上午,專列疾馳在鐵路上,自西向東而去,列車車輪不斷壓過(guò)鐵路的接縫處,發(fā)出“況且、況且”的聲音,坐在專列上的宇文溫一邊聽(tīng)著這單調(diào)的“背景音樂(lè)”,一邊聽(tīng)人匯報(bào)事情。
匯報(bào)者為宇文皛,但不是宇文溫的異母弟、邵王宇文皛,而是同名同姓的另一個(gè)人、故工部尚書(shū)宇文愷之子宇文皛。
這位宇文皛,當(dāng)年還是孩童時(shí),就曾經(jīng)在長(zhǎng)安和宇文溫碰過(guò)面,當(dāng)時(shí),小家伙的名字叫做“宇文溫”。
因?yàn)橹孛?,所以小宇文溫改名“宇文皛”,結(jié)果后來(lái)又重名了。
此刻,宇文皛作為工部的技術(shù)官員,向天子匯報(bào)新式發(fā)動(dòng)機(jī)——煤氣內(nèi)燃機(jī)的研制進(jìn)度。
前不久,以煤氣內(nèi)燃機(jī)作動(dòng)力的“自走車”進(jìn)行了半公開(kāi)展示,在軍營(yíng)和馬車進(jìn)行了一場(chǎng)比賽,雖然比賽以馬車獲勝告終,但“自走車”也完成了比賽,圓滿完成了“首秀”。
不過(guò),這只是原理驗(yàn)證機(jī),或稱“工程樣機(jī)”,其煤氣內(nèi)燃機(jī)一堆毛病,不解決的話,距離實(shí)用化遙遙無(wú)期。
雖然研制之路困難重重,但宇文皛頗為樂(lè)觀,覺(jué)得堅(jiān)持下去一定會(huì)有突破,宛若當(dāng)年的船用蒸汽機(jī)那樣。
正所謂“有其父必有其子”,宇文皛同父親宇文愷一樣,癡迷于各類工程技術(shù),但因?yàn)闀r(shí)代的發(fā)展,宇文皛鉆研的領(lǐng)域是蒸汽機(jī)械,以及“熱力學(xué)”。
熱力學(xué),就是專門(mén)研究如何用各種燃料的燃燒來(lái)產(chǎn)生動(dòng)力的學(xué)問(wèn),年近四旬的宇文皛,在黃州求學(xué)近二十年,學(xué)習(xí)、研究各種先進(jìn)知識(shí)和理論,有著深厚的熱力學(xué)基礎(chǔ),學(xué)者氣質(zhì)濃郁。
現(xiàn)在,一說(shuō)起內(nèi)燃機(jī)就如數(shù)家珍,居然從原理說(shuō)起,全然不記得天子是知道這理論的。
宇文溫向來(lái)尊重技術(shù)人才,所以不以為意,聽(tīng)宇文皛講述內(nèi)燃機(jī)的原理及技術(shù)研究成果。
現(xiàn)有的動(dòng)力機(jī)是蒸汽機(jī),原理是利用蒸汽的膨脹,推動(dòng)汽缸內(nèi)活塞進(jìn)行活動(dòng),進(jìn)而帶動(dòng)飛輪。
那么,通過(guò)體積膨脹來(lái)推動(dòng)活塞,就只有蒸汽能做到么?
