汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展歷史簡(jiǎn)介
發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的動(dòng)力源。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)大多是熱能動(dòng)力裝置，簡(jiǎn)稱熱力機(jī)。熱力機(jī)是借助工質(zhì)的狀態(tài)變化將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。 往復(fù)活塞式四沖程汽油機(jī)是德國(guó)人奧托(Nicolaus A.Otto)在大氣壓力式發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，于1876 年發(fā)明并投入使用的。由于采用了進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣四個(gè)沖程，發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率從大氣壓力式發(fā)動(dòng)機(jī)的11%提高到14%，而發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量卻降低了70%。
1892 年德國(guó)工程師狄塞爾(Rudolf Diesel)發(fā)明了壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)(即柴油機(jī))，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)歷史上的第二次重大突破。由于采用高壓縮比和膨脹比，熱效率比當(dāng)時(shí)其他發(fā)動(dòng)機(jī)又提高了1 倍。1956年，德國(guó)人汪克爾(F.ankel)發(fā)明了轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有較大幅度的提高。1964年，德國(guó)NSU公司首次將轉(zhuǎn)子式發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在轎車上。
1926 年，瑞士人布希(A.Buchi)提出了廢氣渦輪增壓理論，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣能量來(lái)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，給發(fā)動(dòng)機(jī)增壓。50 年代后，廢氣渦輪增壓技術(shù)開始在車用內(nèi)燃機(jī)上逐漸得到應(yīng)用，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能有很大提高，成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上的第三次重大突破。
1967 年德國(guó)博世(Bosch)公司首次推出由電子計(jì)算機(jī)控制的汽油噴射系統(tǒng)(ElectronicFuel Injection，EFI)，開創(chuàng)了電控技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用的歷史。經(jīng)過(guò)30年的發(fā)展，以電子計(jì)算機(jī)為核心的發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(Engine Management System，EMS)已逐漸成為汽車、特別是轎車發(fā)動(dòng)機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)配置。由于電控技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)的污染物排放、噪聲和燃油消耗大幅度地降低，改善了動(dòng)力性能，成為內(nèi)燃機(jī)發(fā)展史上第四次重大突破。
1971年，第一臺(tái)熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)——斯特林機(jī)(Strling)的公共汽車已開始運(yùn)行。1972年，日本本田技研工業(yè)在市場(chǎng)售出裝有復(fù)合渦流控制燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)[CVCC(Compound Vertex Controlled Combustion)engine)]的西維克(Civic)牌轎車，打響了稀薄氣體燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的第一炮。這種發(fā)動(dòng)機(jī)是在普通發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的頂部加上一個(gè)槌狀體的副燃燒室，先將這處副燃燒室中較濃的混合氣體點(diǎn)燃，然后其火焰延燃到主燃燒室的稀薄混合氣中，使之全部燃燒做功，廢氣中的CO和HC很少，減少了有害氣體的排放。
