第一章绪论内燃机的发展史
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三大实验的作用： 人们开始认识蒸汽、大气和真空的相互作用。
汽 这些重大的实验成果为早期蒸汽动力技术的 车 开发奠定了牢固的科学实验基础。
系
二、蒸汽机发明——三次技术革新
第一次技术创新：法国物理学家工程师巴本（Denis Papin 1647-1712），最先应用蒸汽动力技术。
从火药发动机演变到蒸汽机; 将当时欧洲炼铁场广泛使用的活塞式风箱将箱
汽 车
进气—压缩—点火燃烧膨胀做功—排气。
系
他虽建立四冲程理论，但未能制造出!
德国商人奥托一直关注内燃机研制情况。 从蒸汽机的广泛应用中， 看到内燃机的发展前途； 从德罗夏的理论设计中看到希望。 奥托对德罗夏方案，反复研读，深刻领会其设计
思想；并全心投入内燃机的研制工作。
汽 车 系
奥托的实验：
设计依据：基于包尔塔的蒸汽力原理，其蒸汽泵 主要由汽缸与锅炉组成。
特点：汽缸中未采用活塞，只是在其中接有吸水管、 排水管和进汽管。——与巴本汽缸不同点
原理：蒸汽从锅炉经汽管进入汽缸后被冷却时所造
成的真空把矿井中的水从吸水管中吸进来再
汽 将蒸汽注入汽缸，由进入汽缸的蒸汽压力把水从
车 系
排水管中排出。
塞纳河
赫更斯的内燃机草图:
自方案问世后，经12年后的 1685年，用14台直径12m的水 车完成，并满足凡尔赛宫一天 3000m3的用水要求。
1509年，意大利人雷欧那德.
达芬奇绘出类似的火药发动
汽 车
机草图，但没有试制。
系
当时科学背景： 十六世纪末和十七世纪初的三大实验：
英国包尔塔的蒸汽压力实验； 托里拆利和巴斯噶的大气压力实验； 那末格里凯的真空作用实验。
机的初级产品，但压缩比为零。
奥托受里诺煤气机启发，认为如果用液体燃料，其 用途将更为拓宽，为此设计了汽化器。
1862年2月，奥托制造出一台四冲程样机。
汽
车 1863年获得专利，并建立“奥托公司”。
系
1876年，又设计出一种改进型点火系统，同年5 月研制出第一台四冲程内燃机，翌年获得专利权 实现四冲程理论奥托循环。
发动机原理
汽车工程系
第一章 绪论 —内燃机的发展史
从内燃机草图蒸汽机发明汽车的发展内燃机
一、内燃机概念的形成——赫更斯的草图
产生于1673年，赫更斯在凡尔赛宫用水过程中借 助动力来代替体力劳动过程中的构想。
赫更斯：荷兰物理学家
负责庭院里的树木浇水
和喷水池的喷水
从塞纳河提水。
汽 车 系
凡尔赛宫
车
系
迎来蒸汽革命
四、奥托循环
瓦特蒸汽机存在的问题： 蒸汽机体积庞大，热效率低。
根源 途径
要克服这一缺点，必须解决锅炉与汽缸分离的 问题使锅炉与汽缸合二为一。
前期探索工作：如
利用燃烧烟气冷却后产生的真空来抽水；
汽 利用火药在汽缸内爆炸时产生的压力来驱动活塞；
车 系
用氢气和空气的混合燃料来推动活塞。
第二次变革发生在20世纪50年代。拆除当时欧洲内部的关税 壁垒，使欧洲市场空前繁荣，有力地推动了汽车制造工业的
汽 发展。 车 20世纪60年代末，日本汽车工业创奇迹，生产物美价廉汽 系 车，使得世界汽车工业发生第三次变革。
动对外输出功蒸汽机。
汽 车
1712年纽可门蒸汽机问世。
系
纽可门蒸汽机原型：
将气缸和活塞置于锅上部；
加热锅产生的蒸汽导入汽 缸，推动活塞上升；
向气缸喷水，关闭阀门，缸 内蒸汽被冷却变成水，产生 真空，活塞下降，抽水泵抽
汽 水。
车 系
三、蒸汽革命——蒸汽汽车时代
詹姆斯·瓦特： 瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。 1764年受命格拉斯哥大学教学用纽可门
此后，英国科学家对奥托四冲程内燃机进行改进 在一台内燃机中加上一个气缸——多缸机；
从而使输出的动力更均匀。
汽 车 系
五、汽油机汽车问世
1882年戴姆勒离开奥托公司
目的：把奥托发动机应用到交通工具上。
1883年，发明点火系统，在奥托四冲程
