發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史與發(fā)展

發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史與發(fā)展BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

內(nèi)燃機(jī)基本結(jié)構(gòu)、概念回顧何謂內(nèi)燃機(jī)？?jī)?nèi)燃機(jī)基本結(jié)構(gòu)、原理回顧一個(gè)重要參數(shù)：壓縮比ε講解內(nèi)容一發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生二軍用動(dòng)力與近代史三內(nèi)燃機(jī)行業(yè)前途問(wèn)題一發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生惠更斯繪制的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案圖（1673年）1.第一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)

設(shè)計(jì)者惠更斯：(荷蘭物理學(xué)家，法國(guó)巴黎凡爾塞宮的汲水總管。發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)、動(dòng)量守恒，發(fā)明鐘擺，提出光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)等)凡爾塞宮：耗水3000m3/天（來(lái)自塞那河）

火力內(nèi)燃機(jī)（1673設(shè)計(jì)

1685研制出來(lái)）一發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生需求是第一位的，技術(shù)推動(dòng)是第二位的。

12年后1685惠更斯的學(xué)生根據(jù)老師的原理圖，設(shè)計(jì)并研制了14臺(tái)直徑12m的水車(chē)，滿足了凡爾塞宮供水的要求。

★意大利人的達(dá)芬奇于1509年繪出了類(lèi)似的火力發(fā)動(dòng)機(jī)（設(shè)計(jì)構(gòu)想）！2第一臺(tái)蒸汽機(jī)

紐科門(mén)蒸汽機(jī)（1712英國(guó)鐵匠），設(shè)計(jì)者—巴黎醫(yī)學(xué)院學(xué)生巴平）

蒸汽力

赫更斯的火力發(fā)動(dòng)機(jī)的火藥爆炸膨脹力需求推動(dòng)—煤礦排水。英國(guó)鐵匠紐科門(mén)2

第一臺(tái)蒸汽機(jī)參數(shù)與指標(biāo)H~10m，D=1454mm，S=2100mm，Pe=25馬力，n=9r/min，=1，e<1%。

缺點(diǎn)：①效率低②體積大③要依靠重力工作。只能立放，未脫離火力發(fā)動(dòng)機(jī)模式。紐可門(mén)蒸汽機(jī)活塞

未能廣泛普及。對(duì)當(dāng)時(shí)的工業(yè)推動(dòng)小，沒(méi)有得到歷史發(fā)明權(quán)。3

瓦特蒸汽機(jī)

1763年提出改進(jìn)設(shè)計(jì)

1776年研制出來(lái)）瓦特：英國(guó)格拉斯大學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備修理工。在維修紐科門(mén)蒸汽機(jī)的過(guò)程中得到啟發(fā)。問(wèn)題一：體積大、功率小。解決措施：增加蒸汽量；問(wèn)題二：增加蒸汽量后冷卻用水量增加壁溫降低需進(jìn)一步增加蒸汽量；

問(wèn)題三：外加冷凝器后，蒸汽通過(guò)狹窄的冷凝器阻力很大；

解決措施：給汽缸蒸汽加壓，=1

=2***低速汽油機(jī)Otto奧托循環(huán)理論效率：=1-1/

k-1解決措施：外加冷凝器**；讓蒸汽在冷凝器內(nèi)冷卻；3

瓦特蒸汽機(jī)

發(fā)明的關(guān)鍵：冷凝器、=2

e=3%（4倍）重要的效果是：該蒸汽機(jī)可不借助于重力工作，布置使用更加方便，因而迅速推廣、改進(jìn)、提高。1784年裝上了曲軸和飛輪，在各行各業(yè)普及使用，極大地促進(jìn)了當(dāng)時(shí)的工業(yè)發(fā)展。被歷史公認(rèn)為蒸汽機(jī)的發(fā)明人?！锎俪闪说谝淮喂I(yè)革命。3第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)

（紐科門(mén)的蒸汽機(jī)發(fā)明155年后，1860年）經(jīng)過(guò)很多人70多年的努力，法國(guó)人勒諾瓦爾（蘭諾）于1860用”煤氣+空氣”代替200年前火力發(fā)動(dòng)機(jī)中的火藥研制了第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)。壓縮比

=1，效率4.5%，最大功率4.5kW1860~1865年共生產(chǎn)了約5000臺(tái)當(dāng)時(shí)蒸汽機(jī)的效率已近10%。為什么所研制內(nèi)燃機(jī)效率這樣低?勒諾瓦爾的錯(cuò)誤理論：爆發(fā)沖擊太大，是造成熱效率低的原因，應(yīng)進(jìn)行緩慢燃燒。著名物理學(xué)家勒諾瓦爾

理論

奧托的研究與思考

當(dāng)時(shí)內(nèi)燃機(jī)特點(diǎn)：效率低，體積小、重量輕。如果能提高效率，其應(yīng)用前景是非常廣闊的。p0Vp0大氣壓式內(nèi)燃機(jī)示功圖問(wèn)題：1.沒(méi)有在上止點(diǎn)附近燃燒，膨脹不充分；2.沒(méi)有壓縮過(guò)程，壓縮比~1；3.還要借助于大氣壓力使活塞復(fù)位4

