最早的發(fā)動機

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汽車整體技術日新月異，而作為汽車的心臟——發(fā)動機技術的進步顯得更受關注。如今介紹一輛汽車的發(fā)動機時：可變氣門正時技術，雙頂置凸輪軸技術，缸內直噴技術，VCM汽缸管理技術，渦輪增壓技術，等等都已經運用的相當廣泛；在用料上也是往輕量化的方向發(fā)展：全鋁發(fā)動機目前的應用已經非常廣泛；汽車的污染也是不可避免，于是新能源技術，包括柴油機的高壓共軌，燃料電池，混合動力，純電動，生物燃料技術也已經有普及的趨向，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所發(fā)生的巨大變革。汽車技術的迅猛發(fā)展從我國的汽車教材也能看出端倪：新技術的發(fā)展已經讓汽車教材難以跟上步伐！如今大部分汽車教材還是以東風汽車的發(fā)動機來作為范例，而東風發(fā)動機還是帶化油器的老式發(fā)動機，與如今全電子化的發(fā)動機簡直就隔了幾個世紀。汽油機之前的摸索階段回到汽車的起步階段，那時的汽車被馬車嘲笑，污染嚴重，但起步的意義卻非同尋常。18世紀中葉，瓦特發(fā)明了蒸氣機，此后人們開始設想把蒸汽機裝到車子上載人。法國的居紐（N.J.Cugnot）是第一個將蒸汽機裝到車子上的人。1770年，居紐制作了一輛三輪蒸汽機車。這輛車全長7.23米，時速為3.5公里,是世界上第一輛蒸汽機車。1771年古諾改進了蒸汽汽車，時速可達9.5千米，牽引4-5噸的貨物。1858年，定居在法國巴黎的里諾發(fā)明了煤氣發(fā)動機，并于1860年申請了專利。發(fā)動機用煤氣和空氣的混合氣體取代往復式蒸汽機的蒸汽，使用電池和感應線圈產生電火花，用電火花將混合氣點燃爆發(fā)。這種發(fā)動機有氣缸、活塞、連桿、飛輪等。煤氣機是內燃機的初級產品，因為煤氣發(fā)動機的壓縮比為零。1867年，德國人奧托（Nicolaus August Otto）受里諾研制煤氣發(fā)動機的啟發(fā)，對煤氣發(fā)動機進行了大量的研究，制作了一臺臥式氣壓煤氣發(fā)動機，后經過改進，于1878年在法國舉辦的國際展覽會上展出了他制作的樣品。由于該發(fā)動機工作效率高，引起了參觀者極大的興趣。在長期的研究過程中，奧托提出了內燃機的四沖程理論，為內燃機的發(fā)明奠定了理論基礎。德國人奧姆勒和卡爾·本茨根據奧托發(fā)動機的原理，各自研制出具有現代意義的汽油發(fā)動機，為汽車的發(fā)展鋪平了道路。奔馳1號配的是單缸二沖程汽油發(fā)動機 1886年被視為汽車的誕生日，那輛奔馳一直為人所津津樂道。但是其動力單元卻實在“寒酸”：第一輛“三輪奔馳”搭載的臥式單缸二沖程汽油發(fā)動機，最高時速16KM每小時。這就是第一輛汽車的發(fā)動機，那時勇敢卡爾奔馳的夫人駕駛這輛奔馳1號上坡還需要兒子推車，當然沿途不停的熄火，轉向也不靈，回娘家100公里的路程硬是走了一整天。四沖程發(fā)動機的應用四沖程發(fā)動機其實早就由德國人奧托研制出來了。但應用的汽車上不得不提戴姆勒，他由于協(xié)助奧托研制四沖程發(fā)動機的原因而成為了第一個將四沖程發(fā)動機裝上汽車的人。顯然，從四沖程到二沖程是個巨大的進步。四沖程發(fā)動機的平衡性與燃燒效率都更加好。如今的汽車發(fā)動機技術已經基本全部用的是四沖程技術。