煤气机的基础上，研制出一台小型单缸
汽油机转速达700~900r/min；
解决措施：利用蒸汽具有“弹性” 特点，把汽缸和另 一个容器相连接，让蒸汽接入其中，就不需要一 再冷却汽缸，而浪费许多热量。
汽 同年设计一个与汽缸分离的冷凝器，并在汽缸外面
车 系
加绝热套汽缸保持在高温工作状态。
其特点：冷凝器与汽缸间用一个调节阀相连 二者既能连通又能分开。
这样，把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器， 又可以使缸内产生真空，避免汽缸在一冷一热过 程中热量损耗。
从1766年~1769年受他人赞助制出第一台样机。 同年，瓦特因发明冷凝器而获得在革新纽可门蒸
汽 汽机过程中的第一项专利。
车 系
第一个专利的问题
带冷凝器的蒸汽机虽试制成功，但相对纽可门蒸汽 机，除了热效率显著提高外，还是无法作为真正 的动力机械。
致命缺陷：活塞只能作往复直线运动。
1781年，在参加圆月学社活动过程中，受到天王星 以及由此引出的行星绕日圆周运动，或钟表中齿 轮的圆周运动的启发
四冲程理论的建立：
法国科学家德罗夏，立志要“站在瓦特肩膀上”，解 决这些问题。
对前人的研究成果进行深入分析后，找到问题的 症结：设计方案缺少提高效率的有效途径。
他认为高效率内燃机，必须具备两个必要条件： 第一，点火前要高压压缩过程； 第二，燃料必须迅速膨胀，达到最大膨胀比。
实现的具体方案：把活塞运动分成4个冲程，即
置获得第二个专利。
汽
车 系
直线运动旋转运动
第三项专利：
针对蒸汽机效率不高的原因：蒸汽单项运动； 即从一端进入、另一端出来。
方案措施：让蒸汽从两端进入和排出，就可以让蒸汽 即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动 效率就可以提高一倍。
1782年，试制出一种带有双
向装置的新汽缸
汽 车
获得第三项专利。
—还有发动机预热系统。
成为第一辆实用汽车之一。
汽 车
从此用小汽油机驱动车“马车的机械化”。
系
1885年，本茨购买了奥托内燃机的专利，把一个 四冲程内燃机装在一辆不太稳固的三轮车上，开 创现代汽车史。
后又将一台功率0.8马力，单缸2冲程小内燃机装 在一辆三轮车上，时速达到15公里。
汽 车 系
六、福特——汽车工业时代
亨利·福特：美国发明家和农民企业家 1892年由杜里埃兄弟研制出第一辆汽车美国 1896年福特制造出第一台汽车。 1903年创立福特汽车公司，生产A型车； 1908年推出举世闻名的T型车，其特点：
设计精良、坚固耐用， 维修简便； 汽 1910年创造生产流水线，
车
系 “世界生产方式历史性变革”，使汽车大众化。
当时车价比较：
欧尔德斯摩拜尔1901牌：650美元
凯蒂莱克 1903牌：750美元；
最初T型牌：875美元。
汽车工业史上的三次变革
亨利.福特与其儿子坐在他的T型畅销车内。
1914年美国福特汽车公司的汽车装配流水线带来了汽车工业 史上的第一次变革。
系
在改进纽可门蒸汽机过程中的三次飞跃—三个专 利，首次把引入汽缸的蒸汽由低压变为高压纽可 门蒸汽机瓦特蒸汽动力装置。
1784年以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的 高压蒸汽机综合组装，取得第四项专利；
1788年，又发明离心调速器和节气阀；
1790年，发明汽缸示功器。
汽 至此完成了蒸汽机发明的全过程蒸汽动力装置。
变为汽缸；把风箱中的活塞变为汽缸中的活塞。
实验：先将汽缸底部注入少量水，加热。当汽缸内 的水沸腾后，蒸汽推动活塞慢慢上升；然后，从汽
汽 缸底部抽掉火，汽缸内蒸汽慢慢冷凝汽缸内产生
车
系 真空，在大气压力推动下，活塞慢慢下降。
结论：
利用蒸汽压力、大气压力、真空的相互作用， 可以推动汽缸内活塞作往返直线运动。
目的—在发动机气缸里实现烟囱冒烟 现象。
手段—用透明气缸和手动活塞以及侧 式进排气管模型，将香烟的烟放入 进气阀反复观察