奧托的4沖程點(diǎn)燃式煤氣機(jī)

（1876年）——由錯(cuò)誤結(jié)論導(dǎo)致的偉大發(fā)明。也是“執(zhí)著+靈感+運(yùn)氣”的結(jié)果應(yīng)該在缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)“分層燃燒”！研究采用了“可視觀察法”如何降低燃燒速度？稀燃！如何保證正常點(diǎn)燃？如何在缸內(nèi)實(shí)現(xiàn)“分層燃燒”？4

奧托的4沖程點(diǎn)燃式煤氣機(jī)奧托制作了透明的汽缸，用煙代替燃料（煤氣）來(lái)研究如何實(shí)現(xiàn)分層燃燒。實(shí)現(xiàn)方案：（1）進(jìn)氣過(guò)程形成稀薄混合氣；（2）在點(diǎn)火前，在火花塞附近形成濃混合氣。4

奧托的4沖程點(diǎn)燃式煤氣機(jī)問(wèn)題：當(dāng)時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)都是兩沖程的（膨脹和排氣），與現(xiàn)在的主沖程為膨脹和壓縮的兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)不同，進(jìn)氣在活塞上止點(diǎn)附近完成（

=1）。由于沒(méi)有獨(dú)立的進(jìn)氣沖程，很難實(shí)現(xiàn)分層燃燒。解決措施：

增加獨(dú)立的進(jìn)氣沖程，提出采用4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。第四個(gè)沖程即為“壓縮沖程”！4

奧托的4沖程點(diǎn)燃式煤氣機(jī)奧托不僅提出了“四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)想”，而且在得力助手梅巴哈的幫助下于1876年研制了第一臺(tái)4沖程點(diǎn)燃式煤氣機(jī)。由于有獨(dú)立的壓縮沖程，可以說(shuō)不得不實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比。

該煤氣機(jī)為單缸、四沖程、臥式、按等容燃燒，

=2.5，Pe=4PS，

e=～14%，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，體積小，質(zhì)量減小了～70%。很快得到推廣應(yīng)用，從而形成了內(nèi)燃機(jī)工業(yè)。奧托4沖程點(diǎn)燃式煤氣機(jī)的快速發(fā)展當(dāng)人們真正知道了“提高壓縮比可以提高效率”后……1880年功率達(dá)15～20PS，1893年則達(dá)到200PS。1886年熱效率達(dá)到15.5%，1894年熱效率高達(dá)20%。理論指導(dǎo)的重要性！功不可沒(méi)的梅巴哈（1）十字頭連桿。解決活塞與缸套間的磨損與密封。（2）減壓裝置。啟動(dòng)用。梅巴哈：后任戴姆勒公司總工程師，設(shè)計(jì)了二戰(zhàn)戰(zhàn)斗機(jī)上的戴姆勒發(fā)動(dòng)機(jī)等。14年前1862年法國(guó)鐵路工程師“羅沙”已經(jīng)發(fā)表了四沖程內(nèi)燃機(jī)原理的論文并申請(qǐng)了專(zhuān)利。第一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)5“卡諾循環(huán)”理論1.卡諾其人、其書(shū)、其預(yù)言(奧托機(jī)前52年，1824年，卡諾28歲)卡諾服役期間出版了一本《火力發(fā)動(dòng)機(jī)的研究考察》一書(shū)。50~60年后人們才真正認(rèn)識(shí)該書(shū)的重要性和先見(jiàn)性?？ㄖZ的貢獻(xiàn)1）卡諾循環(huán)2）壓縮比與效率的結(jié)論3）發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)價(jià)體系4）對(duì)蒸汽機(jī)未來(lái)發(fā)展的預(yù)言

奧托發(fā)動(dòng)機(jī)效率高的根本原因是提高了壓縮比。意味著：要得到就要先付出；付出得越多，得到得越多。

“卡諾循環(huán)”理論—效率提高的方向

5“卡諾循環(huán)”理論

2）壓縮比與效率的結(jié)論卡諾通過(guò)大量統(tǒng)計(jì)、研究得出：要想提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率必須提高壓縮比。1）卡諾循環(huán)

工作在高低溫?zé)嵩撮g熱機(jī)所能達(dá)到的最高理論效率。

carnot=1-T1/T2卡諾循環(huán)的弱點(diǎn):

Pzmax很高；循環(huán)指示功很低。5“卡諾循環(huán)”理論4）對(duì)蒸汽機(jī)未來(lái)發(fā)展的預(yù)言在蒸汽機(jī)的鼎盛時(shí)期，作出了蒸汽機(jī)必將被另一種發(fā)動(dòng)機(jī)所代替的預(yù)言。蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)高溫、高壓縮比都很困難。

