第四卷 漫漫荆棘路 第六百六十八章 现实很骨感

    上午,专列疾驰在铁路上,自西向东而去,列车车轮不断压过铁路的接缝处,发出“况且、况且”的声音,坐在专列上的宇文温一边听着这单调的“背景音乐”,一边听人汇报事情。

    汇报者为宇文皛,但不是宇文温的异母弟、邵王宇文皛,而是同名同姓的另一个人、故工部尚书宇文恺之子宇文皛。

    这位宇文皛,当年还是孩童时,就曾经在长安和宇文温碰过面,当时,小家伙的名字叫做“宇文温”。

    因为重名,所以小宇文温改名“宇文皛”,结果后来又重名了。

    此刻,宇文皛作为工部的技术官员,向天子汇报新式发动机——煤气内燃机的研制进度。

    前不久,以煤气内燃机作动力的“自走车”进行了半公开展示,在军营和马车进行了一场比赛,虽然比赛以马车获胜告终,但“自走车”也完成了比赛,圆满完成了“首秀”。

    不过,这只是原理验证机,或称“工程样机”,其煤气内燃机一堆毛病,不解决的话,距离实用化遥遥无期。

    虽然研制之路困难重重,但宇文皛颇为乐观,觉得坚持下去一定会有突破,宛若当年的船用蒸汽机那样。

    正所谓“有其父必有其子”,宇文皛同父亲宇文恺一样,痴迷于各类工程技术,但因为时代的发展,宇文皛钻研的领域是蒸汽机械,以及“热力学”。

    热力学,就是专门研究如何用各种燃料的燃烧来产生动力的学问,年近四旬的宇文皛,在黄州求学近二十年,学习、研究各种先进知识和理论,有着深厚的热力学基础,学者气质浓郁。

    现在,一说起内燃机就如数家珍,居然从原理说起,全然不记得天子是知道这理论的。

    宇文温向来尊重技术人才,所以不以为意,听宇文皛讲述内燃机的原理及技术研究成果。

    现有的动力机是蒸汽机,原理是利用蒸汽的膨胀,推动汽缸内活塞进行活动,进而带动飞轮。

    那么,通过体积膨胀来推动活塞,就只有蒸汽能做到么?

    当然不是,火药也可以。

    火药是颗粒状固体,燃烧后产生大量气体,气体瞬间膨胀却在狭小的铳管无处可去,只能推动挡在面前的铅弹往前走。

    因为气体膨胀的力气很大,所以能把铅弹“推”到很远的地方,构成杀伤。

    火药在铳管里燃烧,产生的膨胀力能推动铅弹,自然也能在汽缸里燃烧,产生膨胀力推动活塞。

    构想不错,现实里实现起来却很困难,譬如火药燃烧后会有残渣,会导致活塞的活动不畅,所以这一技术构思无法实现,连能够稳定运转的原型机都做不出来。

    但是,由此产生了一个新的理论,那就是“内燃动力”,按照这种理论设计、制造出来的动力机,和蒸汽机不一样。

    蒸汽机,其蒸汽产生于锅炉,需要用燃料加热水,才会有蒸汽,所以,燃料的燃烧是在汽缸外的装置——锅炉里,从这个角度来说,蒸汽机就是“外燃机”。

    用火药燃烧、产生膨胀气体来推动活塞,这一技术构想失败了,但是原理却和蒸汽机有所不同,因为燃料的燃烧是在汽缸内,所以,这种动力机名为“内燃机”。

    内燃机和外燃机相比,优点是启动快,因为外燃机要烧水产生蒸汽,而把常温状态的水加热到沸腾,需要很长的时间。

    但内燃机不一样,燃料直接在汽缸内燃烧,可以说数息之内就能让动力机“动”起来,一快一慢,优势再明显不过。

    其次,内燃机不需要笨重的锅炉,连带着锅炉里的水也不再需要,这意味着内燃机的体积不仅比外燃机要小,重量也能减轻不少。

    由此可见,内燃机要比外燃机好,前提是能做出来。

    用火药来推动汽缸内的活塞,这个构想很难实现,那么,用火油替代火药在汽缸里燃烧,行不行?

    行,前提是将火油雾化,喷进汽缸里,然后燃烧。

    然而,技术人员经过多年的努力后发现,火油内燃机的技术难关太多,突破起来很困难。

    譬如,因为提炼技术不行,从石油里提取的火油其纯度不够,所以喷雾口容易堵,且火油燃烧后依旧有少量残渣,这会损坏汽缸内壁和活塞。

    折腾了许久,技术人员们发现用火油做内燃机燃料这条路走不通,至少近期走不通。

    火油内燃机的研制虽然失败了,但是有一项成果却是可行的,那就是电火花点火,这项技术很关键,无论最后用什么燃料,都可以运用这种点火方式点火。

    技术人员们讨论后觉得,火药和火油燃烧后都有不同程度的残渣,那就烧煤气好了:烧气体燃料,怎么会有残渣呢?

