与物理实验室的安静不同,动力实验室里总是充满了各种轰鸣声和金属碰撞声。
这里是大秦动力技术的发源地,从最初的纽科门蒸汽机,到后来的分离式冷凝器蒸汽机,再到蒸汽机车,都是在这里诞生的。
如今,鲁石已经年近六旬,被封为“车圣”,晋爵彻侯。
他虽然不再亲自参与具体的研发工作,但依然担任著皇家理工学院机械系的名誉主任,负责指导年轻的工匠和学者。
动力实验室的日常工作,由鲁石的大弟子马钧负责。
马钧今年三十五岁,出身于工匠世家。他从小就对机械有着惊人的天赋,十五岁就进入了皇家理工学院,跟着鲁石学习蒸汽机制造。他不仅继承了鲁石精湛的手艺,还有着极强的创新能力。蒸汽机车的制动系统和传动机构,都是他的发明。
此时,马钧正站在一个巨大的试验台前,指挥着工匠们组装一台全新的发动机。
这台发动机,和以往的蒸汽机完全不同。它没有巨大的锅炉,也没有长长的烟囱。它的结构更加紧凑,体积只有同等功率蒸汽机的三分之一。
“把活塞再往里推一点,注意密封!”
“检查一下火花塞的间隙,一定要调到半分!”
“燃油泵的压力再调高一些!”
马钧有条不紊地指挥着,额头上布满了汗水,但眼神却异常明亮。
他们正在研发的,是一种全新的动力装置——内燃机。
这个想法,最早是萧寒在去年冬天提出来的。
当时,萧寒参加了动力实验室的年度总结会。在会上,鲁石提出,虽然现在。比如体积庞大、重量沉重、启动缓慢、需要大量的水和煤炭,不适合用于小型机械和移动设备。
鲁石的话,让萧寒想起了内燃机。
作为一个历史系研究生,他当然知道,内燃机最终会取代蒸汽机,成为人类最主要的动力装置。内燃机的热效率更高,体积更小,重量更轻,启动更快,不需要锅炉和大量的水,非常适合用于汽车、飞机、轮船等移动设备。
于是,萧寒在会上,第一次提出了内燃机的构想。
“各位师傅,”萧寒说道,“蒸汽机的潜力,已经快要被挖掘殆尽了。未来的动力,将会是内燃机的天下。
“内燃机?”鲁石和马钧都愣了一下,疑惑地问道,“萧相,什么是内燃机?”
“内燃机,就是让燃料在气缸内部燃烧,产生高温高压的气体,直接推动活塞做功的发动机。”萧寒说道,“而蒸汽机,是让燃料在气缸外部燃烧,把水加热成蒸汽,再用蒸汽推动活塞做功。”
“内燃机和蒸汽机相比,有很多优势。。其次,它的体积更小,重量更轻,不需要锅炉和大量的水。最后,它的启动更快,一打火就能运转,不需要像蒸汽机那样提前几个小时烧锅炉。”
萧寒的话,让在场的所有工匠都惊呆了。
他们从来没有想过,还可以让燃料在气缸内部燃烧。
这听起来,简直比蒸汽机还要不可思议。
“萧相,这真的可行吗?”鲁石有些怀疑地问道,“燃料在气缸里爆炸,不会把气缸炸坏吗?”
