發(fā)動機發(fā)展史

1、發(fā)動機創(chuàng)新設(shè)計歷程分析摘要：汽車整體技術(shù)日新月異，而作為汽車的心臟發(fā)動機技術(shù)的進步和創(chuàng)新步顯得更受關(guān)注?；仡櫼幌掳l(fā)動機的發(fā)展歷程或許更能使你理解這一百多年來汽車技術(shù)所發(fā)生的巨大變革。發(fā)動機的不同形式，各有各自的優(yōu)缺點。關(guān)鍵詞：發(fā)動機 機構(gòu) 創(chuàng)新 歷程 汽車整體技術(shù)日新月異，而作為汽車的心臟發(fā)動機技術(shù)的進步顯得更受關(guān)注。如今當介紹一輛汽車的發(fā)動機時：雙頂置凸輪軸技術(shù)，缸內(nèi)直噴技術(shù)，VCM汽缸管理技術(shù)，渦輪增壓技術(shù)，等等都已經(jīng)運用的相當廣泛；在用料上也是往輕量化的方向發(fā)展：全鋁發(fā)動機目前的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛；汽車的污染也是不可避免，于是新能源技術(shù)，包括柴油機的高壓共軌，燃料電池，混合動力，純電動，生

2、物燃料技術(shù)也已經(jīng)有普及的趨向，但回顧一下發(fā)動機的歷史或許更能理解這一百多年來汽車技術(shù)所發(fā)生的巨大變革。一、蒸汽發(fā)動機：“汽車”由此誕生18世紀中期，瓦特發(fā)明的蒸汽機引發(fā)了歐洲工業(yè)革命。作為當時強大的動力機器，人們一直在想方設(shè)法把它安置到車上，以代替馬匹。1770年，法國人居紐成功地把蒸汽機運用到了車子上，制作了世界第一輛三輪蒸汽機車。這輛車長7.23米，時速3.5公里。雖然速度很慢，但開創(chuàng)了汽車的新時代。這種蒸汽發(fā)動機的缺陷是：熱量浪費太大，效率不高，只有簡單的往復(fù)式的線性運動。二、煤氣發(fā)動機：內(nèi)燃機的初級產(chǎn)品1858年定居法國巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機（單缸、二沖程、無壓縮和電點火的煤氣機，

3、輸出功率為0.741.47KW，轉(zhuǎn)速為100r/min，熱效率為4%）。并于1860年申請專利。里諾的煤氣發(fā)動機以煤氣和空氣的混合燃燒取代了往復(fù)式蒸汽機的蒸汽，用電池和感應(yīng)線圈產(chǎn)生電火花。這種發(fā)動機有氣缸、活塞、連桿、飛輪等，已經(jīng)初步具備了現(xiàn)代發(fā)動機的基本雛形，是內(nèi)燃機的初級產(chǎn)品，為現(xiàn)代汽車發(fā)動機的出現(xiàn)打下了結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的基礎(chǔ)。煤氣發(fā)動機雖然比蒸汽發(fā)動機具有很大的優(yōu)越性,但在社會化大生產(chǎn)情況下,仍不能滿足交通運輸業(yè)所要求的高速、輕便等性能。因為它以煤氣為燃料,需要龐大的煤氣發(fā)生爐和管道系統(tǒng)。而且煤氣的熱值低(約1.751072.09107J/m3),故煤氣機轉(zhuǎn)速慢,功率比小。三、四沖程理論：現(xiàn)

4、代發(fā)動機的核心理論法國工程師德羅沙認識到，要想盡可能提高內(nèi)燃機的熱效率，就必須使單位氣缸容積的冷卻面積盡量減小，膨脹時活塞的速率盡量快，膨脹的范圍（沖程）盡量長。在此基礎(chǔ)上，他在1862年提出了著名的等容燃燒四沖程循環(huán)：進氣、壓縮、 燃燒和膨脹、排氣。 1876年，德國人奧托制成了第一臺四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機（單缸、臥式、以煤氣為燃料、功率大約為2.21KW、180r/min）。在這部發(fā)動機上，奧托增加了飛輪，使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，把進氣道加長，又改進了氣缸蓋，使混合氣充分形成。這是一部非常成功的發(fā)動機，其熱效率相當于當時蒸汽機的兩倍。奧托把三個關(guān)鍵的技術(shù)思想：內(nèi)燃、壓縮燃氣、四沖程融為一體，使這種內(nèi)燃

5、機具有效率高、體積小、質(zhì)量輕和功率大等一系列優(yōu)點。在1878年巴黎萬國博覽會上,被譽為“瓦特以來動力機方面最大的成就”。等容燃燒四沖程循環(huán)由奧托實現(xiàn),也被稱為奧托循環(huán)。四、汽油發(fā)動機：現(xiàn)代汽車的開端到19世紀下半葉,隨著石油工業(yè)的興起,用石油產(chǎn)品取代煤氣作燃料已成為必然趨勢。1886年1月29日，德國人奧姆勒和卡爾.本茨在里諾臥式氣壓煤氣發(fā)動機以及四沖程理論的基礎(chǔ)上制造出了第一臺汽油發(fā)動機，使汽車正式進入汽油動力時代，1886年卡爾本茨制造出世界上第一輛以汽油為動力的三輪汽車。該車裝有臥置單缸二沖程汽油發(fā)動機,785CC容積,0.89匹馬力,每小時行走15公里。該車前輪小,后輪大,發(fā)動機置于后

