第47章 内燃机轰鸣新时代，动力革命与发电网络双突破（1/2）
大秦十一年二月初，咸阳城春寒料峭，但科学院物理研究所的实验大厅里热火朝天。
几天前，姜云提交了《关于开展内燃机技术研究的建议书》，始皇帝批示了一个字：
现在，科学院的核心研究人员围坐在长桌前，听姜云讲解内燃机的概念。
你们都知道蒸汽机的工作原理。姜云在黑板上画了一台蒸汽机的示意图，在汽缸外面烧锅炉，锅炉产生蒸汽，蒸汽通过管道进入汽缸，推动活塞运动。这叫外燃机，燃料在汽缸外面燃烧。
而内燃机，他在旁边画了另一个示意图，燃料直接在汽缸里面燃烧。不是在外面烧锅炉，而是在汽缸里直接烧。燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动。
有什么区别？章邯问。
区别很大。姜云放下粉笔，蒸汽机需要锅炉、管道、冷凝器等一系列附属设备，体积大、重量大、效率低。从煤炭燃烧到蒸汽产生，再到推动活塞，能量经过了多次转换，每一步都有损失。大型蒸汽机的热效率不到百分之十。
但内燃机不需要锅炉，燃料直接喷进汽缸，点火燃烧，气体膨胀推动活塞。结构更简单，体积更小，重量更轻，效率更高。如果能做出来，它的热效率至少是蒸汽机的三倍以上。
三倍以上的热效率。
在座的每一个人都明白这意味着什么。
同样多的燃料，内燃机能做三倍以上的功。
或者说，同样的功，内燃机只需要蒸汽机三分之一的燃料。
天师，张衡开口了，声音里带着一丝按捺不住的兴奋，内燃机用什么燃料？
石油。
石油？
姜云在黑板上写了一个字，地底下有一种黑色的、黏稠的液体，可以燃烧，发热量比煤炭高得多。这种液体叫作石油。从石油中提炼出一种轻质、易挥发的成分，叫作汽油。汽油在汽缸里雾化后和空气混合，点火就能瞬间燃烧爆炸，产生巨大的推力。
石油……张衡嘴里念叨着这个词，眼睛里闪烁着光芒。
问题有两个。姜云伸出两根手指，第一，石油从哪里来？第二，内燃机怎么做？
石油的问题，我来解决。章邯站了起来，安西省那边有牧民报告过，说草原上有些地方会渗出一种黑色的、黏稠的液体，牲畜喝了会生病，当地牧民管它叫。我让工部的勘探队去确认一下，如果确实是石油，就可以开采。
好。内燃机的问题，姜云看向张衡，你来主持研制。
张衡愣了一下，然后用力点头：谢天师信任！
原理我给你讲清楚，方向我给你指明，但具体的工程设计，气缸多大、活塞多长、压缩比多少、点火角度怎么调，这些都需要你自己在实验中摸索出来。
明白！
大秦十一年二月中旬，两条战线同时拉开。
章邯派出的工部勘探队沿着河西走廊向安西省进发。根据牧民提供的线索，在安西省中部，原安西都护府的辖地，有一片区域，地面会渗出黑色的黏稠液体，散发着一股刺鼻的气味。
勘探队到达目的地后，果然发现了。
那是一片荒凉的戈壁地带，地面裂着许多细小的缝隙，黑色的黏稠液体从缝隙中渗出，在低洼处汇成一片片黑色的油坑。油坑表面泛着彩色的光泽，空气中弥漫着一股浓浓的石油气味。
勘探队长用竹棍蘸了一点，放在火上一烤，呼的一声，火焰腾起，黑烟滚滚。
就是这个了！勘探队长兴奋地喊道。
消息传回咸阳，章邯立刻组织了一支更大的勘探队伍，带着钻井设备和储油罐前往安西省。
与此同时，在内燃机研制前线，张衡的工作刚刚开始。
他面临的第一个难题就是，气缸。
蒸汽机的气缸是卧式的，活塞在水平方向上运动。但内燃机因为需要更高的燃烧效率，张衡根据姜云的指导，决定把气缸做成竖式的，活塞在垂直方向上运动。
气缸壁要光滑，活塞和气缸之间的间隙要极小。姜云在指导时说，间隙大了，燃烧气体就会漏出去，推力就损失了。间隙小了，活塞又会卡住。这个度，要靠你自己把握。
