遠古至今,我們一直希望使用人體之外的物體幫助我們工作;希望發明一種工具代替我們勞作;希望製造一種機械可以利用自然界的資源把人類自身或其他東西從A處運送到B處;希望我們能方便而可控的使用這種機械;希望我們可以擁有使用更少的資源成本,可以更舒適的達到目的工具;希望該系統能夠更自動、智能、安全。
於是,汽車按照這種漸進的邏輯誕生,至今仍然發展著。在這篇文章裡,小編著重介紹一下安裝在汽車上的最重要的機械裝置——發動機。
老式蒸汽機
1765年,經過瓦特改良了的,廣泛使用的活塞式蒸汽機,推動了開始於18世紀中葉的歐洲工業革命。隨後日子裡,一些人不滿蒸汽機的笨重,希望解決掉蒸汽機上沉重的鍋爐,從而可以有更靈活的應用,於是他們打起了氣缸的注意,甚至有人試想將炸藥置於氣缸中,爆炸推動活塞。顯然這種方法不成功,但卻引發了一系列「缸內燃燒做功」的想法。當人們發現可燃氣體和空氣以一定比例混合後,點燃後會爆炸,產生很大的壓強和膨脹。如果這個程度可以控制得當的話,會是一種很好的能源技術。於是內燃機的時代來了。
1824年 物理學家卡諾建立卡諾循環模型將熱力學與動力聯繫起來,並設計理想狀態下的卡諾熱機,為提高內燃機效率指明了方向。
1858年 勒努瓦發明了一款二衝程煤氣發動機(和現代二衝程發動機差別很大)。該發動機用煤氣和空氣的混合氣體取代往復式蒸汽機的蒸汽,使用電池和感應線圈產生電火花,用電火花將混合氣點燃爆發。遺憾的是,這臺煤氣機氣缸中,混合氣體並未壓縮便點燃做功,導致能量轉換效率底下。
1862年 阿爾方斯•德羅沙提出著名的等容燃燒四衝程循環:進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣。但一直沒有樣機誕生。
1876年 奧託製造了一臺新型的,以煤氣為燃料的四衝程內燃機。這臺機器對汽車發動機來講意義極大:直至現在,汽油發動機的運轉仍延續這種形式——奧託循環。在後文中我們會著重介紹這種循環的特點。
從古至今,四衝程汽油機都是按照這四個步驟運轉的
1883年 曾是奧託公司工程師的戴姆勒,和好友邁巴赫製成了第一臺四衝程往復式汽油機,並以極富創意的使用白熾燈為發動機點火,這樣就將發動機轉數提升到了每分鐘1000轉。而當時奧託發動機僅為兩百轉。次年戴姆勒將改良了的發動機裝在了自行車上,成為史上首輛摩託車。
1886年1月29日 德國的卡爾•本茨將之前自行研發的二衝程汽油發動機,安裝在一輛三輪車上,並註冊專利。該車具備現代汽車的一些基本特點,所以人們一致認為該車為歷史上第一輛標準的汽車。
第一輛汽車是這樣的
1897年 柴油機出世。德國工程師狄塞爾(Diesel)設想將吸入氣缸的空氣高度壓縮,使其溫度超過燃料的自燃溫度,再用高壓空氣將燃料吹入氣缸,使之著火燃燒。他首創的壓縮點火式內燃機(柴油機)於1897年研製成功,為內燃機的發展開拓了新途徑,柴油和柴油機也以發明者而命名為diesel。
當出現Diesel牛仔褲的廣告,有人問你是什麼牌子的時候,你可以淡定的回答:柴牌!
就這樣,汽油機和柴油機誕生了。時至今日,雖然現代發動機在功率、油耗、穩定性等性能都有很大程度提高,但基本工作原理完全沒有變化。有關發動機的歷史先介紹到這裡,下篇我們會詳細介紹汽油機和柴油機的工作原理和特性,敬請期待!