而在發(fā)動機的基本運行方式確定后，卻有人又向傳統(tǒng)發(fā)出了挑戰(zhàn)。轉子式發(fā)動機 馬自達專用的轉子發(fā)動機 1957年，德國人汪克爾發(fā)明了轉子活塞發(fā)動機，這是汽油發(fā)動機發(fā)展的一個重要分支。轉子發(fā)動機的特點是利用內轉子圓外旋輪線和外轉子圓內旋輪線相結合的機構，無曲軸連桿和配氣機構，可將三角活塞運動直接轉換為旋轉運動。它的零件數比往復活塞式汽油少40%，質量輕、體積小、轉速高、功率大。1958年汪克爾將外轉子改為固定轉子為行星運動，制成功率為22.79千瓦、轉速為5500轉/分的新型旋轉活塞發(fā)動機。該機具有重要的開發(fā)價值，因而引起各國的重視。日本東洋公司（馬自達公司）買下了轉子發(fā)動機的樣機，并把轉子發(fā)動機裝在汽車上，可以說，轉子發(fā)動機生在德國長在日本。如今轉子發(fā)動機依然只是馬自達一家公司在用，不知道馬自達這門獨門技術何時能全面開花。發(fā)動機的工作形式確定后，就是發(fā)動機技術的完善了，隨著時間的推移，好多發(fā)動機的經典設計都已經不能滿足人們的需求了�；�油器式發(fā)動機化油器最早誕生于1892年，由美國人杜里埃發(fā)明。隨著技術的演進，化油器功能愈加完備，直到上個世紀中后期，化油器已經分為五部分：主供油系統(tǒng)、起動系統(tǒng)、怠速系統(tǒng)、大負荷加濃系統(tǒng)（省油器）和加速系統(tǒng)。五部分的作用在于：根據發(fā)動機在不同情況下的需要，將汽油氣化，并與空氣按一定比例混合成可燃混合氣，及時適量進入氣缸。 “古老”的化油器化油器的優(yōu)點有：能夠將內燃機的油氣比控制在理想的水平上，不論天候、溫度，永遠進行著一成不變的工作。而且化油器的成本低、可靠度高，維修、保養(yǎng)容易。當然化油器也存在許多弱點：比如，在冷車啟動、怠速運轉、急加速或低氣壓環(huán)境等，這樣固定的供油方式實際上并無法全面滿足引擎的運轉需求，甚至可能因而產生黑煙、燃燒不全與馬力不足等狀況。因此，2002年起，中國已經明令禁止銷售化油器轎車，此后所有車型都改用電噴發(fā)動機。當然目前在馬路上跑的還有化油器式的發(fā)動機，隨著時間的推移，化油器式發(fā)動機將徹底退出歷史的舞臺。電噴發(fā)動機電噴提供最早出現于1967年，由德國保時捷公司研制的D型電子噴射裝置，隨后被用在大眾等德系轎車上。這種裝置是以進氣管里面的壓力做參數，但是它與化油器相比，仍然存在結構復雜，成本高，不穩(wěn)定的缺點。針對這些缺點，波許公司又開發(fā)了一種稱為L型電子控制汽油噴射裝置，它以進氣管內的空氣流量做參數，可以直接按照進氣流量與發(fā)動機轉速的關系確定進氣量，據此噴射出相應的汽油。這種裝置由于設計合理，工作可靠，廣泛為歐洲和日本等汽車制造公司所采用，并奠定了今天電子控制燃油噴射裝置的雛形。 電噴發(fā)動機目前已經全面普及目前為止，電噴系統(tǒng)的行車電腦會隨時偵測引擎溫度、進氣流量、轉速變化、震動狀況，并依照實際需求調整供油量與點火時間，因此在動力輸出、燃油經濟與排污表現上可以取得相當不錯的平衡。同時為了增加發(fā)動機進氣量，提高燃油效率，發(fā)動機從早期的單點噴射，演化至多點噴射，氣門數量從兩個增加至五個。目前最先進的當屬搭載VVT可變氣門技術的電噴發(fā)動機。