第三节 内燃机

扩展资料

内燃机的发展历史

　　活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械．它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用．全世界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动力．海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进．世界上内燃机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位．
　　活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力，但因火药燃烧难以控制而未获成功．1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念．1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计．
　　之后人们又提出过各种各样的内燃机方案，但在十九世纪中叶以前均未付诸实用．直到1860年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机．这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机．勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环．这台煤气机的热效率为4%左右．
　　英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩，随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率．1862年，法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环．
　　1876年，德国发明家奥托运用罗沙的原理，创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦(4.4马力)的四冲程内燃机，仍以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7转/分，压缩比为2.66，热效率达到14％，运转平稳．在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的．
　　奥托内燃机获得推广，性能也在提高．1880年单机功率达到11～15千瓦(15～20马力)，到1893年又提高到150千瓦．由于压缩比的提高，热效率也随之增高，1886年热效率为15.5%，1897年已高达20～26％．1881年，英国工程师克拉克研制成功第一台二冲程的煤气机，并在巴黎博览会上展出．
　　随着石油的开发，比煤气易于运输携带的汽油和柴油引起了人们的注意，首先获得试用的是易于挥发的汽油．1883年，德国的戴姆勒创制成功第一台立式汽油机，它的特点是轻型和高速．当时其他内燃机的转速不超过200转/分，它却一跃而达到800转/分，特别适应交通动输机械的要求．1885～1886年，汽油机作为汽车动力运行成功，大大推动了汽车的发展．同时，汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高．不久汽油机又用作了小船的动力．
　　1892年，德国工程师狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想将吸入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸，使之着火燃烧．他首创的压缩点火式内燃机(柴油机)于1897年研制成功，为内燃机的发展开拓了新途径．
　　狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循环，以求获得最高的热效率，但实际上做到的是近似的等压燃烧，其热效率达26％．压缩点火式内燃机的问世，引起了世界机械业的极大兴趣，压缩点火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎．
　　这种内燃机以后大多用柴油为燃料，故又称为柴油机．1898年，柴油机首先用于固定式发电机组，1903年用作商船动力，1904年装于舰艇，1913年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成，1920年左右开始用于汽车和农业机械．
　　早在往复活塞式内燃机诞生以前，人们就曾致力于创造旋转活塞式的内燃机，但均未获成功．直到1954年，联邦德国工程师汪克尔解决了密封问题后，才于1957年研制出旋转活塞式发动机，被称为汪克尔发动机．它具有近似三角形的旋转活塞，在特定型面的气缸内作旋转运动，按奥托循环工作．这种发动机功率高、体积小、振动小、运转平稳、结构简单、维修方便，但由于它燃料经济性较差、低速扭矩低、排气性能不理想，所以还只是在个别型号的轿车上得到采用．

扩展资料

内燃机早期发展历史

　　1670年,荷兰数学、物理和天文学家海更斯用火药作为燃料，利用其点燃后迅速产生的气体膨胀推力推动活塞运动，制造出世界上第一台“内燃机”．
1712年，英国发明家托马斯-纽科门（Thomas Neucomen）研制出蒸汽发动机，尽管他发明的蒸汽机很不完善，但毕竟减轻了人们的体力劳动，使其在欧洲流行了近60年．
　　1769年，法国军官约瑟夫-古诺（Joseph Cugnot）研制出了一台装有蒸汽机的三轮炮车，这辆车的最前面装有一个大锅炉，产生的蒸汽仅能使车辆行驶30分钟．车架、车轮均为木制，时速为3.6公里/小时，试车那天，行驶不久锅炉便发生爆炸．尽管该车过于简陋，但毕竟开创了利用自带机器作为动力的轮试车辆的新纪元．
　　1782年，苏格兰工程师詹姆斯-瓦特（James Watt）对纽科门的蒸汽机进行改进，使之成为一种实用的机器．
　　1801年，英国人特里维西克研制出形似大型马车的蒸汽机公共汽车，在英国康沃尔投入使用．自此实用的蒸汽机汽车开始发展起来．到19世纪中叶这种蒸汽机汽车也开始出现，并逐步走向商品化生产．
　　1859年，美国耶鲁大学教授西利曼建立了最早的石油分馏装置，分馏出汽油、煤油和柴油．当时只有煤油被用于点灯，由于汽油易于爆炸，柴油不易点燃，它们被当成废物扔掉．1859年美国宾夕法尼亚打出了第一口商业油井．在汽车诞生前，汽车的“食物”问题已经可以解决了．
　　1860年，比利时出生的法国发明家勒努瓦（Lenoir）成功地制造了第一台实用的内燃机，这是一台使用照明用的煤气作为燃料的单缸发动机，勒努瓦在其上面首次安装了蓄电池点火系统，尽管这种点火系统在当时还不够完善，但由于这种发动机操作简便、启动迅速，因此被装在早期的汽车上使用．
　　1864年,德国工程师奥托(Otto)与企业家工程师朗津合作，开办了世界上第一家内燃机制造厂．
　　1866年，奥托提出了著名的内燃机工作循环理论棗奥托循环，这是内燃机工作所遵循的基本原理之一，他为内燃机的发展奠定了理论基础．同年，奥托的公司还成功地研制出具有划时代意义的“往复式四冲程内燃机”，并获得巴黎博览会金奖．这种发动机利用活塞往复运动的四个行程，将吸入的混合气压缩后，再点火燃烧，大大提高了内燃机的热效率，为内燃机的发展做出了杰出贡献．1876年奥托研制的这种发动机获得了专利并投入批量生产．
　　1873年，英国人罗伯特-戴维森（Robert Davidson）研制出第一辆具有实用价值的用蓄电池驱动的电动汽车．
　　1879年，德国工程师卡尔-本茨（Carl Benz）在曼海姆首次研制成功一台小型内燃机．