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动力故事,从1885年一声轰鸣开始

来源:用户 RT,我想知道:动力故事,从1885年一声轰鸣开始 收藏 编辑:张晓华

发动机的发展是现代科技界最大的里程碑,如果没有发动机的进步,运输就不会像现在这么容易了

今天,我们有豪华的汽车、飞机、公共汽车和许多运输工具,但如果发动机的设计先驱者们不在动力传动装置的设计中贡献自己的力量,所有这些车辆都将停留在抽象的概念中,而我们今天所看到的为我们的现代汽车提供动力的技术,是前人们不懈努力的结果

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现在的交通运输工具

关于发动机的历史

1206年,机械工程师Al-Jazari发明了一种曲轴,之后他将曲轴与双缸泵中的曲柄连杆集成在了一起,Jazari的曲轴机构描述了将旋转运动转换为往复运动的机理,这一机制至今仍在现代曲轴中使用

四百多年后,荷兰物理学家克里斯蒂安-惠更斯(Christian Huygens)在1680年尝试了有史以来第一次内燃实验,虽然实验并没有对制造有效的发动机产生积极的影响,但却成为开发原型发动机的基础

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惠更斯和他的发明

在惠更斯实验失败后,1794年,托马斯-米德(Thomas Mead)和罗伯特-史特(Robert Street)分别为燃气发动机和内燃机申请了专利

1807年,法国工程师Niepce和Nicephone利用Pyrelophore操作了一台内燃机的原型,在索恩河上为船只提供动力,同年,瑞士工程师也制造了一台由氢气和氧气的混合物驱动的内燃机,用电火花点燃

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图片来自Wikipedia

直到1859年,还没有成功地连续运转的发动机,这一年法国工程师Lenoir开发出了可以连续运转的火花点火发动机,美国工程师George Brayton也开发了二冲程煤油发动机,但它的体积太大,速度太慢,在商业上并不成功

1892年,德国科学家鲁道夫-迪塞尔(Rudolf Diesel)发明了有史以来第一台压缩点火的发动机,随着这一发明的出现,柴油机开始被用于各种运输工具,至今迪塞尔的发明仍被认为是发动机设计优化过程中的最佳贡献之一

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鲁道夫-迪塞尔的发明,图片来自Marca.com

第一台汽油发动机是卡尔·本茨(Karl Benz)设计制造的,并在1879年新年前夕投入使用,后来,他在1885年制造了四冲程发动机,并将其用于汽车,一年后的1886年获得了这种发动机的专利,这样正式催生了汽车工业

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卡尔·本茨和他发明的汽车

这项发明赢得了很多赞赏和商业上的好评,因为这种发动机能够用汽油为一辆轻型汽车提供动力,在这一入门车辆中,底盘和发动机构成了一个整体,发动机的最大输出功率为0.75马力

1896年,卡尔·本茨又获得了一项新的发动机专利,该发动机由水平对置活塞组成,也就是我们常说的卧式发动机,随着商业上的成功,它也为汽车工业的发展做出了巨大的贡献,很多我们今天耳熟能详的汽车品牌都用上了这种发动机设计

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卡尔·本茨的发动机工厂

此外,随着混合动力技术的引入,汽车行业也逐渐大放异彩,发动机的发展已经在所有类型的交通工具中产生了多米诺骨牌效应

关于GDI发动机

汽油直接喷射(Gasoline Direct Injection)发动机简称GDI发动机,是近年来国内外内燃机研究与开发的热点

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Gasoline Direct Injection(GDI示意图)

专家认为,汽油机直喷技术的出现,使汽车发动机技术进入了一个崭新的时代,他在21世纪有取代传统汽油机和柴油机的趋势,成为轿车最理想的动力装置

使用时,燃油先喷射在进气道内进行预混合,然后在进气门打开时,油气混合气随气流一起进入气缸内,喷油在气门关闭前结束

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通常情况采用按化学当量比计算得到的喷油量喷油,在冷启动过程中,由于蒸发不完全,燃油会在进气道、进气阀背部表面形成油膜和油坑,实际喷入的燃油量远远超过了按化学当量比计算得到的喷油量

所以其主要优点就在于缸内直喷可以降低爆震倾向,提高压缩比(喷射汽化冷却),提高了发动机的热效率,同时,分层燃烧模式使燃烧发生在燃烧室的中心区域,燃烧被周边的空气隔绝,降低了热量损失,进一步降低了燃油消耗率

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PFI(进气道喷射)和GDI(汽油缸内直喷)

当然,GDI发动机的缺点也有,主要问题就是积碳,坚硬的积碳沉积在发动机燃烧室,会划伤发动机金属部件,使发动机磨损严重, 而沉积在润滑系统的的积碳在一些情况下会堵塞油道,造成拉缸等严重后果,但积碳这个问题可以通过良好的驾驶习惯和定期的清洁保养来有效避免

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