本文作者:kanqiu

​内燃机的发展史

kanqiu 2023-12-07 158
​内燃机的发展史摘要: 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...

内燃机工作原理动画演示_内燃机工作原理_内燃机工作原理简图

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。

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《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。

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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。

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真正的内燃机

01

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。

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▲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。

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第一台单缸燃气发动机

02

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

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。

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第一辆量产汽车

03

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。

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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。

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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。

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以上就是内燃机的发展历史。 可见,一项为我们的生活提供便利的发明是经过数百年的发展才创造出来的。

【结尾】

参考:

[1]赵静,《内燃机发展的历史与未来趋势》

[2]李乐明,《内燃机活塞加工技术研究》

[3] 张远征; 朱荣干,《内燃机典型燃烧故障》

[4]芒超,《决战2010:涡轮增压之年》

[5]崔文政,“内燃机滑动轴承润滑研究现状与进展”

[6]管红叶,《电动车太“远”,内燃机解渴近》

[7]赵平,《内燃机车节能环保》

[8]孟健等,《《内燃机原理》课程教学改革与实践》

[9]张雷,《电动与内燃机汽车动力系统全生命周期环境影响分析比较》

[10]周全生,《内燃机节油新方案》

本次推送为天津大学《科学技术史》课程作业

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作者:kanqiu本文地址:https://www.henqushuyuan.com/b/45334.html发布于 2023-12-07
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