谁发明了内燃机?

内燃机的发展历史

活塞式内燃机自60年代问世以来,经过不断的改进和发展,已经是一种比较完善的机器。因其热效率高、功率和转速范围大、匹配方便、机动性好而得到广泛应用。世界各地的各种汽车、拖拉机、农业机械、工程机械、小型移动电站、战车都是以内燃机为动力的。海洋商船、内河船舶和常规船舶,以及一些小型飞机也是由内燃机推进的。内燃机的数量居世界动力机械之首,在人类活动中占有非常重要的地位。

活塞式内燃机起源于火药爆炸获得动力,但由于火药燃烧难以控制,并不成功。1794年,英国人斯特里特(streeter)提出从燃料的燃烧中获取动力,并首次提出燃料与空气混合的概念。1833年,英国人莱特提出了直接利用燃烧压力推动活塞做功的设计。

之后人们提出了各种内燃机方案,但直到十九世纪中叶才付诸实施。直到1860年,法国人勒诺伊尔模仿蒸汽机的结构,设计制造了第一台实用的燃气发动机。这是一种无压缩、电点火、点燃煤气的内燃机。Lenoir首先在内燃机中采用了弹性活塞环。这种燃气机的热效率约为4%。

英国的Barnett曾主张在点火前压缩可燃混合气,随后有人撰文论述了压缩可燃混合气的重要作用,并指出压缩可以大大提高lenoir内燃机的效率。1862年,法国科学家罗莎从理论上分析了内燃机的热力过程后,提出了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,德国发明家奥托成功制造出第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2 kW (4.4 HP)四冲程内燃机,仍以气体为燃料,采用火焰点火,转速156.7 rpm,压缩比2.66,热效率14。当时无论是功率还是热效率都是最高的。

奥托内燃机已经普及,性能也在提高。1880年单机功率达到11 ~ 15 kW(15 ~ 20hp),1893年增加到150 kW。随着压缩比的增加,热效率也增加。1886中热效率为15.5%,1897中已达到20 ~ 26%。1881年,英国工程师克拉克成功研制出第一台二冲程燃气发动机,并在巴黎博览会上展出。

随着石油的发展,比气体更容易运输和携带的汽油和柴油受到了人们的关注。首先,易挥发的汽油已经试用过了。1883年,德国戴姆勒公司成功制造了第一台立式汽油发动机,其特点是重量轻、速度快。当时其他内燃机的转速都不超过200转,却跳到了800转,特别适合运输机械的要求。1885 ~ 1886年间,汽油发动机作为汽车动力成功运转,极大地促进了汽车的发展。同时,汽车的发展促进了汽油机的改进和提高。不久,汽油发动机又被用作船的动力。

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进行高度压缩,使其温度超过燃油的自燃温度,然后用高压空气将燃油吹入气缸,使其点燃。他的第一台压燃式内燃机(柴油机)于1897年研制成功,为内燃机的发展开辟了一条新路。

柴油机开始尝试让内燃机实现卡诺循环,以获得最高的热效率,但实际上却实现了热效率26%的近似等压燃烧。压燃式内燃机的问世引起了世界机械工业的极大兴趣,压燃式内燃机也以发明者的名字命名为柴油机。

这种内燃机将来多以柴油为燃料,所以也叫柴油机。1898年柴油机首次用于固定式发电机组,1903年用作商船动力,1904年安装在船舶上,1913年制成第一台柴油机驱动的内燃机车,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之前,人们就试图制造旋转活塞式内燃机,但都失败了。直到1954年,联邦德国工程师汪克尔解决了密封问题,才在1957年研制出旋转活塞发动机,称为汪克尔发动机。它有一个近似三角形的旋转活塞,在特定轮廓的气缸内旋转,按照奥托循环工作。这种发动机具有功率高、体积小、振动小、运行稳定、结构简单、维修方便等优点。但由于其燃油经济性差,低速扭矩低,排气性能不理想,仅在个别车型上使用。