6、橋上方,動力通過鏈和齒輪驅(qū)動后輪前進。該車已具備了現(xiàn)代汽車的一些基本特點,如電點火、水冷循環(huán)、鋼管車架、鋼板彈簧懸掛、后輪驅(qū)動、前輪轉(zhuǎn) 向和掣動手把等。其齒輪齒條轉(zhuǎn)向器是現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向器的鼻祖。當時,由于該車的性能還未完善,發(fā)動機工作時噪音很大,而傳遞動力的鏈條質(zhì)量不過關(guān),常常發(fā)生斷裂,因而在汽車經(jīng)過的道路上,人們看見的經(jīng)常是人推車而不是人坐車。五、柴油發(fā)動機：現(xiàn)代汽車的豐富柴油發(fā)動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動機。它是由德國發(fā)明家魯?shù)婪虻胰麪栍?892年發(fā)明的，柴油發(fā)動機的工作過程其實跟汽油發(fā)動機一樣的，每個工作循環(huán)也經(jīng)歷進氣、壓縮、作功、排氣四個行程。但由于柴油機用的燃料是柴油，其粘度比汽

7、油大，不易蒸發(fā)，而其自燃溫度卻較汽油低，因此可燃混合氣的形成及點火方式都與汽油機不同。 柴油機在進氣行程中吸入的是純空氣。在壓縮行程接近終了時，柴油經(jīng)噴油泵將油壓提高到10MPa以上，通過噴油器噴入氣缸，在很短時間內(nèi)與壓縮后的高溫空氣混合，形成可燃混合氣。由于柴油機壓縮比高（一般為16-22），所以壓縮終了時氣缸內(nèi)空氣壓力可達3.5-4.5MPa，同時溫度高達750-1000K（而汽油機在此時的混合氣壓力會為0.6-1.2MPa，溫度達600-700K），大大超過柴油的自燃溫度。因此柴油在噴入氣缸后，在很短時間內(nèi)與空氣混合后便立即自行發(fā)火燃燒。氣缸內(nèi)的氣壓急速上升到6-9MPa，溫度也升到20

8、00-2500K。在高壓氣體推動下，活塞向下運動并帶動曲軸旋轉(zhuǎn)而作功，廢氣同樣經(jīng)排氣管排入大氣中。 六、轉(zhuǎn)子發(fā)動機：現(xiàn)代汽車的進一步豐富1957年，德國人汪克爾發(fā)明了轉(zhuǎn)子活塞發(fā)動機，這是汽油發(fā)動機發(fā)展的一個重要分支。轉(zhuǎn)子發(fā)動機的特點是利用內(nèi)轉(zhuǎn)子圓外旋輪線和外轉(zhuǎn)子圓內(nèi)旋輪線相結(jié)合的機構(gòu)，無曲軸連桿和配氣機構(gòu)，可將三角活塞運動直接轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動。它的零件數(shù)比往復(fù)活塞式汽油少40%，質(zhì)量輕、體積小、轉(zhuǎn)速高、功率大。轉(zhuǎn)子發(fā)動機直接將可燃氣的燃燒膨脹力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩。與往復(fù)式發(fā)動機相比，轉(zhuǎn)子發(fā)動機取消了無用的直線運動，因而同樣功率的轉(zhuǎn)子發(fā)動機尺寸較小，重量較輕，而且振動和噪聲較低，具有較大優(yōu)勢。 轉(zhuǎn)子發(fā)

9、動機的運動特點是：三角轉(zhuǎn)子的中心繞輸出軸中心公轉(zhuǎn)的同時，三角轉(zhuǎn)子本身又繞其中心自轉(zhuǎn)。在三角轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，以三角轉(zhuǎn)子中心為中心的內(nèi)齒圈與以輸出軸中心為中 心的齒輪嚙合，齒輪固定在缸體上不轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒圈與齒輪的齒數(shù)之比為3：2。上述運動關(guān)系使得三角轉(zhuǎn)子頂點的運動軌跡（即汽缸壁的形狀）似“8”字形。三角轉(zhuǎn)子把汽缸分成三個獨立空間，三個空間各自先后完成進氣、壓縮、做功和排氣，三角轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)一周，發(fā)動機點火做功三次。由于以上運動關(guān)系，輸出軸的轉(zhuǎn)速是轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)速度的3倍，這與往復(fù)運動式發(fā)動機的活塞與曲軸：的運動關(guān)系完全不同。 七、汽車發(fā)動機的類型主要有以下幾種：（直列L，V型，水平對置，W型和轉(zhuǎn)子發(fā)動機(三角活塞

