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内燃机的原理 内燃机 内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转 换为动力的热力发动机。 广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机， 也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。 活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃 烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆 机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。 内燃机的发展历史 活塞式内燃机自19 世纪60 年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机 械。它热效率高、功率和转速范围宽、配套方便、机动性好，所以获得了广泛的应用。全世 界各种类型的汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站和战车等都以内燃机为动 力。海上商船、内河船舶和常规舰艇，以及某些小型飞机也都由内燃机来推进。世界上内燃 机的保有量在动力机械中居首位，它在人类活动中占有非常重要的地位。 活塞式内燃机起源于用火药爆炸获取动力，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794 年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概 念。1833 年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。 之后人们又提出过各种各样的内燃机方案，但在十九世纪中叶以前均未付诸实用。直到 1860 年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无 压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤 气机的热效率为4%左右。 英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩，随后又有人著文论述对可燃混 合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。1862 年，法 国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最 早的四冲程工作循环。 1876 年，德国发明家奥托运用罗沙的原理，创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、 3.2 千瓦(4.4 马力)的四冲程内燃机，仍以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7 转/分， 压缩比为2.66，热效率达到14％，运转平稳。在当时，无论是功率还是热效率，它都是最 高的。 奥托内燃机获得推广，性能也在提高。1880 年单机功率达到11～15 千瓦(15～20 马力)， 到1893 年又提高到150 千瓦。由于压缩比的提高，热效率也随之增高，1886 年热效率为 15.5%，1897 年已高达20～26 ％。1881 年，英国工程师克拉克研制成功第一台二冲程的 煤气机，并在巴黎博览会上展出。 随着石油的开发，比煤气易于运输携带的汽油和柴油引起了人们的注意，首先获得试用 的是易于挥发的汽油。1883 年，德国的戴姆勒创制成功第一台立式汽油机，它的特点是轻 型和高速。当时其他内燃机的转速不超过200 转/分，它却一跃而达到800 转/分，特别适应 交通动输机械的要求。1885～1886 年，汽油机作为汽车动力运行成功，大大推动了汽车的 发展。同时，汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高。不久汽油机又用作了小船的动力。 1892 年，德国工程师狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想将吸入气缸的空气高度压 缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸，使之着火燃烧。他首创 的压缩点火式内燃机(柴油机)于1897 年研制成功，为内燃机的发展开拓了新途径。 狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循环，以求获得最高的热效率，但实际上做到的是近 似的等压燃烧，其热效率达26 ％。压缩点火式内燃机的问世，引起了世界机械业的极大兴 趣，压缩点火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎。 这种内燃机以后大多用柴油为燃料，故又称为柴油机。1898 年，柴油机首先用于固定 式发电机组，1903 年用作商船动力，1904 年装于舰艇，1913 年第一台以柴油机为动力的 内燃机车制成，1920 年左右开始用于汽车和农业机械。 早在往复活塞式内燃机诞生以前，人们就曾致力于创造旋转活塞式的内燃机，但均未获 成功。直到1954 年，联邦德国工程师汪克尔解决了密封问题后，才于1957 年研制出旋转 活塞式发动机，被称为汪克尔发动机。它具有近似三角形的旋转活塞，在特定型面的气缸内 作旋转运动，按奥托循环工作。这种发动机功率高、体积小、振动小、运转平稳、结构简单、 维修方便，但由于它燃料经济性较差、低速扭矩