汽車發展史——內燃機

最新 01-26

上周小編和大家一起了解了蒸汽機的發展，今天小編就和各位小哥哥小姐姐再來一起了解一下內燃機。

內燃機，是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內部燃燒，並將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機（感謝度娘）。

廣義上的內燃機包括往複活塞式內燃機、旋轉活塞式發動機、自由活塞式發動機和旋轉葉輪式的燃氣輪機、噴氣式發動機等，但通常所說的內燃機是指往複活塞式內燃機，又以其中的汽油機、柴油機應用最為廣泛，其保有量大大超過了任何其它種類熱機。

1673年，荷蘭的惠更斯就已經有了製造內燃機的想法：少量的火藥在氣缸里燃燒，提升活塞，當氣體冷卻時，大氣壓力便將活塞向下推，進行做功衝程。雖因火藥燃燒難以控制沒有研製成功，卻導致了蒸汽機的誕生，促成了歐洲的工業革命。

1794年，英國人斯特里特提出從燃料的燃燒中獲取動力，並且第一次提出了燃料與空氣混合的概念。1833年，英國人賴特提出了直接利用燃燒壓力推動活塞作功的設計。之後人們又提出過各種各樣的內燃機方案，但在十九世紀中葉以前均未付諸實用。

1862年，法國科學家羅夏對內燃機熱力過程進行理論分析之後，提出四衝程工作循環的理論。

1876年，德國發明家奧托創製了第一台往複活塞式、單缸、卧式、3.2千瓦的四衝程內燃機，它以煤氣為燃料，採用火焰點火，轉速為156.7轉/分，壓縮比為2.66，熱效率達到14％，運轉平穩。在當時，無論是功率還是熱效率，它都是最高的。

1881年，英國工程師克拉克研製成功第一台二衝程的煤氣機，並在巴黎博覽會上展出。奧托內燃機得到推廣，性能不斷提高。1880年單機功率達到11～15千瓦，到1893年又提高到150千瓦。由於壓縮比的提高，熱效率也隨之增高，1886年熱效率為15.5%，1897年達到20～26％。

雖然這些煤氣機的功率、性能等方面日漸成熟，但是要運轉煤氣機，就必須將煤氣機接在煤氣管道上，這就給使用者們造成了極大的不便。隨著是有的開發，比煤氣易於運輸攜帶的汽油和柴油引起了人們的注意。

1883年，德國的戴姆勒製造出第一台燃用汽油的立式汽油機，當時，其他內燃機的轉速不超過200轉/分，它卻一躍而達到800轉/分，因而機器輕了很多，該汽油機也被稱為立鍾，特別適應交通運輸機械。

1885—1885年，德國人本茨和戴姆勒發明了以汽油機為動力的汽車，而這輛以汽油機驅動的汽車正是人類歷史上第一台汽車——賓士一號。汽車的發展又促進了汽油機的改進和提高。

1897年製成了第一台壓縮點火的內燃機。最初，狄塞爾力圖實現奧托循環，以獲得最高的熱效率，但實際上做到的是近似的等壓燃燒，其熱效率達26％。壓縮點火式內燃機的問世，引起了世界的極大興趣，也以發明者而命名為狄塞爾發動機。這種內燃機以後大多用柴油為燃料，故又稱為柴油機。

1926年瑞士人A.J.伯玉希第一次設計了帶廢氣渦輪增壓器的增壓發動機， 50年代後市場上才普及生產增壓內燃機，此後增壓技術得到了迅速發展和廣泛應用。

20世紀60年代後期內燃機電子控制技術誕生,通過70年代的發展,80年代趨於成熟，隨著人類進入電子時代,21世紀的內燃機也將步入「內燃機電子時代」。而電子控制技術的核心其實只是一塊小晶元——ECU（電子控制單元）它通過感測器採集汽車行駛中的狀態，通過實現編入的程序來控制發動機的點火，噴油量，空燃比，怠速等等。說白了就是汽車的大腦。隨著國民生活水平的提高，近幾年來也又越來越多的人開始玩改裝車了。今天攢個冬菇頭，明天改個排氣啥的。但這些改裝都只是硬體上的改裝。道路上不乏很多扮豬吃老虎的例子。怎麼能扮豬吃老虎呢？最好的辦法就是刷ECU，要麼換ECU。沫子淌的有點稠了。我們車沫子在不久的將來也會做一期刷ECU的節目，在那個節目中小編再跟大家沫子吧。

咱們繼續回到內燃機。講了這麼多內燃機的歷史。小編再和大家一起了解一下內燃機的具體結構和工作原理吧。

一個完整的發動機（額，發動機就是內燃機），外部是有氣缸體，曲軸箱，汽缸蓋，汽缸墊等幾部分包裹起來的。

剖開後，內部結構就像這樣

再往核心拆

額，拆得有點快....咱們先來了解一下它的工作原理

上圖是一個四衝程發動機的工作原理圖。首先，汽油和空氣混合氣從進氣口進到燃燒室，活塞向下移動，曲軸轉動。然後對混合氣進行壓縮。混合氣在高溫高壓下經火花塞點火爆燃做功，推動活塞向下運動，曲軸轉動，活塞向上運動，排出廢氣。這大概就是我理解發動機內部的工作原理。（嗯，大概，貌似，好像是這樣吧）

還是請度娘認真解釋一下吧：

進氣行程

進氣門開啟，排氣門關閉，活塞由上止點向下止點移動，活塞上方的氣缸容積增大，產生真空度，氣缸內壓力降到進氣壓力以下，在真空吸力作用下，通過化油器或汽油噴射裝置霧化的汽油，與空氣混合形成可燃混合氣，由進氣道和進氣門吸入氣缸內。進氣過程一直延續到活塞過了下止點進氣門關閉為止。接著上行的活塞開始壓縮氣體。

壓縮行程

進排氣門全部關閉，壓縮缸內可燃混合氣，混合氣溫度升高，壓力上升。活塞臨近上止點前，可燃混合氣壓力上升到0．6～1．2MPa左右，溫度可達330℃～430℃。

作功行程

在壓縮行程接近上止點時，裝在氣缸蓋上方的火花塞發出電火花，點燃所壓縮的可燃混合氣。可燃混合氣燃燒後放出大量的熱量，缸內燃氣壓力和溫度迅速上升，最高燃燒壓力可達3～6MPa，最高燃燒溫度可達2 200℃～2 500℃。高溫高壓燃氣推動活塞快速向下止點移動，通過曲柄連桿機構對外作功。作功行程開始時，進、排氣門均關閉。

排氣行程

作功行程接近終了時，排氣門開啟，由於這時缸內壓力高於大氣壓力，高溫廢氣迅速排出氣缸，這一階段屬於自由排氣階段，高溫廢氣以當地音速通過排氣門排出。隨排氣過程進行進入強制排氣階段，活塞越過下止點向上止點移動，強制將缸內廢氣排出，活塞到達上止點附近時，排氣過程結束。排氣終了時，氣缸內氣體壓力稍高於大氣壓力，約為0．105～0．115MPa，廢氣溫度約為600℃～900℃。由於燃燒室佔有一定容積，因此在排氣終了時，不可能將廢氣徹底排除乾淨，剩餘部分廢氣稱殘餘廢氣。

四衝程汽油機經過進氣、壓縮、作功、排氣四個行程完成一個工作循環，在這個過程中，活塞上下往複運動四個行程，相應的曲軸旋轉兩周。

那麼好，我們繼續拆