内燃机的发展已有150多年的悠久历史。内燃机是汽车工业和人类历史上具有里程碑意义的发明。
从路上的汽车、摩托车到海上的飞机、轮船,内燃机几乎是所有交通工具的心脏。这种发动机是老式蒸汽机或外燃机的继承者。然而,这款发动机无疑比它的前身高效得多。
蒸汽机和内燃机的根本区别在于,内燃机中的燃料通过反复点火在内部燃烧,产生的气体推动活塞。而在蒸汽机中,燃料在外面燃烧,产生的热量使工作流体(如水)蒸发,工作流体进一步膨胀,作用于发动机,产生运动和有用功。内燃机的发展有着150多年的悠久历史,几个伟大的理念促成了内燃机发展到今天的水平。
1860年之前的发明
1860年是内燃机历史上的一个标杆年,因为就在这一年,艾蒂安·莱诺娃研制出了第一台商业上成功的内燃机。然而,在此之前,很多工程师和科学家进行了几次有希望的尝试。
在莱诺娃之前约50年,法国工程师塞佩尔·尼普西(Seipel Nipsey)和克劳德·尼普西(Claude Nipsey)制造了一种内燃机,其燃料是苔藓、煤粉和树脂的混合物。他们把它命名为“Pyréolophore”,这个引擎被拿破仑·波拿巴申请了专利。在这台发动机之后不久,Francois Issac De Rivaz发明了氢氧内燃机,它使用电火花作为点火装置。里瓦兹深入研究,把他的发动机安装在一辆马车上,成为世界上第一辆内燃机汽车。
几年后的1823年,塞缪尔·布朗获得了第一台可用于工业生产的内燃机的专利。又叫“气真空发动机”,在大气压下工作。他在驾驶马车和轮船时展示了它的效率。1930年,这台发动机成功地将英国克罗伊登运河的水抽到上游。
这些发明引起了几位创新者的兴趣,在接下来的几年里,出现了一些独特的发展。1826年,美国的塞缪尔·莫雷(Samuel Morey)发明了带化油器的非压缩气体或蒸汽发动机。1833年,英国的勒缪尔·韦尔曼·莱特(Lemuel Wellman Wright)再次发明了带水套气缸的台式双作用燃气发动机。威廉·班纳特(William Banert)的发动机研发于1838年,被认为是第一台采取气缸压缩的发动机。
1860及未来:从二冲程发动机到四冲程发动机
在接下来的几年里,发生了一些其他的发展,但在1860年,让·约瑟夫·艾蒂安·勒努瓦取得了重大突破。他发明了燃气内燃机,这被认为是第一台实用的内燃机。
1863年,莱诺娃在一辆汽车上安装了这种发动机,并将其命名为“希波莫比尔”。他把车从巴黎开到Joinville le Pont,开了九公里,然后回来了。他使用松节油衍生物作为燃料,所以这是第一辆使用液体燃料内燃机的汽车。然而,Lenova的Hippomobile无法满足速度的需求。它的二冲程发动机只能产生100转,平均时速6公里。
虽然Lenova的发动机在汽车工业中并不十分成功,但它在尺寸和重量上的减少给很多人留下了深刻的印象。之后,德国工程师尼古拉·奥古斯特·奥托承担了使这种发动机更高效的任务。他开始探索乙醇作为燃料的潜力,并安装了四冲程发动机以提高发动机效率。
经历十二年的严格实验和多次失败,1872年,奥托依据阿尔方斯·博·德·罗沙的原理,成功地研制出了强大的四冲程发动机,并确立了进气、压缩、燃烧和排气的原理。到当前为止,汽车和摩托车中的所有内燃机都是依据奥托描述的原理工作的。
19世纪80年代:发动机成为车辆的理想选择
奥托的发动机及其开发无疑比莱诺娃的更强大,然而,它的重量已经成为汽车关注的问题。他们在工厂工作得很好,但他们不是最适合车辆。戈特利布·戴姆勒和威廉·迈巴赫随后承担了优化这款发动机的任务。他们在1881年开始了自己的实验,以开发小型、快速的发动机,为陆地和水上交通工具提供动力。
他们的第一次成功是在1883年,当时他们开发了一种热管点火的汽油发动机,可以在每分钟650转的情况下产生1马力。体积小,比较轻,非常适合车辆使用。两人进一步提高能力,开发出摩托车的前身,他们将其命名为“Retiwagen”。
1886年,他们在一辆四轮马车上安装了一台名为“老爷钟”的发动机,1889年,他们制造出了第一辆配备1.5马力电机的完全自走式汽车。到1900年,戴姆勒和迈巴赫已经将汽车发动机的功率提高到35马力,最高时速可达90公里..
继这些突破性的发明之后,很多汽车公司的建立发挥了重点作用。当世界经历了两场毁灭性的战争,汽车的性能要求彻底改变了。这极大地促进了陆地、水上和空发动机的发明和发展。之后,人们对汽车的看法发生了变化,人们开始购买很多的汽车,这导致了几次创新,使内燃机成为今天的样子。