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发动机原理 吉林大学 汽车工程学院 内燃机工程系 林学东 教授 第一章 绪论 —内燃机的发展史 从内燃机草图?蒸汽机发明?汽车的发展?内燃机 一、内燃机概念的形成——赫更斯的草图 产生于1673年，赫更斯在凡尔赛宫用水过程中借助动力来代替体力劳动过程中的构想。 自方案问世后，经12年后的1685年，用14台直径12m的水车完成，并满足凡尔赛宫一天3000m3的用水要求。 当时科学背景： 十六世纪末和十七世纪初的三大实验： 英国包尔塔的蒸汽压力实验； 托里拆利和巴斯噶的大气压力实验； 那末格里凯的真空作用实验。 第一次技术创新：法国物理学家工程师巴本（Denis Papin 1647-1712），最先应用蒸汽动力技术。 从火药发动机演变到蒸汽机; 将当时欧洲炼铁场广泛使用的活塞式风箱?将箱变为汽缸；把风箱中的活塞变为汽缸中的活塞。 结论： 利用蒸汽压力、大气压力、真空的相互作用，可以推动汽缸内活塞作往返直线运动。 这种运动所产生的机械动力可以带动其他机械运动。 第二次技术突破：英国机械工程师赛维利（T.Savery 1650-1715）。 设计依据：基于包尔塔的蒸汽力原理，其蒸汽泵主要由汽缸与锅炉组成。 第三次技术革新：托马斯·纽可门（Thomas Newcomen）针对赛维利蒸汽泵两大缺点改进: 缺点一：热效率太低。 改进措施：冷却水不直接进入汽缸，而是通过一个细小龙头向汽缸内喷水冷却。 缺点二：只是一种抽水泵，不输出动力。 改进措施：引入活塞装置。靠蒸汽压力、大气压力和真空度的相互作用推动活塞作往复式机械运动?对外输出功?蒸汽机。 1712年纽可门蒸汽机问世。 纽可门蒸汽机原型： 将气缸和活塞置于锅上部； 加热锅产生的蒸汽导入汽缸，推动活塞上升； 向气缸喷水，关闭阀门，缸内蒸汽被冷却变成水，产生真空，活塞下降，抽水泵抽水。 三、蒸汽革命——蒸汽汽车时代 詹姆斯·瓦特： 瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。 1764年受命格拉斯哥大学教学用纽可门 发动机的修理工作。 第一个专利： 启蒙：1765年的春天，针对纽可门蒸汽机热效率低的原因是蒸汽在缸内冷凝造成的?能否让蒸汽在缸外冷凝?产生采用分离冷凝器的初步设想。 其特点：冷凝器与汽缸间用一个调节阀相连 ? 二者既能连通又能分开。 这样，把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使缸内产生真空，避免汽缸在一冷一热过程中热量损耗。 带冷凝器的蒸汽机虽试制成功，但相对纽可门蒸汽机，除了热效率显著提高外，还是无法作为真正的动力机械。 致命缺陷：活塞只能作往复直线运动。 第三项专利： 针对蒸汽机效率不高的原因：蒸汽单项运动； 即从一端进入、另一端出来。 1784年以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机综合组装，取得第四项专利； 1788年，又发明离心调速器和节气阀； 1790年，发明汽缸示功器。 至此完成了蒸汽机发明的全过程?蒸汽动力装置。 四、奥托循环 瓦特蒸汽机存在的问题： 蒸汽机体积庞大，热效率低。 对前人的研究成果进行深入分析后，找到问题的 症结：设计方案缺少提高效率的有效途径。 他虽建立四冲程理论，但未能制造出! 同时，1858年法国人里诺发明了燃气机： 用煤气和空气的混合气取代蒸汽机的蒸汽； 用电池和感应线圈产生电火花?点燃混合气。 此煤气机: 有气缸、活塞、连杆、飞轮等。是内燃机的初级产品，但压缩比为零。 奥托受里诺煤气机启发，认为如果用液体燃料，其用途将更为拓宽，为此设计了汽化器。 1862年2月，奥托制造出一台四冲程样机。 1863年获得专利，并建立“奥托公司”。 1876年，又设计出一种改进型点火系统，同年5月研制出第一台四冲程内燃机，翌年获得专利权?实现四冲程理论?奥托循环。 此后，英国科学家对奥托四冲程内燃机进行改进?在一台内燃机中加上一个气缸——多缸机； 从而使输出的动力更均匀。 1882年戴姆勒离开奥托公司 目的：把奥托发动机应用到交通工具上。 1883年，发明点火系统，在奥托四冲程 煤气机的基础上，研制出一台小型单缸 汽油机?转速达700~900r/min； 功率1.1马力，空气冷却 奥托发动机最大转速180~200r/min。 1885年，将这台小汽油机装在一辆 自行车上，制造出第一台摩托车。 1886年将小汽油机和转向器装在一辆四轮车上。 该车气缸总排量为469cm3，时速达到了16公里。 这辆车的性能： —有风扇冷却； —内燃机下垫着减振橡胶块； —还有发动机预热系统。 成为第一辆实用汽车之一。 从此用小汽油机驱动车?“马车的机械化”。 1885年，