汽車發(fā)動機發(fā)展史簡介
1860年,法國技師艾蒂安勒諾(Etienne Lenore)制造出了燃?xì)獍l(fā)動機,這是一種沒有壓縮、沒有電點火、沒有氣體的內(nèi)燃機。這種燃?xì)獍l(fā)動機的熱效率約為4%。燃?xì)獍l(fā)動機是一種熱效率高、批量生產(chǎn)的內(nèi)燃機,使得內(nèi)燃機商品化。勒諾的燃?xì)獍l(fā)動機沒有壓縮沖程,熱效率只有3% ~ 4%。
1866年,德國人奧托制造了第一臺四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(單缸、臥式、氣體燃料、火焰點火,功率約2.21千瓦,轉(zhuǎn)速180轉(zhuǎn)/分,壓縮比2.66)。在這臺發(fā)動機上(圖0-6),奧托增加了飛輪使其運轉(zhuǎn)平穩(wěn),加長了進(jìn)氣口,改進(jìn)了氣缸蓋使混合氣充分成型。熱效率可達(dá)12%~14%,是當(dāng)時蒸汽機的兩倍。奧托集內(nèi)燃、壓縮氣體、四沖程三大關(guān)鍵技術(shù)思想于一身,使得這款內(nèi)燃機具備了高效率、體積小、重量輕、功率大等一系列優(yōu)勢。在1878年的巴黎世博會上,它被譽為“自瓦特以來動力機最偉大的成就”。定容燃燒的四沖程循環(huán)由奧托實現(xiàn),又稱奧托循環(huán)(圖0-7),為現(xiàn)代內(nèi)燃機四沖程工作循環(huán)(或奧托循環(huán))的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。
1872年,奧托在德國成立道依茨發(fā)動機公司,開始批量生產(chǎn)內(nèi)燃機。1998年,由濰坊柴油機廠和德國道依茨公司合資成立了中德合資濰坊柴蔚道依茨柴油機有限公司。2007年,德國一汽(大連)柴油機有限公司成立。
1885年,德國工程師卡爾本茨(Carl Benz Ci)將兩輛自行車拆開,組裝成兩個后輪和一個鋼制骨架的前輪。前輪用于轉(zhuǎn)向,后輪用于驅(qū)動,后部安裝單缸四沖程內(nèi)燃機。一輛三輪車(圖0-8)于1886年1月29日被設(shè)計并獲得專利。這輛車獲得了第一份官方出生證明。
1886年,德國工程師戈特利布戴姆勒買了一輛美國制造的馬車。在邁巴赫(查成交價|參配|優(yōu)惠政策)的幫助下,前輪安裝了轉(zhuǎn)向裝置,后輪安裝了驅(qū)動裝置,車身中部安裝了世界上第一臺立式發(fā)動機,世界上第一輛四輪汽車就這樣誕生了(圖0-9)。發(fā)動機為化油器式汽油發(fā)動機,質(zhì)量60kg,功率0.368kW(0.5 HP),轉(zhuǎn)速750r/min,當(dāng)時記錄(圖0-10)。
1892年,德國工程師魯?shù)婪虻先麪柅@得了柴油發(fā)動機的發(fā)明專利(圖0-11)。
受面粉廠粉塵爆炸的啟發(fā),假設(shè)吸入氣缸的空氣將被高度壓縮,使其溫度超過燃料的自燃溫度,然后用高壓空氣將燃料吹入氣缸,使其著火。1897年制造出第一臺具有實用價值的高壓縮自動點火內(nèi)燃機,即壓燃式柴油機。氣缸直徑為15厘米,活塞沖程為40厘米。它延長了燃燒過程之前的壓縮過程,這是內(nèi)燃機技術(shù)的第二次突破。MAN公司制造了世界上第一臺柴油機樣機(圖0-12),并命名為柴油機。
1936年,梅賽德斯-奔馳制造了第一輛柴油發(fā)動機汽車。直到1950年左右,柴油機才被廣泛使用。
1957年,德國人汪克爾發(fā)明了旋轉(zhuǎn)活塞發(fā)動機(圖0-13),這是汽油機發(fā)展的一個重要分支。通常,發(fā)動機是往復(fù)式發(fā)動機。工作時,活塞在氣缸內(nèi)做直線往復(fù)運動。為了將活塞的直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動,必須采用曲柄連桿機構(gòu)。但轉(zhuǎn)子發(fā)動機不同,它直接將可燃?xì)怏w的燃燒膨脹力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動扭矩。與往復(fù)式發(fā)動機相比,轉(zhuǎn)子發(fā)動機消除了無用的直線運動,沒有曲軸連桿和配氣機構(gòu),零件比往復(fù)活塞式汽油機少40%,具有重量輕、體積小、轉(zhuǎn)速高、功率大的優(yōu)點。
