5.1.2 新的突破在线视频

同学们 大家好

在黑暗中摸索的内燃机

首先遇到的光明是来自于法国青年工程师

热力学的创始人尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺

卡诺兼有理论与实验科学才能

是第一个把热和动力联系起来的人

是热力学的真正的理论基础建立者

由于蒸汽机的发明

工业革命在欧洲逐步兴起来了

蒸汽机正在使法国和蒸汽机的故乡英国

日益工业化

为它们增加了国力和财力

作为法国人的卡诺亲身经历了这场

蒸汽机革命的冲击

亲眼看到了蒸汽机是怎样促进人类文明的向前发展

然而 他也看到

人们是知道怎样制造和使用蒸汽机

面对蒸汽机的理论却了解不够

当时的热机工程界对这样两个问题

进行着热烈的探讨

1 热机效率是否有一极限

2 什么样的热机工作物质是最理想的

在对热机效应缺乏理论认识的情况下

工程师只能就事论事

从热机的适用性

安全性和燃料的经济性几个方面来改进热机

他们曾采用空气 二氧化碳

甚至采用酒精来代替蒸汽

试图找到一种最佳的工作物质

这种研究只具有针对性 而不具有普遍性

从某一热机上获得的最佳数据不能够套用于另一热机

这就是当时热机理论研究的实际状况

卡诺采用了截然不同的途径

他不研究个别热机

而是要寻一种可以作为

一般热机的比较标准的理想热机

1824年6月12日卡诺发表《关于火的动力》

在这部著作中

卡诺于出色地

创造性地用理论实验的思维方法

提出了最简单

但有重要理论意义的热机循环卡诺循环

并假定该循环在准静态条件下是可逆的

与工质无关 创造了一部理想的热机（卡诺热机）

为内燃机的发展奠定了理论基础

根据卡诺热机理论

卡诺热机是一切工作于相同高温热源

和低温热源之间的热机中效率最高的热机

是一种理想热机

卡诺循环是一种可逆循环

按现代的术语来说

是熵保持不变的循环

卡诺原理是说热动力与用来产生它的工作物质无关

它的量唯一地由它们之间产生效力的物体

及热源的温度来确定

最后还与热质的输运量有关

1860年 比利时发明家莱诺尔研制了一种

不需压缩的气体燃烧式内燃机

也称为大气压力内燃机

事实上 莱诺尔内燃机是通过改良蒸汽机而来的

莱诺尔内燃机基于蓄电池和线圈实现电子点火

并首次在内燃机中采用弹性活塞环

不过 由于气体燃料与空气的混合物

在燃烧以前没有受到压缩

莱诺尔采用的是当时最常见的燃料 照明煤气

以至于莱诺尔内燃机的效率不高

大约4%左右

其转速通常低于每分钟10转

莱诺尔内燃机在当时引起了不小的震撼

颇受瞩目

先后大约有500台此型内燃机被英国和法国有关部门使用

莱诺尔内燃机也公认是使用二冲程发动机的开山鼻祖

1861年 德国人施密特改良莱诺尔内燃机

提出气体燃料与空气在燃烧以前应该先进行压缩

以提高内燃机工作效率

其实 据考证 早在1799年

勒蓬就曾提过燃料压缩的重要性

1838年 英国人巴奈特也再度强调过

气体燃料与空气混合物事先压缩的必要性

但因为两人都言之过早

超越时代 没有产生多少影响

1861年 法国工程师德罗夏

在对内燃机热力过程进行理论分析后

发表了一篇论文

对内燃机的设计提出了八点准则

八点准则可分两类

第一类是对如何提高热效率提出四项基本要求

一是气缸的表面积与其容积之比应尽可能地小

以减少燃气的热量损失

二是尽可能加速膨胀过程

以提高燃气的有效能量

三是尽可能使膨胀充分

以增大膨胀期间所作的正功

四是尽可能提高膨胀前的燃气压力

借以增大膨胀时的气缸容积比

增加有效的作功量

第二类是对内燃机的工作内容提出四项解决措施

一是最好在活塞自气缸头向下运动之际

将新鲜可燃气混合物吸入气缸

这个期间称为内燃机的进气冲程

二是当活塞朝向气缸头运动时

开始将气缸内吸入的可燃气混合物进行压缩

这个期间称为内燃机的压缩冲程

三是当活塞朝向气缸头运动至上止点前附近时

进行点火燃烧 随后压缩活塞远离气缸头

运动至下止点

这个期间称为内燃机的燃烧作功冲程

也称为动力冲程

四是活塞再自下止点往回运动至上止点期间

可将燃烧后的废气压出

这个期间称为内燃机的排气冲程

虽然并没有证据表明

德罗夏本人曾实际制造过任何发动机实物

但令人惊讶的是

他所提出的4项改进措施

正好是现代四冲程发动机的四个冲程

不能不令人佩服科学理论对于科技发展的神奇贡献

曾是推销员的德国人奥托

非常痴迷于煤气和蒸汽的动力使用

他与蓝金一道 自1861年起研制煤气内燃机

1864年创办奥托公司

使内燃机的研制走向正规化和企业化

1866年 德国人奥托和蓝金方仿制了

1854年的意大利人巴山帝和马陶西内燃机

只不过在机轴处加装有离合器

并在轴上加装飞轮

1867年 这种仿制的内燃机

在巴黎工业展览会中亮相 获得金奖

深受好评 收到了大量订单

据统计 前后产销了大约5000台这样的内燃机

执当时发动机市场之牛耳

1876年5月9日

奥托又根据德罗夏在1862年所提出的概念与设计原则

制造出世界第一台四冲程内燃机

此内燃机以煤气为燃料

采用火焰点火方式 转速为156.7转/分

压缩比为2.66 功率为3.2千瓦(即4.4马力)

热效率达到14-16％

为使运转平稳

在内燃机中奥托还增设有飞轮装置

奥托还在内燃机中加长了进气道

改进了汽缸盖

更便于充分形成混合气

效率达到通用蒸汽机的好几倍

1878在法国巴黎万国博览会展出深受瞩目

被誉为瓦特以来动力机方面最大的成就

获得了大批订单

奥托内燃机从此走向成功之路

但早期的奥托内燃机也有缺点

每单位马力的发动机重量太大

换句话说 1876年的奥托内燃机

马力小 重量大 还远没有达到实用的地步

不过奥托内燃机将内燃

压缩燃气和四冲程三个关键技术融为一体

开创了内燃机新时代

后世为纪念奥托的伟大功绩

将其此形式的内燃机称为奥托内燃机

甚至将此形式内燃机的热力循环为奥托循环