1967年，美國(guó)進(jìn)行了一次氫氣汽車行駛的公開表演，那輛氫氣汽車在80公里時(shí)速下，每次充氫10分鐘可運(yùn)行121公里。該車有19個(gè)座位，由美國(guó)比林斯公司制造。 1977年，在美國(guó)芝加哥召開了第一次國(guó)際電動(dòng)汽車會(huì)議。會(huì)議期間，展出了各種電動(dòng)汽車一百多輛。
1978年，日本研究成功復(fù)合動(dòng)力汽車，即內(nèi)燃機(jī)——電力汽車。
1979年8月，巴西制造出以酒精為燃料的汽車——菲亞特147型和帕薩特型轎車，及“小甲蟲”汽車。巴西是現(xiàn)在世界上使用酒精汽車最多的國(guó)家。
1980年，日本研制成功液態(tài)氫氣車。在后部裝有保持液態(tài)氫低溫和一定壓力的特制貯存罐。該車用85公升的液氫，行駛了400公里，時(shí)速達(dá)135公里。但目前在使用上還有困難，費(fèi)用也比油高。
1980年，美國(guó)試制成功了一種鋅氯電池電動(dòng)汽車。
1980年，西班牙試研制成功一種太陽(yáng)能汽車。
1980年，西德漢堡市西北伊策霍的一位工程師，發(fā)明了一種利用電石氣(乙炔氣)作動(dòng)力的汽車。先將電石變成氣體，然后用這種氣體燃燒推動(dòng)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，其速度和安全性均不亞于汽油車，20公斤電石塊可以使汽車至少行駛300公里。
1980年，美國(guó)開始研究“燒鋁”的汽車，這是由加州大學(xué)國(guó)立羅倫茲研究室的約翰.庫(kù)伯和埃爾文.貝倫提出的。他們?cè)O(shè)計(jì)出一種新型的電池作為汽車動(dòng)力;在氫氧化鈉的參與下，使鋁與水和空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電流。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，電動(dòng)汽車重量為1300公斤，載上司機(jī)和4名乘客，每更換一次鋁板，可行駛約5000公里，以每小時(shí)90公里的速度行駛時(shí)，每行駛20公里消耗1公斤鋁。而在相同的條件下，1公斤汽油卻只能走14.18公里。
1981年，美國(guó)研制出的一種新的節(jié)約能源的風(fēng)能汽車，這輛汽車現(xiàn)在還不能全部使用風(fēng)能，而是與燃料交替使用。它是在一輛普通的轎車車頂上，裝有一臺(tái)帶有風(fēng)動(dòng)螺旋槳的空氣透平機(jī)，用以隨時(shí)為車內(nèi)裝有12V60A電池組充電。汽車行駛時(shí)，現(xiàn)以燃料發(fā)動(dòng)，當(dāng)車速達(dá)到每小時(shí)55公里時(shí)，透平機(jī)才開始工作。
1982年，日本東京大學(xué)一色尚次教授，經(jīng)過(guò)多年的研究，終于成功地研制出世界上第一輛鹽水發(fā)動(dòng)機(jī)汽車。該車可乘兩人，其發(fā)動(dòng)機(jī)以蒸汽為動(dòng)力，而蒸汽是通過(guò)向硫酸或蘇打等鹽類溶液里加水，發(fā)生化學(xué)加熱反應(yīng)，利用釋放出來(lái)的化學(xué)熱能燒沸鍋爐里的水而產(chǎn)生的。
1983年，世界上第一輛裝備柴油陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車運(yùn)行試驗(yàn)成功。所裝發(fā)動(dòng)機(jī)是日本京都陶瓷公司研制的，其主要零部件由陶瓷制成，省去了冷卻系統(tǒng)，重量輕，節(jié)能效果顯著，在同樣條件下可比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)多走30%的路程。
1984年，前蘇聯(lián)研制出一種雙重燃料汽車。當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)時(shí)，首先使用汽油，然后專用天然氣。試驗(yàn)證明，這種車排污少，燃料價(jià)格便宜，每輛車每年可節(jié)省燃料費(fèi)500盧布。 1984年，美國(guó)美孚石油公司的阿莫柯比化學(xué)公司，研制出了一種叫杜隆塑料的合成材料，該公司采用這一塑料成功地制造出了世界上第一臺(tái)全塑料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，其重量只有84公斤。目前，美國(guó)的洛拉T-616GT型汽車用的就是這種全塑發(fā)動(dòng)機(jī)。
1984年，澳大利亞工程師沙里許經(jīng)10年研究，花費(fèi)了1300萬(wàn)美元后，研制成功了一種在功率、燃燒效率和降低污染多方面優(yōu)于四沖程內(nèi)燃機(jī)的OCP發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用壓縮空氣形成超細(xì)油滴和空氣的混合物進(jìn)入燃燒室，燃燒更為充分，從而改善了總的效果。實(shí)驗(yàn)表明，OCP發(fā)動(dòng)機(jī)的功率較等重量的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)大二倍，并且除節(jié)油25%外，廢棄污染也大大降低。