张衡用百炼钢车出了一个圆筒状的气缸，内壁用砂纸反复打磨，直到光滑如镜。活塞也用百炼钢车制，外径比气缸内径略小一丝，约莫一根头发丝的十分之一。
能不能用？助手问。
装上试试。
活塞装入气缸后，张衡用手推了推，感觉阻力适中，没有卡顿的感觉。
气密性还不够。他想了想，在活塞外壁上刻了几道浅浅的环形槽，装上金属胀环，活塞环。这是他从蒸汽机的活塞密封结构中得到的灵感。
装好活塞环后再试，气密性大大改善。
接下来是曲轴和连杆的制造。
内燃机活塞的往复运动需要通过连杆和曲轴转化成旋转运动。曲轴的设计和制造精度要求极高，曲轴的曲柄距离决定了活塞的行程，而活塞的行程决定了气缸的排量。
张衡花了大半个月的时间，手工打造了一根曲轴。虽然表面粗糙了一些，但装在机架上转动起来还算平稳。
第三个难题是点火装置。
内燃机需要在一个精确的时间点点燃混合气。姜云在指导时说，太早了，混合气在活塞还没到位时就会爆炸，产生反冲。太晚了，混合气燃烧不充分，功率上不去。
市面上的点火方案，姜云给了张衡一个灵感，燧发枪。
燧发枪的击发机构，就是用一个撞针撞击燧石产生火花，点燃火药。内燃机内部也需要一个来点燃混合气，这个装置叫作火花塞。
张衡拆了一支燧发枪，研究了里面的击发机构。然后他设计了一个类似的装置，一个陶瓷绝缘体包裹的金属电极，电极末端伸入汽缸顶部。另一个电极固定在气缸壁上，两个电极之间留有一个微小的间隙。
当高压电流通过两个电极时，间隙中就会产生火花，点燃混合气。
这就是火花塞。
张衡做了十几个不同规格的火花塞，反复测试电极间隙和材料。一开始他用铜做电极，发现火花不稳定。后来换成铁，稍好一些，但容易生锈。最后他试了一种铁镍合金的配方，这是姜云建议的，效果最佳。
但绝缘体的问题更大。普通的黏土烧制的陶瓷，在高温高压下容易开裂。张衡试了五六种不同的陶土配方，都没能通过耐久性测试。
就在这时，公主嬴玉主动找了过来。
张衡，我听说你在火花塞的绝缘体上遇到困难了？嬴玉走进实验室，手里拿着几个小瓷片。
公主？张衡抬起头，有些意外。
这是我在材料库里找到的几种高铝瓷土。嬴玉把瓷片放在桌上，其中一种是我让工部窑炉专门烧制的，用的不是普通黏土，而是加入了刚玉粉的特制配方。刚玉粉的耐热性能比普通黏土高得多。
张衡拿起瓷片仔细端详，用指甲敲了敲，发出清脆的声响。
我试试。
他把嬴玉带来的高铝瓷土做成火花塞绝缘体的形状，放进窑炉里高温烧制。出窑后，瓷体呈乳白色，质地坚硬，用铁锤都敲不碎。
装在火花塞上一试，高温高压下纹丝不动，绝缘性能极佳。
成了！张衡兴奋地说，公主，你解决了大问题！
嬴玉笑了笑：我也是偶然想到的。之前在调试无线电检波器的时候，发现矿石材料的性能差异极大。那绝缘体应该也一样，材料的配比不同，性能就天差地别。
张衡的内燃机攻关在马不停蹄地进行着。
与此同时，章邯派出的勘探队已经在安西省找到了大规模的石油渗出点。工部调集了两千名工匠，在安西省中部建立了一个石油开采基地。
开采方法是最原始的，钻井。用人力驱动的冲击式钻机，将一根头部装有钢制钻头的长杆反复提起、落下，冲击地层，打出井眼。
第一口井打了将近一个月，深度达到六十丈时，一股黑色的液体喷涌而出。
出油了！出油了！
工匠们欢呼着，纷纷躲避喷涌而出的石油。黑色的油柱冲到两丈多高，然后落下来，在地面上汇成一片黑色的油湖。
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