淺述內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史及未來趨勢(shì)

練紅剛

摘 要 內(nèi)燃機(jī)的發(fā)明，為人們交通工具的轉(zhuǎn)變提供了不可或缺的基礎(chǔ)，交通運(yùn)輸行業(yè)的飛速發(fā)展又為內(nèi)燃機(jī)的改進(jìn)指明了方向。本文通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)發(fā)展過程的回顧，提出未來內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞 內(nèi)燃機(jī);發(fā)展史;未來趨勢(shì)

內(nèi)燃機(jī)是一種動(dòng)力機(jī)械，應(yīng)用領(lǐng)域較多，已經(jīng)成為動(dòng)力輸出的首要選擇。內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了源源不斷的動(dòng)力，但同時(shí)也帶來了環(huán)境的污染，我們應(yīng)堅(jiān)持內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力輸出地位不動(dòng)搖，大力推動(dòng)內(nèi)燃機(jī)新技術(shù)的創(chuàng)新，研發(fā)新型環(huán)保能源，堅(jiān)持走可持續(xù)發(fā)展道路。

1 內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展史

1.1 往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)

（1）煤氣機(jī)。1860年，法國(guó)發(fā)明家萊諾發(fā)明了第一臺(tái)實(shí)用內(nèi)燃機(jī)。在此基礎(chǔ)上，1876年，法國(guó)工程師德羅莎提出著名的等容燃燒四沖程循環(huán)原理。1876年，德國(guó)人奧托制成了第一臺(tái)四沖程往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。在社會(huì)化大生產(chǎn)狀況下，雖然煤氣機(jī)較之蒸汽機(jī)擁有很大的優(yōu)勢(shì)，但還是無法滿足交通運(yùn)輸?shù)目焖佟⑤p便的要求。

（2）汽油機(jī)。19世紀(jì)下半葉，石油工業(yè)的興起，燃料由煤氣轉(zhuǎn)換為石油，汽油機(jī)的概念提上日程。1883年，邁巴赫同戴姆勒制成了第一臺(tái)往復(fù)式汽油機(jī)。這臺(tái)汽油機(jī)功率高、效率高、轉(zhuǎn)速快、體積小等特點(diǎn)，適合用于為交通工具提供動(dòng)力。20世紀(jì)以來，汽油機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸行業(yè)，汽油機(jī)技術(shù)的革新，解決了汽油機(jī)的爆震燃燒問題。

（3）柴油機(jī)。1892年，德國(guó)迪塞爾博士發(fā)明壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)，1897年，世界上第一臺(tái)壓縮點(diǎn)火內(nèi)燃機(jī)出世，也就是柴油機(jī)[1]。相比汽油機(jī)，柴油機(jī)自身的高壓縮比占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)。首先，柴油的價(jià)格相對(duì)汽油較為便宜;其次，柴油機(jī)是目前熱效率最高的內(nèi)燃機(jī);最后，柴油機(jī)使用壽命較長(zhǎng)。

1.2 轉(zhuǎn)動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)

（1）燃?xì)廨啓C(jī)。1873年，布拉頓發(fā)明了一種定壓燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)。但由于條件限制，熱效率未能得到有效發(fā)展。20世紀(jì)30年代空氣動(dòng)力學(xué)的出現(xiàn)、耐高溫合金材料的發(fā)明以及冷卻系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，為燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入實(shí)際運(yùn)用打好了基礎(chǔ)。燃?xì)廨啓C(jī)相比往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)而言，規(guī)避了汽油機(jī)的爆震現(xiàn)象，也很少受到摩擦損失，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，較少發(fā)生故障。

（2）旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。為避免往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜性，技術(shù)人員曾多次提出新的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，但大多因?yàn)樵O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，無法解決氣缸密封難題而失敗。1954年，德國(guó)人汪克爾經(jīng)過不懈努力，突破氣缸密封難題，發(fā)明三角旋轉(zhuǎn)活塞轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一圈可以完成一次四沖程循環(huán)。1962年，三角轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)利用到船舶上，到了80年代，啟用于汽車引擎。

2 內(nèi)燃機(jī)快速增長(zhǎng)帶來的危害

隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，民眾的消費(fèi)觀念向衣食住行靠攏，汽車逐漸走向千家萬戶。汽車的普及方便了民眾的出行，但同時(shí)以化學(xué)石油燃料為主的車用傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)也帶來了資源的損耗和民眾生活環(huán)境的污染[2]。

環(huán)境問題已經(jīng)成為世界性的難題，這其中就與內(nèi)燃機(jī)的普及有著密切的聯(lián)系。汽車數(shù)量增加，汽車尾氣排放已經(jīng)是影響城市空氣污染的罪魁禍?zhǔn)?，引起社?huì)的一致關(guān)注，環(huán)保壓力倍增。為了順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)行業(yè)必須做出新的創(chuàng)新，從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向高新技術(shù)轉(zhuǎn)型，開發(fā)新型環(huán)保能源，減小內(nèi)燃機(jī)帶來的危害。