1967年,日本東洋公司(馬自達(dá)公司的前身)與汪克爾公司簽訂協(xié)議,獲得生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機的權(quán)利。從汪克爾公司引進(jìn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機后,馬自達(dá)公司進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)和研究,成為世界上唯一一家開發(fā)和生產(chǎn)轉(zhuǎn)子發(fā)動機的汽車公司。成功開發(fā)了電控6進(jìn)氣轉(zhuǎn)子發(fā)動機。這種發(fā)動機采用微電腦控制發(fā)動機的負(fù)荷狀態(tài),自動調(diào)節(jié)怠速裝置和廢氣再循環(huán)裝置,使發(fā)動機工作平穩(wěn),從而降低油耗和廢氣排放。
德國博世集團(tuán)創(chuàng)始人羅伯特博世是德國著名企業(yè)家。1902年發(fā)明了世界上第一個帶有高壓電磁點火系統(tǒng)的火花塞(點火線圈的圖案是博世公司的標(biāo)志,如圖0-14);1922年,他發(fā)明了機械噴灑裝置;1927年,他發(fā)明了柴油噴射泵;在1973年,
博世公司開發(fā)的L型電控汽油噴射裝置,以進(jìn)氣管中的空氣流量為參數(shù),根據(jù)進(jìn)氣流量與發(fā)動機轉(zhuǎn)速的關(guān)系,直接確定進(jìn)氣量,從而噴射出相應(yīng)的汽油。該裝置因其設(shè)計合理、運行可靠,被歐洲和日本的汽車制造公司廣泛采用,奠定了現(xiàn)代電控燃油噴射裝置的雛形。
電噴供油系統(tǒng)最大的優(yōu)點是供油控制準(zhǔn)確,使發(fā)動機在任何狀態(tài)下都能有正確的空燃比,既保持發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn),又符合環(huán)保法規(guī)。但是電噴供油系統(tǒng)并不是最科學(xué)的。由于內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)的固有限制,電噴噴嘴安裝在氣門旁,只有在氣門開啟時才能完成油氣的噴射。因此,噴射會受到開閉周期的影響,造成延遲,從而影響計算機對噴射時間的控制。
當(dāng)歐美廠商意識到電噴技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)進(jìn)入瓶頸期,缸內(nèi)直噴技術(shù)成為各大廠商的主攻方向。目前,市場上的缸內(nèi)直噴發(fā)動機備受關(guān)注,包括奧迪FSI缸內(nèi)直噴發(fā)動機和凱迪拉克SIDI雙模直噴發(fā)動機。
發(fā)動機的工作模式和噴油模式確定后,發(fā)動機的進(jìn)化并沒有結(jié)束,發(fā)動機
最后一代汽車人在不懈努力改進(jìn)技術(shù)。有些很完美,甚至沒有記錄。很明顯,現(xiàn)在的發(fā)動機運轉(zhuǎn)更平穩(wěn),抖動沒那么厲害,燃油經(jīng)濟性更好,馬力更足。這些都依賴于新技術(shù)的應(yīng)用。為了改善進(jìn)氣,有可變氣門正時技術(shù),如本田的VTEC,豐田的VVTi,現(xiàn)代的CVVT,通用的DVVT。為了獲得更好的空燃比,目前流行的有TFSI分層噴射技術(shù)、VIS可變進(jìn)氣管技術(shù)、渦輪增壓中冷技術(shù)等。為了將環(huán)境污染降到最低,在排氣管上增加了氧傳感器、三元催化轉(zhuǎn)化器和廢氣再循環(huán)技術(shù)。
目前,由于環(huán)境污染的惡劣影響,對汽車尾氣排放的要求越來越高。舊的發(fā)動機技術(shù)被淘汰是必然的,更多充分利用能源資源的技術(shù)正在不斷被開發(fā)。同時,由于全球能源危機的巨大影響,更多節(jié)能的新能源技術(shù)必將為發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn)。
第一個國產(chǎn)發(fā)動機品牌是奇瑞的ACTECO(圖0-15)。ACTECO有三個意思。
ACTECO的第一個意義是展示發(fā)動機的技術(shù)譜系。首字母A指的是AVL公司——,它是歐洲頂級的發(fā)動機制造商,位于澳大利亞,起源于中國安徽省。第二個字母c指的是中國的奇瑞,后兩個字母co是英文單詞Cooperation的縮寫,即
該發(fā)動機是奧地利AVL公司和中國安徽奇瑞汽車公司的技術(shù)結(jié)晶。
ACTECO的第二層含義是指產(chǎn)品的設(shè)計理念和性能。中間的三個字母TEC是英語單詞的前三個字母。
它也代表生態(tài)保護(hù)。最后兩個字母
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