“只要控制好爆炸的强度和时机,就不会有问题。”萧寒说道,“内燃机的工作原理,其实和蒸汽机很相似,都是通过活塞的往复运动,带动曲柄转动,输出动力。不同的是,蒸汽机是用蒸汽推动活塞,而内燃机是用燃料燃烧爆炸产生的气体推动活塞。”
说著,萧寒拿起笔,在纸上画了一个简单的内燃机示意图。
“内燃机主要由气缸、活塞、连杆、曲柄、火花塞、喷油嘴等部分组成。”萧寒一边画,一边解释道,“它的工作过程分为四个冲程:吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。”
“吸气冲程:活塞向下运动,进气门打开,吸入空气和燃油的混合物。”
“压缩冲程:活塞向上运动,进气门和排气门都关闭,压缩气缸内的混合物。”
“做功冲程:当活塞运动到最高点时,火花塞点火,点燃混合物。混合物剧烈燃烧爆炸,产生高温高压的气体,推动活塞向下运动,带动曲柄转动,输出动力。”
“排气冲程:活塞向上运动,排气门打开,排出燃烧后的废气。”
“如此循环往复,发动机就能持续不断地运转了。”
鲁石和马钧,都听得入了迷。
虽然萧寒讲的原理非常简单,但他们都是经验丰富的工匠,一听就明白了其中的奥妙。
如果真的能够实现,那绝对是动力技术的一次革命性突破。
“萧相,您真是太伟大了!”马钧激动地说道,“这个内燃机,简直就是为移动设备量身定做的!有了它,我们就可以造出不用马拉的马车,不用帆的小船,甚至可以造出能在天上飞的机器!”
萧寒笑了笑,说道:“没错。内燃机的应用前景,非常广阔。不过,内燃机的研发难度,也比蒸汽机大得多。它对材料、加工精度、燃油品质的要求,都非常高。你们要有心理准备,可能会遇到很多困难。”
“萧相放心!”马钧拍著胸脯说道,“再大的困难,我们也能克服!蒸汽机我们都造出来了,内燃机也一定能造出来!”
鲁石也点了点头,说道:“萧相,我看这个项目,就交给马钧负责吧。他年轻,有干劲,脑子也灵活。我会在旁边指导他。”
“好。”萧寒说道,“朝廷会拨款一千万两白银,全力支持内燃机的研发。需要什么材料,什么设备,什么人才,尽管开口。”
就这样,内燃机研发项目正式启动了。
马钧带领着几十个最优秀的工匠,全身心地投入到了内燃机的研发工作中。
正如萧寒所说,内燃机的研发难度,远远超出了他们的想象。
第一个难题,就是燃油问题。
内燃机需要使用易挥发、易燃烧的液体燃料。当时的大秦,还没有石油工业。人们使用的燃料,主要是煤炭和木柴。液体燃料,只有动物油和植物油。
马钧尝试了各种动物油和植物油,发现它们的粘度太大,不容易挥发,很难在气缸里形成均匀的混合气,燃烧效果非常差。
就在马钧一筹莫展的时候,萧寒给他们指明了方向。
“启元,你们可以试试石油。”萧寒说道,“石油是一种黑色的液体矿物,埋藏在地下。它里面含有很多种易挥发的碳氢化合物。通过蒸馏,可以把石油分成汽油、煤油、柴油等不同的馏分。其中,汽油是最适合作为内燃机燃料的。”
“石油?”马钧愣了一下,说道,“萧相,我听说过石油。在陕北地区,有很多地方都有石油渗出地面。当地人把它叫做‘石脂水’,用来点灯和润滑。但从来没有人想过,它还能作为燃料。”
“以前是没有合适的设备,现在有了蒸馏技术,就可以把石油加工成汽油了。”萧寒说道,“你可以和化工署的陈安石联系一下,让他们帮忙研究石油的分馏技术。”
马钧立刻找到了陈安石。
陈安石对石油分馏也非常感兴趣。他带领着化工署的团队,很快就掌握了石油分馏的技术。他们从陕北运来的石油中,成功分离出了汽油、煤油、柴油等产品。
当马钧第一次看到清澈透明的汽油时,激动得说不出话来。
有了合适的燃料,内燃机的研发,终于迈出了关键的一步。