3 內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

未來幾年是內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的重要發(fā)展階段，是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)的轉(zhuǎn)型時(shí)期。隨著燃油技術(shù)和內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的提高，能源利用效率增加。同時(shí)，代用燃料也得到了很大進(jìn)步，發(fā)展中小型內(nèi)燃機(jī)的渦輪增加技術(shù)，必然會(huì)在節(jié)能環(huán)保方面有所改善，最終提升民眾的生存環(huán)境。

3.1 提高內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)

近年來，國(guó)外開發(fā)了數(shù)十種先進(jìn)的內(nèi)燃機(jī)，資源的傾斜換來了巨大的收益，內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)步體現(xiàn)在氣動(dòng)熱力學(xué)、燃燒、材料、工藝等各個(gè)方面。為了提升內(nèi)燃機(jī)制造技術(shù)，應(yīng)學(xué)習(xí)西方先進(jìn)的制造經(jīng)驗(yàn)，加大科技投入、資源傾斜，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)制造工藝，開發(fā)新材料，提升燃油利用率。

3.2 新燃料的應(yīng)用

在全球氣候變暖環(huán)境下，內(nèi)燃機(jī)帶來的污染問題迫在眉睫，迫使我們需要研發(fā)新型可再生燃料，其中，氫能源是最為理想的環(huán)保能源，是現(xiàn)今技術(shù)人員的研究方向。但由于現(xiàn)階段制取氫氣存在諸多問題：成本高、效率低、儲(chǔ)存不便，至今沒有形成產(chǎn)業(yè)化。于是技術(shù)人員開始轉(zhuǎn)向生物質(zhì)能源和燃料的開發(fā)。生物質(zhì)燃料主要包括生物乙醇和生物柴油。無論哪種燃料，都是以液態(tài)形式與傳統(tǒng)燃料搭配使用，只需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)材質(zhì)做一些小小的改動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)。希望可以通過新燃料的應(yīng)用，解決世界環(huán)境資源危機(jī)。

3.3 發(fā)展中小型內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓技術(shù)

20世紀(jì)中期，內(nèi)燃機(jī)渦輪增壓技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，通過渦輪增壓技術(shù)，可以提升內(nèi)燃機(jī)近三倍的功率。但是由于技術(shù)原因，導(dǎo)致渦輪增壓技術(shù)大都應(yīng)用在大型內(nèi)燃機(jī)上，只有少部分應(yīng)用在中小型內(nèi)燃機(jī)上。

現(xiàn)如今，發(fā)展中小型內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓技術(shù)是內(nèi)燃機(jī)發(fā)展的主要方向[3]。先進(jìn)的渦輪增壓技術(shù)可以提高進(jìn)氣系統(tǒng)的響應(yīng)特性，提升內(nèi)燃機(jī)的大負(fù)荷效率，提高低速轉(zhuǎn)矩特性，提高內(nèi)燃機(jī)的功率密度。

3.4 提高內(nèi)燃機(jī)工作效率

提升燃油經(jīng)濟(jì)性，提升內(nèi)燃機(jī)的熱效率是現(xiàn)今內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。想要達(dá)成這一目標(biāo)，首先需要考慮內(nèi)燃機(jī)耗能的方面，降低終端負(fù)荷;其次需要改進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，降低摩擦損耗;然后改善進(jìn)排氣系統(tǒng)，降低排量;最后改進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)，降低能量損耗。內(nèi)燃機(jī)工作效率的提高，將會(huì)擁有低排放、低油耗等特點(diǎn)，在石油資源危機(jī)的現(xiàn)代，提升燃油經(jīng)濟(jì)性，提高內(nèi)燃機(jī)工作效率無疑為內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的革新提供了有力的支持。

4 結(jié)束語(yǔ)

在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)依然是交通工具的主要?jiǎng)恿碓?。在環(huán)境污染、能源危機(jī)的威逼下，可再生環(huán)保燃料的研發(fā)以及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的革新，已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展的未來趨勢(shì)，應(yīng)積極鼓勵(lì)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的革新和新型環(huán)保燃料的研發(fā)，為內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的革新提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 詹樟松.內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的發(fā)展過程和趨勢(shì)[J].內(nèi)燃機(jī)，1999，（05）：3-7.

[2] 蓋景川.內(nèi)燃機(jī)行業(yè)發(fā)展及展望[J].山東工業(yè)技術(shù)，2014，（09）：90-91.

[3] 蘇萬華，張眾杰，劉瑞林，等.車用內(nèi)燃機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)工程科學(xué)，2018，20（01）：97-103.