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【转】内燃机发展史.doc

【转】内燃机发展史

仙人指路
2019-02-15 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《【转】内燃机发展史doc》,可适用于初中教育领域

内燃机发展史内燃机是将燃料燃烧释放出来的热能转变成有用机械能的一种能量装置.内燃机中的燃料与空气混合、燃烧产生高温、高压的工作气体它作为热能的载体推动活塞通过连杆、曲轴箱外输出机械功.由于这一能量转变过程完全是在发动机的内部完成的所以称为内燃机.广义的说内燃机包括往复活塞式内燃机、转动式燃气轮机、复合式发动机和喷气推进机这些热机可以统称为内燃动力装置.我们将在这里主要向大家介绍往复活塞式内燃机和转动式燃气机另外还会介绍一种比较特殊的斯特林机以此向大家展示内燃机的百年发展史.内燃机以其热效率高、结构紧凑机动性强运行维护简便的优点著称于世.一百多年以来内燃机的巨大生命力经久不衰.目前世界上内燃机的拥有量大大超过了任何其他的热力发动机在国民经济中占有相当重要的地位.现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一与之匹敌的最重要的热能机械.当然内燃机同样也存在着不少的缺点主要是:对燃料的要求高不能直接燃用劣质燃料和固体燃料由于需要间歇换气且在制造上遇到困难单机功率的提高受到限制现代内燃机的最大功率一般小于kW而蒸汽机的单机功率可以高达数十万千瓦内燃机不能反转内燃机的噪音和废气中有害成分对环境的污染尤其突出.可以说这一百多年来内燃机的发展史就是人类不断革新不断挑战克服这些缺点的历史.内燃机发展至今约有一个半世纪的历史了.同其他科学一样内燃机的每一个进步都是人类生产实践经验的概括和总结.内燃机的发明始于对活塞式蒸汽机的研究和改进.在它的发展史中要特别提到的是德国人奥托和狄塞尔正是他们在总结了前人无数实践经验的基础上对内燃机的工作循环提出了较为完善的奥托循环和狄塞尔循环得到了一个科学地总结并有了质的飞跃.他们将前人粗浅的、纯经验的、零乱无序的经验加以继承、发展、总结、提高找出了规律性为现代汽油机和柴油机热力循环奠定了热力学基础为内燃机的发展做出了伟大的贡献.往复活塞式内燃机往复活塞式内燃机的种类很多主要的分类方法有这样一些:按所用的燃料的不同分为汽油机柴油机、煤油机、煤气机(包括各种气体燃料内燃机)等按每个工作循环的行程数不同分为四冲程和二冲程按着火方式不同分为点燃式和压燃式按冷却方式不同分为水冷式和风冷式按气缸排列形式不同分为直列式、V型、对置式、星型等按气缸数不同分为单缸内燃机和多缸内燃机等按内燃机的用途不同分为汽车用、农用、机车用、船用以及固定用等等.本文将会主要针对煤气机、汽油机、柴油机这样一个发展脉络来向大家介绍.最早的内燃机煤气机最早出现的内燃机是以煤气为燃料的煤气机.年法国发明家莱诺制成了第一台实用内燃机(单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机输出功率为~kW转速为rmin热效率为).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.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kW、rmin).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.煤气机虽然比蒸汽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.而且煤气的热值低(约×~×Jm),故煤气机转速慢,比功率小.到世纪下半叶,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.汽油机的出现汽油机年戴姆勒和迈巴赫制成了第一台四冲程往复式汽油机此发动机上安装了迈巴赫设计的化油器还用白炽灯管解决了点火问题.以前内燃机的转速都不超过rmin而戴姆勒的汽油机转速一跃为~rmin.它的特点是功率大质量轻、体积小、转速快和效率高特别适用于交通工具.与此同时本茨研制成功了现在仍在使用的点火装置和水冷式冷却器.到十九世纪末主要的集中活塞式内燃机大体上进入了应用阶段并且很快显示出巨大的生命力.内燃机在广泛应用中不断地得到改善和革新迄今已达到一个较高的技术水平.