1985年，澳大利亞一位叫彼蘭丁的發(fā)明家，經(jīng)過(guò)多年努力，研制出一種安全可靠、啟動(dòng)靈活、高速而又不冒煙的蒸汽機(jī)汽車。車上的鍋爐采用封閉回路式，蒸汽不向外排除，而是聚集在散熱器里，然后重新回到下一個(gè)工作循環(huán)去。這種車時(shí)速可達(dá)130公里，是防止環(huán)境污染的一種理想車型。
1986年，日本的三洋電氣公司研制成功首輛由太陽(yáng)能電池帶動(dòng)的汽車，這是全世界第一輛太陽(yáng)能運(yùn)輸車。該車有3個(gè)小輪子，全長(zhǎng)2.1米，寬0.9米，凈載重量為110公斤，時(shí)速可達(dá)24公里。 1994年，澳大利亞研制出用柴油機(jī)改裝的燃燒椰子油的汽車。試驗(yàn)表明，12個(gè)椰子榨出的椰子油可達(dá)1升。
1994年，英國(guó)的戴維.伯恩發(fā)明了另一種風(fēng)力汽車，并已投入批量生產(chǎn)。這種被稱為風(fēng)力汽車的新設(shè)計(jì)構(gòu)思很巧妙。其驅(qū)動(dòng)裝置是兩個(gè)電動(dòng)馬達(dá)，分別安裝在兩個(gè)前輪上。底盤上裝有一個(gè)“風(fēng)圓錐”，看上去活像個(gè)巨大的蛋卷冰淇淋。在普通汽車安裝散熱護(hù)柵處則裝著一根進(jìn)風(fēng)管，直徑為1.37米，長(zhǎng)度與車身相等，并與“風(fēng)圓錐”連接。當(dāng)汽車行駛時(shí)，空氣通過(guò)進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入“風(fēng)圓錐”連接。當(dāng)汽車行駛時(shí)，空氣通過(guò)進(jìn)風(fēng)管進(jìn)入“風(fēng)圓錐”，驅(qū)動(dòng)安裝在那里的扇形渦輪機(jī)，接著再通過(guò)內(nèi)置式發(fā)動(dòng)機(jī)講風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，貯存在蓄電池中，用來(lái)驅(qū)動(dòng)位于前輪的兩個(gè)馬達(dá)，使汽車得以行駛。
目前汽車用的發(fā)動(dòng)機(jī)都是內(nèi)燃機(jī)，內(nèi)燃機(jī)是通過(guò)燃料的燃燒，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的熱動(dòng)力機(jī)械。內(nèi)燃機(jī)是熱效率最高的熱力機(jī)械，但仍存在著巨大的節(jié)能及降低尾氣污染的潛力。對(duì)于量調(diào)節(jié)式的汽油機(jī)而言，在部分負(fù)荷時(shí)，會(huì)因節(jié)氣門開度小而造成發(fā)動(dòng)機(jī)的泵氣損失大，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械效率，影響到經(jīng)濟(jì)性。取消節(jié)氣門就是提高汽油機(jī)經(jīng)濟(jì)性的最根本措施。但由于目前的汽油機(jī)是用節(jié)氣門來(lái)調(diào)節(jié)混合氣量的，取消節(jié)氣門，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出無(wú)法控制，因此必須探索新的途徑。汽油直接噴射技術(shù)就是基于這一思路。將汽油機(jī)的節(jié)氣門調(diào)節(jié)動(dòng)力輸出，改為用噴油量控制動(dòng)力輸出。這樣一來(lái)，采用汽油直接噴射的汽油機(jī)與目前的電控噴射發(fā)動(dòng)機(jī)相比，燃油消耗量可以減少15%左右。但汽油機(jī)采用直接噴射技術(shù)后，現(xiàn)有的三效催化系統(tǒng)難以發(fā)揮作用，使發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放品質(zhì)下降，因此還需要重新探索新的途徑。目前的混合氣均質(zhì)壓燃理論為解決這一問(wèn)題提供了很好的思路。該理論是在汽油機(jī)上取消節(jié)氣門，用噴油量調(diào)節(jié)動(dòng)力輸出，采用大量的高溫廢氣混合到適當(dāng)比例的燃料和空氣混合氣中，用發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮行程用活塞壓縮使混合氣自己著火，從而解決汽油機(jī)無(wú)節(jié)氣門下的動(dòng)力輸出與同時(shí)采用三效催化轉(zhuǎn)化器的矛盾。同樣這一理論也可以應(yīng)用到柴油機(jī)上，使柴油機(jī)在均質(zhì)混合氣時(shí)壓燃著火，而不是現(xiàn)在的邊噴油、邊著火的擴(kuò)散燃燒模式，從而使柴油機(jī)的廢氣排放達(dá)到最低，特別是煙度排放和NOX排放。目前均質(zhì)混合氣壓燃著火的理論正在付諸實(shí)施之中。一旦這一新理論在實(shí)踐得到應(yīng)用，可以預(yù)見，今后的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)更加高效、更加清潔，汽車的使用將更加安全且有利于環(huán)保。