内燃机的发展史

kanqiu 2023-12-07 314

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摘要： 在当今时代，汽车作为人们普遍的出行工具，已经成为了非常方便的出行工具，而内燃机则被称为汽车的“心脏”，内燃机...

当今时代，汽车作为人们常见的出行工具，已经变得非常方便，而内燃机被称为汽车的“心脏”。内燃机作为一种动力机械，在现代社会中发挥着重要的作用，几乎所有的汽车都采用内燃机作为动力源。虽然现在混合动力汽车很多，但内燃机仍然占大多数，大多数船舶也采用内燃机提供动力。

内燃机发展过程中，被应用于各行各业。因此，它有着非常悠久的历史，对促进工业发展、人类交流、经济发展发挥着至关重要的作用。我们目前使用的大多数技术发明都不是一朝一夕实现的。他们经历了漫长的发展过程，一次又一次的完善，才取得了新的突破。内燃机的发展历史也是如此。今天，小编就带大家回顾一下内燃机这几百年的发展历程，感受科技之美。

《蒸汽时代》——内燃机的伏笔

众所周知，瓦特改进了蒸汽机，使世界进入了蒸汽时代。瓦特还于1769年获得了蒸汽机的专利，并不断对其进行改进。瓦特之后，蒸汽机经历了许多重大改进。经过一百多年的时间才逐渐完善，直到20世纪初才得以使用。蒸汽机的压力达到了20个大气压，机械效率提高了23%，功率超过2400马力。

20年代以后，内燃机和汽轮机迅速发展，蒸汽机逐渐被取代。在蒸汽机不断改进和发展的过程中，人们深刻认识到蒸汽机的缺点：蒸汽机必须有锅炉，这使得蒸汽机体积大、笨重，机动性差，效率低。这些缺点与燃料必须在气缸外燃烧，即“外燃”有关。因此，当时的人们想用“内燃”代替“外燃”，以减少能量损失，就提出制造“内燃机”。

“电气时代”——内燃机的出现

“年龄”

1860年左右，有很多关于内燃机的想法，但未能在实际工程应用中发挥作用。由于当时对内燃机工作原理的研究很少，人们普遍缺乏理论指导，也缺乏可以在汽缸内快速燃烧的燃料。

1862年，法国人德罗查公布了他的内燃机理论：点火前压力必须升高，燃烧后发动机必须迅速膨胀到最大膨胀比。他还提出了四冲程内燃机的工作过程：活塞向下运动进入气体；活塞向上运动，压缩气体；点火，气体迅速燃烧膨胀，推动活塞向下做功；活塞向上运动，排出废气。这是德罗查对内燃机理论的重大贡献。

1824年，萨迪·卡莫特发表了热机的基本理论——卡诺原理。 1860年，法国人制造了第一台商用燃气发动机。但由于没有压缩冲程，其效率很低。 1876年，德国人阿尔托和库珀合作制造了四冲程燃气发动机，其效率是燃气发动机的四倍。这台机器也被认为是世界上第一台真正的内燃机。

真正的内燃机

奥托是一位德国工程师，于1861年制造出第一台燃气内燃机。三年后，他与兰根合作开发了改进型发动机，该发动机在1867年巴黎博览会上获得金奖。1876年，奥托制造了第一批四台内燃机。一冲程内燃机，这是第一台可以代替蒸汽机的实用内燃机。奥托内燃机结构小巧紧凑，性能稳定可靠。该机转速达到每分钟80-150转，机械效率高达14%，重量功率比为200公斤/马力。奥托内燃机通常使用汽油作为燃料，因此也称为汽油机。

▲奥托

1859年，第一口油井在美国钻探。此后，石油工业迅速发展。汽油和柴油逐渐成为普通商品，是内燃机发展的物质基础。奥托内燃机诞生后，2017年生产和销售超过5万台。

内燃机的进步——发动机的诞生

的诞生

1885年，德国人戴姆勒根据奥托发动机原理研制出定容内燃机，采用他发明的表面化油器形成的汽油雾作为燃料。转速达到800转/分钟，压缩比达到3:1。提高压缩比意味着发动机将具有更大的推力。与此同时，恒容量内燃机的转速也相应提高，此类内燃机很快得到广泛应用。

