5.1.1 早期探索在线视频

同学们 大家好

在蒸汽车的最初发展时期

它们的设计都很简单

就是把一个蒸汽机装上车架和车轮

为了达到一定的输出功率

就需要有个尽可能大的锅炉

为了达到一定的行程

又要备有充足的水和煤

这导致车身更加沉重

进一步要求蒸汽汽车有一副结实的车架

和坚固的车轮

就这样 恶性循环

车越来越笨重

操纵越来越困难

所以 这些大型蒸汽车

仅适用于定期的往返行驶

路线固定 沿途又有煤 水供应

即便如此 仍有许多不可避免的缺陷

如制动困难 车太重 车轮窄 惯性大

转向不灵敏

有时候明知要减速转弯就是慢不下来

转不过去 只能眼睁睁地看着车撞上障碍物

要么就是制动太狠 轮轴断裂

更可怕的是 炉压过高

一时难以控制 发生锅炉爆炸事的恶性事件

而且 乘坐这种车还得看天气

下雨天车上遮盖不严

道路泥泞不安全

严寒天烧水难 易熄灭 行驶也慢

热天坐在锅炉旁没人愿意忍受

刮风天要看风向

顺风时车尾的浓烟

会把乘车人熏得喘不过气来

在蒸汽机不断改进和发展的历程中

人们越来越深刻地认识到

蒸汽机的这种天然不足

蒸汽机必须有锅炉

体积庞大 笨重 机动性差

热能要通过蒸汽介质再转化成机械功

效率很低

这些缺点都与

燃料必须在汽缸外部燃烧 即外燃有关

所以 很早就有人开始研究利用

内部燃烧来推动活塞做功的动力机

内燃机的设想产生了

最早提出内燃设想的是荷兰科学家惠更斯

他是介于伽利略与牛顿之间

一位重要的物理学先驱

也是历史上最著名的物理学家之一

他大约于在1673年产生了内燃的想法

并于1680年同蒸汽机先驱丹尼斯.巴本

相信大家还记得他吧

研制了一台内燃机模型

被称为惠更斯火药发动机

其基本原理是利用火药点燃后

迅速产生的膨胀推力推动活塞

但因火药燃烧实在难以控制而未获成功

其实即使成功

这种火药发动机也很难实现连续的运动

与惠更斯同时代的一位法国发明家

贺德法利神父

在1678年也提出利用火药在气缸中的爆炸力

来推动活塞做功的设计方案

一些法国人视贺德法利为内燃机的开山祖师

贺德法利神父最重要的成之一

就是对摆钟擒纵机构进行了改进

他用猪鬃毛将擒纵叉和摆轮连接起来

利用猪鬃毛的弹性作用代替钟摆

实现对时钟的控制

尽管结果不算太完美

但却是一个绝妙的主意

之后猪鬃毛被替换成一根笔直的

有弹性的游丝

接着笔直的游丝又演变成了像蛇一样

盘绕的螺旋弹簧

利用弹性元件来代替钟摆

从而实现对时钟的精确控制

有利于提高时钟的可靠性

1794年 英国人罗伯特.史特瑞特

首次提出了基于燃料和空气混合原理的内燃机

该型内燃机 首先利用手动空气泵

将空气压入气缸内 使缸内的活塞向上运动那么一点

而后将液体燃料

史特瑞特采用的是燃用松节油

注入到气缸

由于气缸头位于灼热的炉膛内

使得液体燃料与前述压入的空气汽化混合而燃烧

造成气体的急剧膨胀 活塞被急速向上推动

经由杠杆带动水泵 达到提水的功效

随后 气缸中的活塞由于重力而自然下落

燃烧过的废气经由排气管排出

此时手动空气泵再度操作

如此循环不已

这种改良型的内燃机

显然要比惠更斯或贺德法利的火药

一次爆炸式内燃机要先进和高明得多

但因压缩空气及液体燃料的注入

是靠人工控制

不仅力道不易拿捏准确

速度也无法太快 算是美中不足吧

从现代的标准来看

史特瑞特的内燃机

存在以下无法克服的技术不足

一是缺少起动装置 需要手工起动

无法自动起动

二是缺少燃料供给装置

需要手动注油 难以高效高速

三是缺少点火装置

只能够以炉膛外热助燃 使用不便

四是未采用曲柄装置

只采用杠杆机构来实现传动

和传力效率较低

1799年 法国工程师勒蓬提出了

用燃气作燃料

用电火花点火的内燃机模型

并在1801年获得专利

这被视为内燃机最早的专利

与史特瑞特相似

它也采用了燃气与空气混合物作为燃料

但也革新了不少

一是采用三个气缸的多缸结构

显著增加了输出功率

二是采用电火花点火方式

燃烧更方便 更便捷

1807年 瑞典工程师伊萨克 里瓦兹

发明了一台原始的单缸内燃机

里瓦兹内燃机采用氢氧混合气作为燃料

应用手动电火花点火方式 其缸径12厘米

1820年 英国人塞西尔研制出了

以氢煤气为燃料的内燃机

并首次在实验室运转成功 速度达到60转每分钟

1823年英国的塞缪尔 .布朗研制了

大功率内燃机 其样机排量为8.8L

功率4马力

并申请了世界上第一项工业内燃机专利

此后 他于1826年提出了

真空发动机的方案

希望能够利用

大气压力与真空之间的压力差来推动活塞

这的确算是一个巧妙的构思

但是他忽略了当时工艺水平难以制造真空环境

同时也忘记了

大气压力与真空之间的压力差并不相差太大

导致布朗的真空发动机不仅压力小

而且操作也非常的繁琐

1833年 英国人韦特提出了

直接利用燃烧压力推动活塞做功的设计方案

并获得了爆发式发动机专利

它是有记录的第一个水套缸概念也是由他提出的

虽然韦特内燃机的燃料利用率仅为4%

但工作稳定耐久

作为小型动力机受到工厂的欢迎

1857年 意大利人巴山帝和马陶西

开始利用气体的爆燃来产生动力

并获得英国专利

其最大特点有三个

一是采用氢气作为燃料

二是采用个气缸 可以交替燃烧

保持动力的连续性

三是在活塞杆上制有齿条

借助与齿轮的啮合

即通过齿轮齿条式机构

将活塞与输出轴连接起来

将活塞的往复直线运动转换为工作的旋转运动

1860年前后 有关内燃机的发明设想很多

但大都未能解决实用性的问题

这是因为当时对内燃机工作原理的研究很少

缺乏理论指导

另外 当时也缺少能在气缸内迅速燃烧的燃料

内燃机的研制还在黑暗中继续摸索