戴姆勒，也包括對(duì)機(jī)器動(dòng)力十分有興趣的年輕人狄賽爾。
與致力于改造奧托發(fā)動(dòng)機(jī)的奔馳和戴姆勒不同，狄賽爾的想法更為超前，他想完全舍去發(fā)動(dòng)機(jī)中的點(diǎn)火系統(tǒng)，靠壓縮空氣發(fā)熱，噴入燃料后自燃做功，這種方式完全區(qū)別于吸入燃?xì)饣旌蠚恻c(diǎn)燃做功的方式，后人稱狄賽爾的原理為“壓縮式內(nèi)燃機(jī)”原理。當(dāng)然狄賽爾產(chǎn)生這樣的設(shè)想也并不是空穴來風(fēng)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)并沒有發(fā)明分電器和高壓點(diǎn)火線圈，點(diǎn)火裝置非常簡陋和不穩(wěn)定，狄賽爾想跳過這個(gè)技術(shù)障礙完全是可以理解的。不久，他在法國人約瑟夫·莫勒特(JosephMollet)發(fā)明的氣動(dòng)打火機(jī)上找到了靈感，并堅(jiān)持不懈的探索下去。
狄賽爾沒有料到，他的想法實(shí)現(xiàn)起來遠(yuǎn)遠(yuǎn)比發(fā)明點(diǎn)火系統(tǒng)復(fù)雜的多，他所遇到的第一個(gè)就是燃料問題。常用的汽油非常活躍，也非常容易點(diǎn)燃，但汽油卻不能適應(yīng)有很高的壓縮比的壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，一旦把汽油霧化噴入含有高溫、高壓空氣的燃燒室，就會(huì)發(fā)生猛烈的敲缸甚至爆炸。舍去汽油是必然的，狄賽爾創(chuàng)造性把他的目標(biāo)指向了植物油。經(jīng)過一系列試驗(yàn)，對(duì)于植物油的嘗試也失敗了，但他是第一個(gè)把植物油料引入內(nèi)燃機(jī)的人，因而近現(xiàn)代鼓吹“綠色燃料”者都把狄賽爾尊為鼻祖。
最終燃料選擇鎖定在了石油裂解產(chǎn)物中一直未被重視的柴油上。柴油相對(duì)于汽油來說性質(zhì)非常穩(wěn)定，比較難于點(diǎn)燃，同時(shí)柴油一旦點(diǎn)燃會(huì)冒出大量的黑煙，因而它又不能像煤油那樣用作照明。但柴油穩(wěn)定的特性卻恰恰適合于壓燃式內(nèi)燃機(jī)，在壓縮比非常高的情況下柴油也不會(huì)出現(xiàn)爆震，這正是狄賽爾所需要的。經(jīng)過近20年的潛心研究，狄賽爾終于在1892年試制成了第一臺(tái)壓燃式內(nèi)燃機(jī)，也就是柴油機(jī)。
這臺(tái)柴油機(jī)用汽缸吸入純空氣，再用活塞強(qiáng)力壓縮，使空氣體積縮小到15倍左右，溫度上升到500—700度，然后用壓縮空氣把霧狀柴油噴入汽缸，與缸中高溫純空氣混合，由于汽缸這是已經(jīng)有了較高的溫度，因而柴油噴入后自行燃燒做功。1892年2月27日，狄賽爾取得了此項(xiàng)技術(shù)的專利。
柴油機(jī)的最大特點(diǎn)是省油，熱效率高，但狄賽爾最初試制的柴油機(jī)卻很不穩(wěn)定，1894年，狄賽爾改進(jìn)了柴油機(jī)并使其能運(yùn)行1分鐘左右，盡管他的柴油機(jī)還并不穩(wěn)定，但狄賽爾卻迫不及待的把它投入了商業(yè)生產(chǎn)，因?yàn)樗母偁帉?duì)手早在1886年就把汽油機(jī)安裝車輛上，而8年之后，汽油機(jī)汽車已經(jīng)投入了商業(yè)運(yùn)作。這位只了解技術(shù)并不了解商業(yè)運(yùn)作的發(fā)明家犯下了一生中最大的一次錯(cuò)誤，他急于推向市場的20臺(tái)柴油機(jī)由于技術(shù)不過關(guān)，紛紛遭到了退貨，這不但給了他巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，更重要是影響了柴油機(jī)在公眾的印象，在隨后的幾年里幾乎沒有廠家或個(gè)人樂意裝配柴油機(jī)。沒有了資金來源又負(fù)債累累，這就使得狄賽爾的晚年陷入了極端貧困。1913年10月29日，55歲的狄賽爾獨(dú)自一人呆站在橫渡英吉利海峽的輪船甲板上，被巨浪卷入了大海(多數(shù)歷史學(xué)家認(rèn)為狄賽爾是跳海自盡的)。為了紀(jì)念狄賽爾，人們把柴油發(fā)動(dòng)機(jī)命名為Diesel。
東方不亮西方亮
狄賽爾做夢(mèng)都想看到自己的發(fā)明能大規(guī)模裝載在汽車上，但他致死都沒有看到這一天。客觀的講，狄賽爾的柴油機(jī)確實(shí)存在著不少缺陷，其中最大的問題就是重量。由于柴油機(jī)汽缸壓力比汽油機(jī)高很多，因而柴油機(jī)的缸體要比汽油機(jī)粗壯許多，同時(shí)早期的柴油機(jī)為壓縮空氣使用的空氣壓縮機(jī)質(zhì)量也非常巨大，這就使得柴油機(jī)整體上十分笨重，極不適應(yīng)當(dāng)時(shí)骨架還很嬌小的汽車。但柴油機(jī)擁有汽油機(jī)不可比擬的扭矩優(yōu)勢(shì)，在功率相同時(shí)柴油機(jī)又擁有很大燃油經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，這就讓人們并沒有放棄它。
1924年，美國的康明斯公司正式采用了泵噴油器，這一發(fā)明有效地降低了柴油機(jī)的質(zhì)量，同年在柏林汽車展覽上MAN公司展示了一臺(tái)裝備柴油機(jī)的卡車，這是第一臺(tái)裝有柴油機(jī)的汽車。不久以后，博世公司開始正式生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)泵噴油器，正是由于柱塞泵的普及，為柴油機(jī)安裝在汽車上提供了基礎(chǔ)。1936年，奔馳公司生產(chǎn)出了第一臺(tái)柴油機(jī)轎車260D，這時(shí)距狄賽爾去世已經(jīng)23年。