當(dāng)然不是,火藥也可以。
火藥是顆粒狀固體,燃燒后產(chǎn)生大量氣體,氣體瞬間膨脹卻在狹小的銃管無(wú)處可去,只能推動(dòng)擋在面前的鉛彈往前走。
因?yàn)闅怏w膨脹的力氣很大,所以能把鉛彈“推”到很遠(yuǎn)的地方,構(gòu)成殺傷。
火藥在銃管里燃燒,產(chǎn)生的膨脹力能推動(dòng)鉛彈,自然也能在汽缸里燃燒,產(chǎn)生膨脹力推動(dòng)活塞。
構(gòu)想不錯(cuò),現(xiàn)實(shí)里實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻很困難,譬如火藥燃燒后會(huì)有殘?jiān)?,?huì)導(dǎo)致活塞的活動(dòng)不暢,所以這一技術(shù)構(gòu)思無(wú)法實(shí)現(xiàn),連能夠穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的原型機(jī)都做不出來(lái)。
但是,由此產(chǎn)生了一個(gè)新的理論,那就是“內(nèi)燃動(dòng)力”,按照這種理論設(shè)計(jì)、制造出來(lái)的動(dòng)力機(jī),和蒸汽機(jī)不一樣。
蒸汽機(jī),其蒸汽產(chǎn)生于鍋爐,需要用燃料加熱水,才會(huì)有蒸汽,所以,燃料的燃燒是在汽缸外的裝置——鍋爐里,從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),蒸汽機(jī)就是“外燃機(jī)”。
用火藥燃燒、產(chǎn)生膨脹氣體來(lái)推動(dòng)活塞,這一技術(shù)構(gòu)想失敗了,但是原理卻和蒸汽機(jī)有所不同,因?yàn)槿剂系娜紵窃谄變?nèi),所以,這種動(dòng)力機(jī)名為“內(nèi)燃機(jī)”。
內(nèi)燃機(jī)和外燃機(jī)相比,優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)快,因?yàn)橥馊紮C(jī)要燒水產(chǎn)生蒸汽,而把常溫狀態(tài)的水加熱到沸騰,需要很長(zhǎng)的時(shí)間。
但內(nèi)燃機(jī)不一樣,燃料直接在汽缸內(nèi)燃燒,可以說(shuō)數(shù)息之內(nèi)就能讓動(dòng)力機(jī)“動(dòng)”起來(lái),一快一慢,優(yōu)勢(shì)再明顯不過(guò)。
其次,內(nèi)燃機(jī)不需要笨重的鍋爐,連帶著鍋爐里的水也不再需要,這意味著內(nèi)燃機(jī)的體積不僅比外燃機(jī)要小,重量也能減輕不少。
由此可見(jiàn),內(nèi)燃機(jī)要比外燃機(jī)好,前提是能做出來(lái)。
用火藥來(lái)推動(dòng)汽缸內(nèi)的活塞,這個(gè)構(gòu)想很難實(shí)現(xiàn),那么,用火油替代火藥在汽缸里燃燒,行不行?
行,前提是將火油霧化,噴進(jìn)汽缸里,然后燃燒。
然而,技術(shù)人員經(jīng)過(guò)多年的努力后發(fā)現(xiàn),火油內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)難關(guān)太多,突破起來(lái)很困難。
譬如,因?yàn)樘釤捈夹g(shù)不行,從石油里提取的火油其純度不夠,所以噴霧口容易堵,且火油燃燒后依舊有少量殘?jiān)@會(huì)損壞汽缸內(nèi)壁和活塞。
折騰了許久,技術(shù)人員們發(fā)現(xiàn)用火油做內(nèi)燃機(jī)燃料這條路走不通,至少近期走不通。
火油內(nèi)燃機(jī)的研制雖然失敗了,但是有一項(xiàng)成果卻是可行的,那就是電火花點(diǎn)火,這項(xiàng)技術(shù)很關(guān)鍵,無(wú)論最后用什么燃料,都可以運(yùn)用這種點(diǎn)火方式點(diǎn)火。
技術(shù)人員們討論后覺(jué)得,火藥和火油燃燒后都有不同程度的殘?jiān)?,那就燒煤氣好了:燒氣體燃料,怎么會(huì)有殘?jiān)兀?br/>