在这样一个漫长的发展历史中有两个重要的发展阶段是具有划时代意义的:一是年代兴起的增压技术在发动机上的广泛应用再就是年代开始的电子技术及计算机在发动机研制中的应用这两个发展趋势至今都方兴未艾.柴油机内燃机家族的另一个明星柴油机几乎是与汽油机同时发展起来的它们具有许多相同点.所以柴油机的发展也与汽油机有许多相似之处可以说在整个内燃机的发展史上它们是相互推动的.德国狄塞尔博士于年获得压缩点火压缩机的技术专利年制成了第一台压缩点火的“狄塞尔”内燃机即柴油机.柴油机的高压缩比带来众多的优点:不但可以省去化油器和点火装置提高了热效率而且可以使用比汽油便宜得多的柴油作燃料.柴油机由于其压缩比大,最大功率点、单位功率的油耗低.在现代优秀的发动机中,柴油机的油耗约为汽油机的.特别像汽车,通常在部分负荷工况下行驶,其油耗约为汽油机的.柴油机是目前热效率最高的内燃机.柴油机因为压缩比高,发动机结实,故经久耐用、寿命长.同时高压缩比也带来了缺点:柴油机的结构笨重.通常柴油的单位功率质量约为汽油机的~倍.柴油机压缩比高,爆发压力也高,可达汽油机的倍左右(不增压的情况下).为承受高温高压,就要求结实的结构.所以柴油机最初只是作为一种固定式发动机使用.  在同一排量下,柴油机的输出功率约为汽油机的.因为柴油机把燃料直接喷入气缸,不能充分利用空气,相应功率输出低.假设汽油机的空气利用率为,那么柴油机仅有~.柴油机功率输出小的另一原因是压缩比大,发动机的摩擦损失比汽油机大.这种摩擦损失与转速成正比,不能期望通过增加转速来提高功率.转速最高的汽油机每分钟可运转次以上(如赛车发动机),而柴油机的最高转速却只有rmin.燃气轮机年布拉顿(GeorgeBrayton)制造了一种定压燃烧的发动机.该机能提供使燃气完全膨胀到大气压所发出的功率.世纪初法国的阿曼卡(BeneArmangaud)等成功地应用布拉顿循环原理制成燃气轮机.但是因当时条件限制,热效率很低未能得到发展.到年代,由于空气动力学及耐高温合金材料和冷却系统的进展,为燃气轮机进入实用创造了条件.燃气轮机虽然是内燃机,但它没有像往复式内燃机那样必须在封闭的空间里和限定的时间内燃烧的限制所以不会发生像汽油机那样令人担心的爆震也很少像柴油机那样受摩擦损失的限制且燃料燃烧所产生的气体直接推动叶轮转动故它的结构简单(与活塞式内燃机相比其部件仅为它的左右)、质量轻、体积小、运行费用省且易于采用多种燃料也较少发生故障.虽然燃气轮机目前尚存在一些缺点:寿命短、需要高级耐热钢材和成本高及排污较严重等致使至今燃气轮机的应用仍局限于飞机、船舶、发电厂和机车但是由于布拉顿循环的优越性和燃气轮机对燃油的限制少及上述的其它优点,使得它仍为现在和将来人们致力研究的动力技术之一.若突破涡轮入口温度大大提高热效率且克服其它缺点燃气轮机有望取代汽、柴油机.旋转活塞式发动机一直以来人们都在致力于建造旋转式发动机其目标是避免往复式发动机固有的复杂性.在年以前人们曾提出过多个旋转发动机的方案.世纪初又有许多人提出不同的方案但大多因结构复杂或无法解决气缸密封问题而不能实现.直到年德国人汪克尔(FelixWankel)经长期研究突破了气缸密封这一关键技术才使具有长短幅圆外旋轮线缸体的三角旋转活塞发动机首次运转成功.转子每转一圈可以实现进气、压缩、燃烧膨胀和排气过程按奥托循环运转.年三角转子发动机作为船用动力到年代日本东洋工业公司把它用于汽车引擎.转子发动机有一系列的优点:它取消了曲柄连杆机构、气门机构等得以实现高速化质量轻(比往复式内燃机质量下降到)、结构和操作简单(零件数量比往复式少体积减少)此外在排气污染方面也有所改善.但转子发动机也存在着严重的不足之处:这种结构的密封性能较差至今只能作为压缩比低的汽油机使用由于高速带来了扭矩低组织经济的燃烧过程困难寿命短、可靠性低以及加工长短轴旋轮线的专用机床构造复杂等.综上所述,世纪的内燃机将面临来自各方面的挑战,它将义无返顾地朝着节约能源、燃料多样化、提高功率、延长寿命、提高可靠性、降低排放和噪声、减轻质量、缩小体积、降低成本、简化维护保养等方向迅猛发展.在世纪,天然气、醇类、植物油及氢等代用燃料将为内燃机增添新的活力,而内燃机电子控制技术在提高品质的同时也延长了内燃机行业的“生命”.新材料、新工艺的技术革命,为世纪内燃机的发展产生了新的推动力.世纪的内燃机,将在造福人类的同时不断弥补自身缺陷,以尽可能完美的形象为人类做出新的贡献.

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