第二个难题,是气缸的密封和强度问题。
内燃机的气缸,需要承受高温高压的爆炸冲击。这对气缸的材料和加工精度,提出了极高的要求。
一开始,马钧使用的是和蒸汽机一样的铸铁气缸。但在实验中,铸铁气缸经常因为承受不住爆炸的压力而开裂。
为了解决这个问题,马钧和冶金署的专家们合作,研发出了一种高强度的合金钢。用这种合金钢制造的气缸,不仅强度高,而且耐高温,耐腐蚀。
同时,他们还改进了活塞环的设计,大大提高了气缸的密封性。
第三个难题,是点火系统的问题。
内燃机需要在精确的时间点,点燃气缸内的混合气。一开始,马钧使用的是明火点火,但这种方式非常不可靠,而且很容易发生回火。
就在这时,苏启元发明的原电池,帮了他们的大忙。
马钧和苏启元合作,研发出了电火花点火系统。用电池产生的高压电,通过火花塞产生电火花,点燃混合气。这种点火方式,不仅可靠,而且可以精确控制点火时间。
除此之外,还有喷油系统、润滑系统、冷却系统等一系列的难题。
马钧和他的团队,经历了无数次的失败。光是报废的气缸,就堆了满满一仓库。有好几次,发动机在实验中发生爆炸,差点造成人员伤亡。
但他们没有放弃。
一次又一次的失败,让他们积累了宝贵的经验。他们不断改进设计,优化参数,一步步地接近成功。
始元二十五年夏,一个注定要载入大秦史册的日子。
动力实验室里,所有人都屏住了呼吸,目光紧紧地盯着试验台上的那台单缸内燃机。
马钧深吸一口气,走到内燃机旁边,转动了启动摇把。
“咔嚓!咔嚓!咔嚓!”
随着摇把的转动,内燃机的活塞开始上下运动。
当摇把转到第三圈的时候,奇迹发生了。
“突突突!突突突!”
内燃机突然发出了一阵清脆而有力的轰鸣声。
一股黑烟从排气管里冒了出来。
内燃机成功启动了!
它平稳地运转着,带动着旁边的飞轮飞速旋转。
“成功了!我们成功了!”
实验室里爆发出了震耳欲聋的欢呼声。
工匠们激动得互相拥抱,热泪盈眶。
一年多的心血,终于有了回报。
鲁石看着飞速旋转的飞轮,激动得浑身颤抖。他知道,一个新的动力时代,已经到来了。
萧寒也来到了现场,亲眼见证了这一历史性的时刻。
他看着那台运转平稳的内燃机,脸上露出了欣慰的笑容。
虽然这台内燃机还非常简陋,只有一个。但它已经成功验证了内燃机的基本原理。
这就足够了。
有了这个基础,未来的内燃机,将会越来越先进,功率越来越大,热效率越来越高。
它将会取代蒸汽机,成为人类最主要的动力装置。
它将会驱动汽车在公路上宾士,驱动飞机在天空中翱翔,驱动轮船在海洋上航行。
它将会彻底改变人类的生活方式,推动人类文明进入一个全新的时代。
“马钧,干得好!”萧寒拍著马钧的肩膀说道,“你们为大秦,立下了不朽的功勋。”
马钧擦了擦脸上的汗水和油污,笑着说道:“萧相,这都是您的功劳。如果不是您给我们指明了方向,我们就算再研究十年,也不可能造出内燃机。”
萧寒摇了摇头,说道:“不,这是你们自己努力的结果。我只是给你们指了一条路,路是你们自己走出来的。”
“接下来,你们要继续改进内燃机的设计,提高它的功率和可靠性。争取在三年内,造出能够实际应用的多缸内燃机。”
“是!萧相!”马钧大声说道。
始元二十五年秋,皇家理工学院向朝廷提交了《内燃机研发报告》。报告详细记载了第一台单缸内燃机的研发过程和性能参数。
这份报告,标志着大秦正式开启了内燃机时代的探索之路。
虽然此时的内燃机,还无法和成熟的蒸汽机相抗衡。但它的潜力,已经初露锋芒。
在蒸汽机推动着大秦的工业革命飞速发展的同时,电气和内燃机这两颗未来的种子,也已经在皇家理工学院的实验室里,悄然生根发芽。
它们将会在未来的几十年里,茁壮成长,带领着华夏文明,走向更加辉煌的未来。