這時(shí),用煤炭制取煤氣的技術(shù)已經(jīng)成熟了(成本問(wèn)題另說(shuō)),煤氣燈也很常見(jiàn),甚至已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了壓縮存儲(chǔ)技術(shù):用壓縮機(jī)壓縮煤氣時(shí),壓力達(dá)到一定數(shù)值,煤氣會(huì)變成液態(tài),用特制的耐壓煤氣罐,可以存儲(chǔ)很多煤氣。
于是技術(shù)人員們想到了用煤氣當(dāng)做內(nèi)燃機(jī)的燃料,開(kāi)始研究如何讓煤氣在汽缸里燃燒、盡可能多的產(chǎn)生膨脹氣體推動(dòng)活塞。
宇文皛就是參與者之一,他還是一個(gè)技術(shù)攻關(guān)小組的組長(zhǎng),帶領(lǐng)組員們,和其他小組一起協(xié)作,爭(zhēng)取早日突破技術(shù)難關(guān),制作出一臺(tái)原理驗(yàn)證機(jī)。
功夫不負(fù)有心人,幾個(gè)技術(shù)攻關(guān)小組相互合作,一起拿出了成果,制作出了煤氣內(nèi)燃機(jī)(技術(shù)驗(yàn)證機(jī)),并且將其裝在特制的馬車上。
這種用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的“自走車”,燒的煤氣來(lái)自于車載煤氣罐,跑起來(lái)的速度雖然比馬車慢,但好歹有一輛車跑完了比賽全程。
報(bào)喜到此結(jié)束,宇文皛接下來(lái)是報(bào)憂。
他擔(dān)心天子對(duì)于煤氣內(nèi)燃機(jī)有什么不切實(shí)際的幻想,此刻開(kāi)始潑冷水“降溫”:技術(shù)驗(yàn)證機(jī),只是驗(yàn)證了這個(gè)技術(shù)可行,不代表馬上就能實(shí)用化。
宇文皛借助幾個(gè)模型,向宇文溫介紹煤氣內(nèi)燃機(jī)目前碰到的瓶頸。
第一,潤(rùn)滑:煤氣內(nèi)燃機(jī)的汽缸,因?yàn)槠浠钊哳l率的運(yùn)動(dòng)(比蒸汽機(jī)高很多),不斷和汽缸內(nèi)壁摩擦,所以需要良好的潤(rùn)滑。
這得有耐高溫的潤(rùn)滑油,而還要有一種可靠的加油技術(shù),能隨時(shí)給工作中的活塞邊緣添加潤(rùn)滑油。
這個(gè)技術(shù)目前沒(méi)有突破,所以參加比賽的內(nèi)燃機(jī)車——汽車,行駛了一段距離后就很容易“爆缸”,原因就是活塞潤(rùn)滑失靈,或者潤(rùn)滑油因?yàn)楦邷刈兊谜吵恚瑢?dǎo)致活塞的活動(dòng)不暢、卡死。
后果就是汽缸嚴(yán)重?fù)p壞或者爆裂,又稱“爆缸”。
不僅如此,內(nèi)燃機(jī)的活動(dòng)部件還有曲軸、連桿、各類軸承等,如何讓這些部件一直保持有效潤(rùn)滑,也是很關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。
第二,電火花點(diǎn)火裝置的耐用、可靠性:電火花點(diǎn)火裝置,其頂端要插入汽缸內(nèi),也就是電極位于汽缸內(nèi),這樣才能讓產(chǎn)生的電火花點(diǎn)燃汽缸內(nèi)的煤氣。
煤氣每燃燒一次,實(shí)際上就是爆燃一次,點(diǎn)護(hù)花點(diǎn)火電極就要承受一次沖擊。
煤氣內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái),每分鐘汽缸內(nèi)的爆燃頻率很高,時(shí)間一長(zhǎng),電極會(huì)損壞(損耗過(guò)大),或者工作不正常。
如果點(diǎn)火裝置工作不正常,就會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火時(shí)間提前或延后,進(jìn)而影響內(nèi)燃機(jī)的正常工作。
所以,電火花點(diǎn)火裝置的電極必須耐用,能撐夠一定時(shí)間再更換,但是現(xiàn)在,這樣的電極做不出來(lái),現(xiàn)有電火花點(diǎn)火裝置的電極可靠工作,不過(guò)是數(shù)小時(shí)而已。