盡管30年代已經(jīng)有轎車安裝了柴油機(jī)，但真正為柴油機(jī)提供發(fā)揮舞臺(tái)的還是重型機(jī)械和裝甲車輛。二戰(zhàn)中，美國的舒爾曼坦克和德國虎式坦克都使用汽油機(jī)，虎式坦克以其強(qiáng)大的火力和厚重的裝甲占得了上風(fēng)，美軍只能拿數(shù)量來扯平。但在蘇聯(lián)戰(zhàn)場，蘇軍的T-34坦克的火力和裝甲雖也不及虎式坦克，但T-34使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，他在中彈后不易起火，這樣就大大提高了戰(zhàn)場生存能力。戰(zhàn)后，各國汲取了戰(zhàn)爭中的教訓(xùn)，都為自己的坦克換裝了柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。
20世紀(jì)50年代以后，兩大陣營在坦克功率方面進(jìn)行了不斷的軍備競賽，這無形中大大加速了柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展。人們知道噴油壓力直接影響著柴油機(jī)的功率和扭矩，因而世界各大柴油機(jī)制造公司都在拼命提高柴油機(jī)的噴油壓力，在這個(gè)時(shí)期，康明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT噴油系統(tǒng)，從而大規(guī)模的提高了噴油壓力。
得償夙愿
如果說柴油機(jī)在重型機(jī)械上得到應(yīng)用是狄賽爾的無心插柳，那么電控技術(shù)使柴油機(jī)回到了轎車領(lǐng)域才真正讓狄賽爾得償夙愿。
如果想把柴油機(jī)引入轎車領(lǐng)域，那么必須解決柴油的排放和振動(dòng)問題。實(shí)際上，柴油機(jī)排氣中CO和HC比汽油機(jī)少得多，NOx排放量與汽油機(jī)相近，只是排氣微粒較多，這與柴油機(jī)燃燒機(jī)理有關(guān)。柴油機(jī)是一種非均質(zhì)燃燒，混合氣形成時(shí)間很短，而且混合氣形成與燃燒過程交錯(cuò)在一起。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：柴油機(jī)噴油規(guī)律，噴入燃料的霧化質(zhì)量，氣缸內(nèi)氣體的流動(dòng)以及燃燒室形狀等均直接影響燃燒過程的進(jìn)展以及有害排放物的生成。
除了靠提高噴油壓力和柴油霧化效果來改善排放，使用預(yù)噴射也是行之有效的方法。預(yù)噴射就是在主噴射之前的某一時(shí)刻精確的噴入約為1-2毫升的預(yù)噴油量，從而使燃燒室被加熱，縮短了隨后進(jìn)行的主噴射的著火延遲期。于是溫度與壓力上升減緩，降低了燃燒噪聲水平和NOx。70年代以后，博世公司把電控汽油機(jī)噴射技術(shù)引用回柴油機(jī)，從而讓柴油機(jī)的發(fā)展和使用進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元。
最先出現(xiàn)的電控噴油泵技術(shù)，而后又發(fā)展出了電控泵噴嘴技術(shù)和高壓共軌噴射技術(shù)，后兩種技術(shù)是現(xiàn)在最主要的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)。其中，電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力非常高，可以達(dá)到2050bar，并且泵和噴嘴裝在一起，所以只需要很短的高壓油引導(dǎo)部分，泵噴嘴系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)很小的預(yù)噴量，其噴油特性是三角形的，并采用了分段式預(yù)噴射，這很符合發(fā)動(dòng)機(jī)的要求(大眾公司的TDI發(fā)動(dòng)機(jī)就是使用這種技術(shù))。但電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速影響，使用蓄壓系統(tǒng)的高壓共軌技術(shù)可以解決這個(gè)問題，但它的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng)，能達(dá)到1600bar，有些公司看中了它對(duì)任意缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油壓力調(diào)節(jié)很寬泛的特點(diǎn)，對(duì)其大加采用(最早使用高壓共軌的轎車是阿爾法羅密歐156和奔馳C級(jí)別車)。
話說到這里，柴油發(fā)電機(jī)組機(jī)話題快告一段落了，但柴油機(jī)的故事肯定還沒有講完，因?yàn)槿藗冊(cè)絹碓桨l(fā)現(xiàn)柴油機(jī)的無窮魅力：高扭矩、高壽命、低油耗、低排放，柴油機(jī)成為解決汽車能源問題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段。狄賽爾肯定沒有想到當(dāng)年他那個(gè)沒人問津的丑小鴨，現(xiàn)在100%的重型車和近30%的乘用車都在使用。但可以讓狄賽爾感到欣慰的是，每當(dāng)打開這些車的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋，都會(huì)看見一個(gè)名字——Diesel。