    这时,用煤炭制取煤气的技术已经成熟了(成本问题另说),煤气灯也很常见,甚至已经发现了压缩存储技术:用压缩机压缩煤气时,压力达到一定数值,煤气会变成液态,用特制的耐压煤气罐,可以存储很多煤气。

    于是技术人员们想到了用煤气当做内燃机的燃料,开始研究如何让煤气在汽缸里燃烧、尽可能多的产生膨胀气体推动活塞。

    宇文皛就是参与者之一,他还是一个技术攻关小组的组长,带领组员们,和其他小组一起协作,争取早日突破技术难关,制作出一台原理验证机。

    功夫不负有心人,几个技术攻关小组相互合作,一起拿出了成果,制作出了煤气内燃机(技术验证机),并且将其装在特制的马车上。

    这种用内燃机驱动的“自走车”,烧的煤气来自于车载煤气罐,跑起来的速度虽然比马车慢,但好歹有一辆车跑完了比赛全程。

    报喜到此结束,宇文皛接下来是报忧。

    他担心天子对于煤气内燃机有什么不切实际的幻想,此刻开始泼冷水“降温”:技术验证机,只是验证了这个技术可行,不代表马上就能实用化。

    宇文皛借助几个模型,向宇文温介绍煤气内燃机目前碰到的瓶颈。

    第一,润滑:煤气内燃机的汽缸,因为其活塞高频率的运动(比蒸汽机高很多),不断和汽缸内壁摩擦,所以需要良好的润滑。

    这得有耐高温的润滑油,而还要有一种可靠的加油技术,能随时给工作中的活塞边缘添加润滑油。

    这个技术目前没有突破,所以参加比赛的内燃机车——汽车,行驶了一段距离后就很容易“爆缸”,原因就是活塞润滑失灵,或者润滑油因为高温变得粘稠,导致活塞的活动不畅、卡死。