因此,想要內(nèi)燃機(jī)正常工作,要么選擇耐用的電極材料,要么改良電火花點(diǎn)火裝置,采用耐用、可靠的點(diǎn)火裝置來(lái)點(diǎn)火。
第三,散熱:燃料在汽缸里不停燃燒,釋放出的熱量被汽缸和活塞吸收,進(jìn)而導(dǎo)致汽缸和活塞的溫度攀升,連帶著讓曲軸、連桿等部件的溫度也在升高。
溫度過(guò)高,金屬部件會(huì)膨脹,這時(shí)候部件之間的連接狀態(tài),與常溫下是不一樣的,處理不好的話,會(huì)引發(fā)一系列故障。
如何對(duì)汽缸進(jìn)行有效散熱,是個(gè)讓人頭痛的問(wèn)題,如果汽缸溫度過(guò)高,會(huì)導(dǎo)致剛進(jìn)入汽缸的煤氣直接被點(diǎn)燃,進(jìn)而導(dǎo)致活塞的動(dòng)作失控。
而此時(shí)進(jìn)氣口來(lái)不及關(guān)閉,燃燒的煤氣會(huì)一直燒到儲(chǔ)氣罐里。
然后就是爆炸。
第四,也是最關(guān)鍵的一點(diǎn):煤氣在氣缸內(nèi)的熱效率(燃燒-做功)不夠,所以內(nèi)燃機(jī)的輸出功率不理想。
宇文皛說(shuō)的四點(diǎn),前三點(diǎn)可以歸為壽命問(wèn)題,而第四點(diǎn),是最關(guān)鍵的效率問(wèn)題,這個(gè)問(wèn)題解決不了,內(nèi)燃機(jī)沒(méi)有前途。
若解決不了熱效率低的entity,后果有二,其一,內(nèi)燃機(jī)消耗的燃料很大,用蒸汽機(jī)來(lái)做比喻,就是耗煤量很高。
其二,內(nèi)燃機(jī)的輸出功率不夠,那么同樣的使用成本(燃料、維護(hù)費(fèi)用)下,根本就比不過(guò)蒸汽機(jī)。
兩種機(jī)器進(jìn)行對(duì)比,需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),宇文皛給出的標(biāo)準(zhǔn),就是衡量動(dòng)力機(jī)輸出功率的單位——匹。
匹,就是一匹馬的力量,又稱“馬力”。
目前,學(xué)術(shù)界對(duì)于馬力的定義是:一分鐘(六十秒)內(nèi),一匹馬將一斛重的物體拖曳六十步距離所花費(fèi)的力氣。
常見(jiàn)的蒸汽抽水機(jī),其輸出功率大概是五到十匹,而現(xiàn)在,煤氣內(nèi)燃機(jī)的輸出功率大概是五匹。
但是,煤氣內(nèi)燃機(jī)每小時(shí)消耗的煤氣,其價(jià)格是蒸汽抽水機(jī)的兩倍以上。
所以,熱效率不高的問(wèn)題不解決,煤氣內(nèi)燃機(jī)就只能是實(shí)驗(yàn)室模型。
這一點(diǎn),和動(dòng)力型蒸汽機(jī)差不多,當(dāng)年火輪船的技術(shù)突破之一,就是蒸汽機(jī)采用了蒸汽在汽缸外冷凝的技術(shù),才從本質(zhì)上提升了熱效率,增加了蒸汽機(jī)的輸出功率。
他做了總結(jié),目前煤氣內(nèi)燃機(jī)的處境,最多是第一代蒸汽抽水機(jī)的狀態(tài),用來(lái)抽水可以,距離成為交通工具動(dòng)力機(jī)還差很遠(yuǎn)。
宇文皛滔滔不絕說(shuō)了兩個(gè)小時(shí),宇文溫聽(tīng)得想打瞌睡:不就是“現(xiàn)實(shí)很骨感”嘛。
對(duì)于宇文溫而言,有生之年里內(nèi)燃機(jī)的原型機(jī)出現(xiàn),這就夠了,即便后續(xù)需要花三十年完善、突破,也無(wú)所謂,因?yàn)樗峙禄畈坏侥菚r(shí)候。
現(xiàn)在,有了火車、火輪船,他就已經(jīng)心滿意足。
內(nèi)燃機(jī)的榮耀,歸子孫后代,蒸汽機(jī)的榮耀,才是明德年代的時(shí)代烙印。
想是這么想,宇文溫卻不在面上表露出來(lái),問(wèn)宇文皛對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的研制工作還有什么建議,如果需要朝廷批更多的研究資金,盡管打報(bào)告申請(qǐng)。
聽(tīng)得天子表態(tài),宇文皛忽然拘謹(jǐn)起來(lái),接連干咳了幾聲,這讓宇文溫眉頭一挑:你莫非要提什么不得了的要求?