總體而言，電噴供油系統(tǒng)的最大優(yōu)點就是燃油供給之控制十分精確，讓引擎在任何狀態(tài)下都能有正確的空燃比，不僅讓引擎保持運轉順暢，其廢氣也能合乎環(huán)保法規(guī)的規(guī)范。然而，電噴供油系統(tǒng)并不是最科學的。由于內燃機構造的先天限制，電噴噴嘴安裝在氣門旁，只有在氣門打開時才能完成油氣噴射，因此噴射會受到開合周期的影響，產生延遲，因而影響電腦對噴射時間的控制。不過好在這一問題已經被缸內直噴技術解決了。缸內直噴發(fā)動機近兩年，當歐美廠商意識到電噴技術的研發(fā)已經進入瓶頸期，于是缸內直噴技術成為了各大廠商的主攻方向。目前市場上備受關注的缸內直噴發(fā)動機包括：奧迪FSI缸內直噴發(fā)動機、凱迪拉克SIDI雙模直噴發(fā)動機。與電噴發(fā)動機相比，缸內直噴發(fā)動機的噴油嘴被移到了汽缸內部，因此缸內油氣的量不會受氣門開合的影響，而是直接由電腦自動決定噴油時機與份量，至于氣門則僅掌管空氣的進入時程，兩者則是在進入到汽缸內才進行混合的動作。由于油、氣的混合空間、時間都相當短暫，因此缸內直噴系統(tǒng)必須依靠高壓將燃油從噴油嘴壓入汽缸，以達到高度霧化的效果，從而更好的進行油氣混合。其中混合油氣的壓縮比越高的發(fā)動機，它的動力表現越強大，相應的節(jié)能效果越明顯。奧迪3.2升FSI缸內直噴發(fā)動機的壓縮比達到了10.3：1；凱迪拉克3.6升SIDI 雙模缸內直噴發(fā)動機的壓縮比達到了11.3：1。此外，缸內直噴系統(tǒng)的燃燒室、活塞也大多具有特殊的導流槽，以供油氣在進入燃燒室后能夠產生氣旋渦流，來提高混合油氣的霧化效果與燃燒效率。一般而言，應用了缸內直噴技術的發(fā)動機要比同排量的多點噴射發(fā)動機的峰值功率提升10%至15%，而峰值扭矩能提升5%至10%。這樣的提升，可謂是一種質變，而單靠增加氣門數量是難以達到這一效果的。發(fā)動機新技術的不斷涌現在發(fā)動機的工作方式和噴油方式確定后，發(fā)動機的進化之路并沒有終止，在發(fā)動機技術的完善上一代一代的汽車人在做著不懈的努力。有些完善甚至都沒辦法記錄。很顯然現在的發(fā)動機運轉更加平順了，抖動也不是那么激烈了。燃油經濟性也更好了，馬力更足了。而這些都是依賴于新技術的運用。為了改善進氣就有了：本田的ECVT,豐田的VVT-I,現代的CVVT，通用的DVVT等可變氣門正時技術；為了獲得更好的空燃比，就有了大眾的TFSI分層噴射技術，VIS可變進氣道技術，渦輪增壓中冷技術等等；為了使環(huán)境污染最小在排氣管里又增加了氧傳感器，三元催化轉化器，以及廢棄在循環(huán)技術。目前，由于環(huán)境污染的惡劣影響，對汽車尾氣排放的要求也越來越高，老氣的發(fā)動機技術淘汰已經成了必然，更多充分利用能源的技術也在不停的研發(fā)當中。同時由于全球能源危機的巨大影響，更加節(jié)能的新能源技術必將在發(fā)動機技術的發(fā)展上書寫重重的一筆。汽車發(fā)動機最終走向死亡再去看中國汽車政策的鼓勵方向，純電動汽車成了國際政策扶持的焦點，而且配套設施已經在試點城市開始運行，沒有發(fā)動機的汽車正在改變我們的百年汽車歷史。中國之外，其他重要汽車廠家也在研制自己的新能源技術，氫動力的研發(fā)和純電動車的研發(fā)同樣取得了不少突破。21世紀的汽車發(fā)展走向是：讓發(fā)動機的咆哮退出歷史的舞臺。

回答者：SB__Love2016-05-31 00:00