10、發(fā)動機,RE)） 1.直列式（line）簡寫以L表示，例如L4，L6等，一般排氣量在2000cc以下的發(fā)動機大多采用此種結(jié)構(gòu)。直列發(fā)動機(LineEngine)，它的所有汽缸均按同一角度肩并肩排成一個平面，它的優(yōu)點是缸體和曲軸結(jié)構(gòu)十分簡單，而且使用一個汽缸蓋，制造成本較低，尺寸緊湊。直列發(fā)動機穩(wěn)定性高，低速扭矩特性好并且燃料消耗也較少，但缺點是功率較低，并且不適合6缸以上的發(fā)動機采用。直列發(fā)動機在國產(chǎn)車中應(yīng)用十分廣泛，幾乎所有中檔以下國產(chǎn)車及采用四缸發(fā)動機的車型都是直列發(fā)動機。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，穩(wěn)定，運轉(zhuǎn)平衡性好，體積小。 缺點：當排氣量和汽缸數(shù)增加時，發(fā)動機的長度將大大增加 2. V

11、型發(fā)動機，V型發(fā)動機汽缸采用V字形排列，將所有汽缸分成兩組，把相鄰汽缸以一定夾角布置一起，使兩組汽缸形成有一個夾角的平面，從側(cè)面看汽缸呈V字形，故稱V型發(fā)動機。V型是最節(jié)省空間的排列方式。V型發(fā)動機的高度和長度尺寸小，在汽車上布置起來較為方便。尤其是現(xiàn)代汽車比較重視空氣動力學，要求汽車迎風面越小越好，也就要求發(fā)動機蓋越低越好。另外，如果將發(fā)動機長度縮短，便能為駕乘艙留出更大的空間。由于汽缸之間已相互錯開布置，這便于通過擴大汽缸直徑來提高排量和功率并且適合于較高的汽缸數(shù)。此外，V型發(fā)動機汽缸對向布置，還可抵消一部分振動，使發(fā)動機運轉(zhuǎn)更平順。V型發(fā)動機的缺點則是必須使用兩個汽缸蓋，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成

12、本較高。另外其寬度加大后，發(fā)動機兩側(cè)空間較小，不易再安排其它裝置。其優(yōu)點是運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，尤其是V6 V8和V12 這三種V型發(fā)動機使用的最為廣泛。許多豪華轎車都是使用這種發(fā)動機。V型發(fā)動機的長度和同缸數(shù)的直列機比更短適用6缸以上的發(fā)動機，加上其中間有一個V型的夾角，可以放置進氣，燃油噴注系統(tǒng)，更節(jié)省空間，當然結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜。 一般的V型發(fā)動機的夾角為90度，這樣可以最好的抵消運轉(zhuǎn)時的震動。3.水平對臥式：上面提到V型汽缸擁有一個夾角，當夾角大到180度的時候，其實就不是V型了，而成水平排列，這就是水平對臥發(fā)動機。水平對置發(fā)動機的最大優(yōu)點是重心低。由于它的汽缸為平放，因此降低了汽車的重心，同時又能讓車

13、頭設(shè)計得又扁又低。這些因素都能增強汽車的行駛穩(wěn)定性。此外，水平對置的汽缸布局是一種對稱穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這使得發(fā)動機的運轉(zhuǎn)平順性比V型發(fā)動機更好，運行時的功率損耗也是最小。水平對置發(fā)動機一般為4缸或6缸其原理和V型發(fā)動機差不多，只是V型發(fā)動機的夾角達到180度這樣的好處是降低了發(fā)動機重心，有利于操控。水平對置，其平衡性也非常的好，可是產(chǎn)生的震動是水平的，而不是像一般的汽車上下抖動其缺點的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，因為是水平對置，所以發(fā)動機的寬度較大，便需要短行程的發(fā)動機，而短行程發(fā)動機的制造精度和難度會高很多。 4.W型發(fā)動機W在發(fā)動機技術(shù)上不一定是世界第一，但在發(fā)動機的汽缸排列方式上絕對是最能出花樣的。W型與V型發(fā)動機相比可將發(fā)動機做得更短一些，曲軸也可短些，這樣就能節(jié)省發(fā)動機所占的空間，同時重量也可輕些，但它的寬度更大，使得發(fā)動機室更滿。W型發(fā)動機最大的問題是發(fā)動機由一個整體被分割為兩個部分，在運作時必然會引起很大的振動。針對這一問題，大眾在W型發(fā)動機上設(shè)計了兩個反向轉(zhuǎn)動的平衡軸，讓兩個部分的振動在內(nèi)部相互抵消。結(jié)論：時間的巨輪不斷的前進，人們的生活水平不斷提高，我覺得創(chuàng)新設(shè)計在生活中的意義與作用就是概念與實現(xiàn)。首先在生活中的意義，就好像車展里的概念車一樣，有太陽能車，有電池車，為將來的資源短缺和生態(tài)環(huán)境做好基礎(chǔ)，使空氣更清新，使人們更方便快捷, 創(chuàng)新設(shè)計在生活中是非常重要的