。。。。。。
火車行駛在鐵道上,發(fā)出“況且、況且”的聲音,宇文溫獨(dú)自坐在車廂會(huì)見(jiàn)室里,看著外面的風(fēng)景,心里想著事情。
方才,宇文皛提了一個(gè)請(qǐng)求,請(qǐng)求朝廷允許技術(shù)攻關(guān)小組在各主要學(xué)術(shù)期刊刊載文章,介紹內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的原理,并且定期公布研制進(jìn)度及遇到的問(wèn)題(內(nèi)容經(jīng)過(guò)審核,關(guān)鍵細(xì)節(jié)保密)。
與此同時(shí),在幾所知名州學(xué)開(kāi)設(shè)“內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)室”,一如電學(xué)實(shí)驗(yàn)室那樣,讓更多的學(xué)者和技術(shù)人員參與到內(nèi)燃機(jī)的研制工作中來(lái)。
這樣的做法,就是靠著眾人拾柴火焰高,用集體的智慧來(lái)破解內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的各個(gè)難關(guān)。
研制內(nèi)燃機(jī)過(guò)程中遇到的技術(shù)難題刊載在期刊上,有心的學(xué)者和技術(shù)人員,可以嘗試著進(jìn)行摸索,說(shuō)不定就會(huì)有人攻破其中一部分。
哪怕對(duì)方因此申請(qǐng)了專利也不要緊,因?yàn)榧夹g(shù)突破比專利費(fèi)更重要。
宇文皛覺(jué)得這樣的做法有好處,能避免當(dāng)年火輪船研制前期的“閉門(mén)造車”現(xiàn)象,還能集思廣益,讓更多的技術(shù)力量參與到內(nèi)燃機(jī)的研制中來(lái)。
但是,此舉有泄密的風(fēng)險(xiǎn),所以宇文皛提出這個(gè)建議的時(shí)候,有些猶豫。
宇文溫也有些猶豫,因?yàn)樗纼?nèi)燃機(jī)意味著什么,如果說(shuō)歷史上蒸汽機(jī)開(kāi)啟了第一次工業(yè)革命,那么內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn),則開(kāi)啟了第二次工業(yè)革命。
所以,內(nèi)燃機(jī)技術(shù)事關(guān)未來(lái),事關(guān)國(guó)運(yùn),他潛意識(shí)里不太想讓其在半公開(kāi)的期刊上進(jìn)行討論。
雖然,各期刊只接受學(xué)校、行會(huì)等機(jī)構(gòu)的訂閱,不會(huì)像一般的報(bào)紙那樣,在大街上公開(kāi)發(fā)售,但有心人若是想,還是能接觸到這些期刊。
那些外國(guó)間諜,若是頭腦足夠聰明,會(huì)通過(guò)期刊了解內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向。
然而,這些人即便弄到了技術(shù)理論,回國(guó)后也不太可能有什么突破,因?yàn)槠鋰?guó)內(nèi)根本就不具備發(fā)生工業(yè)革命的土壤。
宇文溫知道這個(gè)道理,所以不擔(dān)心蒸汽機(jī)技術(shù)被別國(guó)間諜偷回去,搞出火輪船、火車來(lái)。
“復(fù)制”內(nèi)燃機(jī)的難度比“復(fù)制”蒸汽機(jī)的難度還要大,按說(shuō)不該擔(dān)心,但宇文溫總覺(jué)得這么做不好。
‘這種心態(tài)很別扭啊....’
宇文溫如是想,搓了搓臉,琢磨起來(lái)。
為什么會(huì)有這種心態(tài)?道理很簡(jiǎn)單,他手頭有蒸汽機(jī),等同于掌握了現(xiàn)在,信心滿滿,沒(méi)什么好怕的.
但是他沒(méi)有掌握內(nèi)燃機(jī),等同于掌握不了未來(lái)。
他不知道兒孫們能否掌握未來(lái),于是對(duì)于充滿未知的未來(lái)充滿擔(dān)心,以至于潛意識(shí)里對(duì)于代表未來(lái)的內(nèi)燃機(jī)有些患得患失。
就想保密,讓少數(shù)機(jī)構(gòu)暗地里研究,哪怕為此研究個(gè)五六十年,也比讓人偷學(xué)了去、十來(lái)年就發(fā)明出來(lái)好。
肥水不流外人田嘛。
想來(lái)想去,宇文溫長(zhǎng)嘆一口氣,他發(fā)現(xiàn)自己的胸襟,好像沒(méi)有之前想象的那么開(kāi)闊。
那么,我該不該有開(kāi)闊地胸襟,讓中原在科學(xué)、文化上擁有海納百川的自信呢?
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