卡尔·本茨于1879年12月31日制造出第一台单缸燃气发动机，但这台发动机并没有使本茨摆脱财务困难。他仍然面临破产的危险，生活十分艰难。然而，贫困的生活并没有改变本茨致力于发动机研究的决心。经过多年的努力，卡尔·本茨于1886年1月29日发明了第一辆无马三轮车。这辆三轮车至今仍保存在慕尼黑汽车博物馆中。

第一台单缸燃气发动机

1886年，卡尔·本茨发明了混合器和电点火装置，使汽油机更加完善。可以说，奔驰对内燃机的改进在当时已经达到了非常先进的水平。直到现在，奔驰的混合动力电火花加工技术还没有过时。而且，奔驰具有良好的商业远见，能够将新发明的内燃机应用到汽车上，申请专利，并大力推广。

发动机的普及——各类交通工具的诞生

的

1893年，本茨成功研制出性能先进的“ Dea”牌汽车。它采用奔驰专利的3升发动机，方向盘安装在车的中部。虽然该车性能先进，但由于价格昂贵，很少有人买得起，导致该公司销量不佳。这辆技术先进的汽车只给卡尔·本茨带来了很高的荣誉，并没有给他带来多少经济效益。后来，本茨听从商人的建议，于1894年研制生产了一种廉价的“自行车”。这种“自行车”卖得很好，一年内就卖出了125辆。由于它是世界上第一辆量产的机动车，给奔驰带来了高额利润。后来，卡尔·本茨改进了早期生产的维克多·德亚汽车，设计了18个面对面的车厢座位，成为世界上第一辆公共汽车。

第一辆量产汽车

为了增加内燃机的功率并降低其重量功率比，工程师们正在努力改进内燃机。重要措施是提高转速和增加气缸数。现阶段，内燃机的转速已达到1500转/分钟，点火、起动、汽化、冷却等技术问题也已基本一一解决。 “多缸系统”是降低重量功率比的主要技术措施。 4缸、8缸直线式和V形布置以及12缸和16缸V形布置的相继出现，逐渐将重量功率比降低到4公斤/马力，达到飞机实用水平。法国人设计的星形风冷飞机发动机到1920年重量功率比已达到1公斤/马力。

飞机在高空飞行时，空气稀薄，氧气供应不足，严重阻碍了飞机的发展。 20年代以来，英国出现了利用空气压缩机向汽油发动机供应空气的增压设备，可以将气压提高到1.5个大气压。 20世纪30年代末燃气轮机发明后，被用来驱动增压器，可以将气压提高到1.6个大气压。使用增压器使汽油机的重量功率比降低至0.5公斤马力，将功率提高至3500马力，将转速提高至3400转/分，将油耗降低至0.2公斤/马力小时，并延长使用寿命也从 20 世纪 20 年代的 200 个增加。 20 世纪 70 年代，工时增加至 3,000 小时。

1956年，内燃机发展史上出现了革命性的新设计。这就是德国人汪克尔（F）发明的旋转活塞发动机，又称转子发动机。

在汪克尔转子发动机中，等边三角形转子在特殊形状的气缸中旋转。转子边缘与气缸弧形壁之间形成月牙形燃烧室。转子的三个顶角装有弹簧和密封板。，密封板始终与气缸内壁保持滑动接触和密封。随着转子的旋转，燃烧室的容积依次增大和减小。从化油器吸入燃烧室的混合气随着转子的旋转而被压缩，使燃烧室收缩。，当压缩达到最小时，火花塞点火，然后推动转子旋转，以增大燃烧室的尺寸。该发动机直接旋转输出轴，大大减少了振动，同时消除了曲轴连杆和气门机构。零件数量减少40%，重量减少50%，体积小一半，速度高、功率大、油耗低，引起了各国的重视。目前，由于技术和成本原因，该型发动机仅在高端轿车上配备。