3）發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)價(jià)體系

提出了非常全面的發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系：動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、適應(yīng)性、緊湊性等。二軍用動(dòng)力與近代史1.FF方式73年的石油危機(jī)使美國(guó)的汽車(chē)行業(yè)第一次虧損，僅通用GM汽車(chē)公司一年虧損就達(dá)8億美金。以通用GM汽車(chē)公司為主的一個(gè)研究機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)深入研究，1979年提出了一系列提高汽車(chē)（發(fā)動(dòng)機(jī)）經(jīng)濟(jì)性的措施。這些措施可以分成四類(lèi)：

1）小型化、輕量化2）最佳化3）減少各種損失4）采用FF方式FF方式與克里斯蒂

FF方式是美國(guó)人“克里斯蒂”于1904年提出。并研制了V4，排量45.9L的橫置發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。

當(dāng)時(shí)汽車(chē)差速器等的制造技術(shù)還不行，F(xiàn)F方式汽車(chē)的振動(dòng)、噪聲大，未能普及。

克里斯蒂還研制了4*4“蘭鳥(niǎo)”牌汽車(chē)。2“克里斯蒂”與T34坦克發(fā)動(dòng)機(jī)一戰(zhàn)期間（1915年）應(yīng)軍方要求克里斯蒂關(guān)閉了他心愛(ài)的FF方式汽車(chē)研究所，專(zhuān)門(mén)研究坦克?？死锼沟賹?duì)坦克的設(shè)計(jì)要求：速度與機(jī)動(dòng)性?？死锼沟僬J(rèn)為坦克的作用：包抄、突襲、集團(tuán)作戰(zhàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了一戰(zhàn)和二戰(zhàn)初期對(duì)坦克的要求——步兵的擋箭牌?？死锼沟僖笃涮箍耍旱缆罚ㄈヂ膸В┧俣?30km/h，野外（帶履帶）64km/h。因此必須具有高功率。2“克里斯蒂”與T34坦克發(fā)動(dòng)機(jī)

1919~1930年克里斯蒂按他的思路研制出多種坦克，包括水陸坦克。樣車(chē)成本35000$。8輛坦克，克里斯蒂向軍方要價(jià)83000$，但軍方只準(zhǔn)備付15000$；

波蘭

1輛30000$，制造權(quán)90000$；未談成蘇聯(lián)

1輛55000$購(gòu)買(mǎi)了兩輛10噸坦克，于1930年12月24日圣誕節(jié)前夕，拆除武器，作為農(nóng)用機(jī)械運(yùn)回蘇聯(lián)。該坦克的發(fā)動(dòng)機(jī)（原型機(jī)）為航空發(fā)動(dòng)機(jī)： D=150、V12、750PS、汽油機(jī)。3T34坦克開(kāi)發(fā)過(guò)程1939年與日本。日本希望兩邊夾擊蘇聯(lián)與希特勒匯合日本坦克速度26km/hBT坦克野外64km/h，防護(hù)和火力也強(qiáng)得多缺點(diǎn)：汽油機(jī)1939年1930年12月購(gòu)買(mǎi)克里斯蒂坦克美國(guó)BT坦克菲亞特柴油機(jī)T34坦克諾門(mén)坎大口徑炮重裝甲情報(bào)戰(zhàn)略研究T34坦克開(kāi)發(fā)過(guò)程模仿模仿4T34坦克發(fā)動(dòng)機(jī)T34坦克發(fā)動(dòng)機(jī)：(1939年）V12柴油機(jī)。V型夾角60oD/S=150/180(186.7)、主副連桿4氣門(mén)、直噴、排量38.8L500PS/1800r/min，nmax=2000r/min、Pe=550~600PS

be=231g/kw.h(170g/ps.h)，國(guó)際70~80年代水平。當(dāng)時(shí)先進(jìn)水平270g/kw.h1943年T34坦克產(chǎn)量已達(dá)24000輛。防御、火力，特別是速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)德國(guó)坦克，行駛半徑是德國(guó)坦克的3~4倍。為蘇聯(lián)贏得二戰(zhàn)勝利起到了非常關(guān)鍵的作用。被譽(yù)為：功勛坦克曾經(jīng)每月生產(chǎn)1300輛，異常簡(jiǎn)單，可靠性高，適應(yīng)性極高首次使用斜裝甲；火力、防御力、機(jī)動(dòng)性、適應(yīng)性都達(dá)到了極致古往今來(lái)的坦克至尊；埃及依然在使用改進(jìn)的T-34坦克三內(nèi)燃機(jī)行業(yè)前途問(wèn)題

問(wèn)題1

內(nèi)燃機(jī)還能發(fā)展多少年？

問(wèn)題2

內(nèi)燃機(jī)或汽車(chē)行業(yè)是高新技術(shù)行業(yè)嗎？問(wèn)題3

內(nèi)燃機(jī)還有創(chuàng)新的空間嗎？問(wèn)題4國(guó)外內(nèi)燃機(jī)水平高在哪里？問(wèn)題1：內(nèi)燃