    后果就是汽缸严重损坏或者爆裂,又称“爆缸”。

    不仅如此,内燃机的活动部件还有曲轴、连杆、各类轴承等,如何让这些部件一直保持有效润滑,也是很关键的技术问题。

    第二,电火花点火装置的耐用、可靠性:电火花点火装置,其顶端要插入汽缸内,也就是电极位于汽缸内,这样才能让产生的电火花点燃汽缸内的煤气。

    煤气每燃烧一次,实际上就是爆燃一次,点护花点火电极就要承受一次冲击。

    煤气内燃机运转起来,每分钟汽缸内的爆燃频率很高,时间一长,电极会损坏(损耗过大),或者工作不正常。

    如果点火装置工作不正常,就会导致点火时间提前或延后,进而影响内燃机的正常工作。

    所以,电火花点火装置的电极必须耐用,能撑够一定时间再更换,但是现在,这样的电极做不出来,现有电火花点火装置的电极可靠工作,不过是数小时而已。

    因此,想要内燃机正常工作,要么选择耐用的电极材料,要么改良电火花点火装置,采用耐用、可靠的点火装置来点火。

    第三,散热:燃料在汽缸里不停燃烧,释放出的热量被汽缸和活塞吸收,进而导致汽缸和活塞的温度攀升,连带着让曲轴、连杆等部件的温度也在升高。

    温度过高,金属部件会膨胀,这时候部件之间的连接状态,与常温下是不一样的,处理不好的话,会引发一系列故障。

    如何对汽缸进行有效散热,是个让人头痛的问题,如果汽缸温度过高,会导致刚进入汽缸的煤气直接被点燃,进而导致活塞的动作失控。

    而此时进气口来不及关闭,燃烧的煤气会一直烧到储气罐里。

    然后就是爆炸。

    第四,也是最关键的一点:煤气在气缸内的热效率(燃烧-做功)不够,所以内燃机的输出功率不理想。

    宇文皛说的四点,前三点可以归为寿命问题,而第四点,是最关键的效率问题,这个问题解决不了,内燃机没有前途。

    若解决不了热效率低的entity,后果有二,其一,内燃机消耗的燃料很大,用蒸汽机来做比喻,就是耗煤量很高。

    其二,内燃机的输出功率不够,那么同样的使用成本(燃料、维护费用)下,根本就比不过蒸汽机。

    两种机器进行对比,需要统一的标准,宇文皛给出的标准,就是衡量动力机输出功率的单位——匹。

    匹,就是一匹马的力量,又称“马力”。

    目前,学术界对于马力的定义是:一分钟(六十秒)内,一匹马将一斛重的物体拖曳六十步距离所花费的力气。

    常见的蒸汽抽水机,其输出功率大概是五到十匹,而现在,煤气内燃机的输出功率大概是五匹。

    但是,煤气内燃机每小时消耗的煤气,其价格是蒸汽抽水机的两倍以上。

    所以,热效率不高的问题不解决,煤气内燃机就只能是实验室模型。

    这一点,和动力型蒸汽机差不多,当年火轮船的技术突破之一,就是蒸汽机采用了蒸汽在汽缸外冷凝的技术,才从本质上提升了热效率,增加了蒸汽机的输出功率。

    他做了总结,目前煤气内燃机的处境,最多是第一代蒸汽抽水机的状态,用来抽水可以,距离成为交通工具动力机还差很远。

    宇文皛滔滔不绝说了两个小时,宇文温听得想打瞌睡:不就是“现实很骨感”嘛。

    对于宇文温而言,有生之年里内燃机的原型机出现,这就够了,即便后续需要花三十年完善、突破,也无所谓,因为他恐怕活不到那时候。

    现在,有了火车、火轮船,他就已经心满意足。

    内燃机的荣耀,归子孙后代,蒸汽机的荣耀,才是明德年代的时代烙印。

    想是这么想,宇文温却不在面上表露出来,问宇文皛对于内燃机的研制工作还有什么建议,如果需要朝廷批更多的研究资金,尽管打报告申请。

    听得天子表态,宇文皛忽然拘谨起来,接连干咳了几声,这让宇文温眉头一挑:你莫非要提什么不得了的要求?

    。。。。。。

    火车行驶在铁道上,发出“况且、况且”的声音,宇文温独自坐在车厢会见室里,看着外面的风景,心里想着事情。

    方才,宇文皛提了一个请求,请求朝廷允许技术攻关小组在各主要学术期刊刊载文章,介绍内燃机技术的原理,并且定期公布研制进度及遇到的问题(内容经过审核,关键细节保密)。

    与此同时,在几所知名州学开设“内燃机实验室”,一如电学实验室那样,让更多的学者和技术人员参与到内燃机的研制工作中来。

    这样的做法,就是靠着众人拾柴火焰高,用集体的智慧来破解内燃机技术的各个难关。

    研制内燃机过程中遇到的技术难题刊载在期刊上,有心的学者和技术人员,可以尝试着进行摸索,说不定就会有人攻破其中一部分。

    哪怕对方因此申请了专利也不要紧,因为技术突破比专利费更重要。

    宇文皛觉得这样的做法有好处,能避免当年火轮船研制前期的“闭门造车”现象,还能集思广益,让更多的技术力量参与到内燃机的研制中来。

    但是,此举有泄密的风险,所以宇文皛提出这个建议的时候,有些犹豫。

    宇文温也有些犹豫,因为他知道内燃机意味着什么,如果说历史上蒸汽机开启了第一次工业革命,那么内燃机的出现,则开启了第二次工业革命。

    所以,内燃机技术事关未来,事关国运,他潜意识里不太想让其在半公开的期刊上进行讨论。

    虽然,各期刊只接受学校、行会等机构的订阅,不会像一般的报纸那样,在大街上公开发售,但有心人若是想,还是能接触到这些期刊。

    那些外国间谍,若是头脑足够聪明,会通过期刊了解内燃机技术的发展动向。

    然而,这些人即便弄到了技术理论,回国后也不太可能有什么突破,因为其国内根本就不具备发生工业革命的土壤。

    宇文温知道这个道理,所以不担心蒸汽机技术被别国间谍偷回去,搞出火轮船、火车来。

    “复制”内燃机的难度比“复制”蒸汽机的难度还要大,按说不该担心,但宇文温总觉得这么做不好。

    ‘这种心态很别扭啊。。。。’

    宇文温如是想,搓了搓脸,琢磨起来。

    为什么会有这种心态?道理很简单,他手头有蒸汽机,等同于掌握了现在,信心满满,没什么好怕的。

    但是他没有掌握内燃机,等同于掌握不了未来。

    他不知道儿孙们能否掌握未来,于是对于充满未知的未来充满担心,以至于潜意识里对于代表未来的内燃机有些患得患失。

    就想保密,让少数机构暗地里研究,哪怕为此研究个五六十年,也比让人偷学了去、十来年就发明出来好。

    肥水不流外人田嘛。

    想来想去,宇文温长叹一口气,他发现自己的胸襟,好像没有之前想象的那么开阔。

    那么,我该不该有开阔地胸襟,让中原在科学、文化上拥有海纳百川的自信呢?



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