发动机发展史教程文件.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。发动机发展史-发动机创新设计历程分析摘要:汽车整体技术日新月异,而作为汽车的心脏发动机技术的进步和创新步显得更受关注。回顾一下发动机的发展历程或许更能使你理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。发动机的不同形式,各有各自的优缺点。关键词:发动机机构创新历程汽车整体技术日新月异,而作为汽车的心脏发动机技术的进步显得更受关注。如今当介绍一辆汽车的发动机时:双顶置凸轮轴技术,缸内直喷技术,VCM汽缸管理技术,涡轮增压技术,等等都已经运用的相当广泛;在用料上也是往轻量化的方向发展:全铝发动机目前的应用已经非常
2、广泛;汽车的污染也是不可避免,于是新能源技术,包括柴油机的高压共轨,燃料电池,混合动力,纯电动,生物燃料技术也已经有普及的趋向,但回顾一下发动机的历史或许更能理解这一百多年来汽车技术所发生的巨大变革。一、蒸汽发动机:“汽车”由此诞生18世纪中期,瓦特发明的蒸汽机引发了欧洲工业革命。作为当时强大的动力机器,人们一直在想方设法把它安置到车上,以代替马匹。1770年,法国人居纽成功地把蒸汽机运用到了车子上,制作了世界第一辆三轮蒸汽机车。这辆车长7.23米,时速3.5公里。虽然速度很慢,但开创了汽车的新时代。这种蒸汽发动机的缺陷是:热量浪费太大,效率不高,只有简单的往复式的线性运动。二、煤气发动机:内
3、燃机的初级产品1858年定居法国巴黎的里诺发明了煤气发动机(单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机,输出功率为0.741.47KW,转速为100r/min,热效率为4%)。并于1860年申请专利。里诺的煤气发动机以煤气和空气的混合燃烧取代了往复式蒸汽机的蒸汽,用电池和感应线圈产生电火花。这种发动机有气缸、活塞、连杆、飞轮等,已经初步具备了现代发动机的基本雏形,是内燃机的初级产品,为现代汽车发动机的出现打下了结构设计方面的基础。煤气发动机虽然比蒸汽发动机具有很大的优越性,但在社会化大生产情况下,仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。因为它以煤气为燃料,需要庞大的煤气发生炉和管道系统。而且煤
4、气的热值低(约1.751072.09107J/m3),故煤气机转速慢,功率比小。三、四冲程理论:现代发动机的核心理论法国工程师德罗沙认识到,要想尽可能提高内燃机的热效率,就必须使单位气缸容积的冷却面积尽量减小,膨胀时活塞的速率尽量快,膨胀的范围(冲程)尽量长。在此基础上,他在1862年提出了著名的等容燃烧四冲程循环:进气、压缩、燃烧和膨胀、排气。1876年,德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机(单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21KW、180r/min)。在这部发动机上,奥托增加了飞轮,使运转平稳,把进气道加长,又改进了气缸盖,使混合气充分形成。这是一部非常成功的发动机,其热效
5、率相当于当时蒸汽机的两倍。奥托把三个关键的技术思想:内燃、压缩燃气、四冲程融为一体,使这种内燃机具有效率高、体积小、质量轻和功率大等一系列优点。在1878年巴黎万国博览会上,被誉为“瓦特以来动力机方面最大的成就”。等容燃烧四冲程循环由奥托实现,也被称为奥托循环。四、汽油发动机:现代汽车的开端到19世纪下半叶,随着石油工业的兴起,用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。1886年1月29日,德国人奥姆勒和卡尔.本茨在里诺卧式气压煤气发动机以及四冲程理论的基础上制造出了第一台汽油发动机,使汽车正式进入汽油动力时代,1886年卡尔本茨制造出世界上第一辆以汽油为动力的三轮汽车。该车装有卧置单缸二冲程汽
6、油发动机,785CC容积,0.89匹马力,每小时行走15公里。该车前轮小,后轮大,发动机置于后桥上方,动力通过链和齿轮驱动后轮前进。该车已具备了现代汽车的一些基本特点,如电点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬挂、后轮驱动、前轮转向和掣动手把等。其齿轮齿条转向器是现代汽车转向器的鼻祖。当时,由于该车的性能还未完善,发动机工作时噪音很大,而传递动力的链条质量不过关,常常发生断裂,因而在汽车经过的道路上,人们看见的经常是人推车而不是人坐车。五、柴油发动机:现代汽车的丰富柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。它是由德国发明家鲁道夫狄塞尔于1892年发明的,柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样
7、的,每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油,其粘度比汽油大,不易蒸发,而其自燃温度却较汽油低,因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时,柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上,通过喷油器喷入气缸,在很短时间内与压缩后的高温空气混合,形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高(一般为16-22),所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa,同时温度高达750-1000K(而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa,温度达600-700K),大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后,在很
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