结果：研究出空气与煤气的添加混
汽 车
合方法
系
巧合？本田稀燃技术 1983
同时，1858年法国人里诺发明了燃气机： 用煤气和空气的混合气取代蒸汽机的蒸汽；
用电池和感应线圈产生电火花点燃混合气。 此煤气机: 有气缸、活塞、连杆、飞轮等。是内燃
这种运动所产生的机械动力可以带动其他机械 运动。
发明带有活塞的蒸汽泵后，考虑到蒸汽压力大
可能会使汽缸爆炸，于1680年发明了安全阀。
汽
第一台可以把热能转变为机械能的实验型蒸
车 系
汽泵，于1680年在英国试验成功。
第二次技术突破：英国机械工程师赛维利 （T.Savery 1650-1715）。
发动机的修理工作。 故障诊断
在修理纽可门蒸汽机中，发现其两大缺点： 燃料消耗量大而效率低 只能作往复直线运动。 汽 因此，除了用于矿井抽水之外，无其他用途，浪费 车 蒸气达八成以上。
系
第一个专利：
启蒙：1765年的春天，针对纽可门蒸汽机热效率低 的原因是蒸汽在缸内冷凝造成的能否让蒸汽在 缸外冷凝产生采用分离冷凝器的初步设想。
第三次技术革新：托马斯·纽可门（Thomas Newcomen）针对赛维利蒸汽泵两大缺点改进:
缺点一：热效率太低。
改进措施：冷却水不直接进入汽缸，而是通过一
个细小龙头向汽缸内喷水冷却。
缺点二：只是一种抽水泵，不输出动力。
ห้องสมุดไป่ตู้
改进措施：引入活塞装置。靠蒸汽压力、大气压
力和真空度的相互作用推动活塞作往复式机械运
汽 车
想到把活塞往复直线运动变为旋转运动就
系
可以使动力传给任何工作机械。
同年，研制出一套“太阳和行星”齿轮联动装置； 活塞的直线运动转变为齿轮的旋转运动； 为使轮轴圆周运动更加均匀，安装一个飞轮。
这一机构的重大革新，瓦特蒸汽机才真正成为动 力机械。
1781年底，以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装
功率1.1马力，空气冷却
奥托发动机最大转速180~200r/min。
汽 1885年，将这台小汽油机装在一辆
车 系
自行车上，制造出第一台摩托车。
1886年将小汽油机和转向器装在一辆四轮车上。
该车气缸总排量为469cm3，时速达到了16公里。
这辆车的性能：
—有风扇冷却；
—内燃机下垫着减振橡胶块；
汽 这些重大的实验成果为早期蒸汽动力技术的 车 开发奠定了牢固的科学实验基础。
系
二、蒸汽机发明——三次技术革新
第一次技术创新：法国物理学家工程师巴本（Denis Papin 1647-1712），最先应用蒸汽动力技术。
从火药发动机演变到蒸汽机; 将当时欧洲炼铁场广泛使用的活塞式风箱将箱
汽 车
进气—压缩—点火燃烧膨胀做功—排气。
系
他虽建立四冲程理论，但未能制造出!
德国商人奥托一直关注内燃机研制情况。 从蒸汽机的广泛应用中， 看到内燃机的发展前途； 从德罗夏的理论设计中看到希望。 奥托对德罗夏方案，反复研读，深刻领会其设计
思想；并全心投入内燃机的研制工作。
汽 车 系
奥托的实验：
设计依据：基于包尔塔的蒸汽力原理，其蒸汽泵 主要由汽缸与锅炉组成。
特点：汽缸中未采用活塞，只是在其中接有吸水管、 排水管和进汽管。——与巴本汽缸不同点
原理：蒸汽从锅炉经汽管进入汽缸后被冷却时所造
成的真空把矿井中的水从吸水管中吸进来再
汽 将蒸汽注入汽缸，由进入汽缸的蒸汽压力把水从
车 系
排水管中排出。
塞纳河
赫更斯的内燃机草图:
自方案问世后，经12年后的 1685年，用14台直径12m的水 车完成，并满足凡尔赛宫一天 3000m3的用水要求。
1509年，意大利人雷欧那德.
达芬奇绘出类似的火药发动
汽 车
机草图，但没有试制。
系
当时科学背景： 十六世纪末和十七世纪初的三大实验：
英国包尔塔的蒸汽压力实验； 托里拆利和巴斯噶的大气压力实验； 那末格里凯的真空作用实验。
机的初级产品，但压缩比为零。
奥托受里诺煤气机启发，认为如果用液体燃料，其 用途将更为拓宽，为此设计了汽化器。
1862年2月，奥托制造出一台四冲程样机。
汽
车 1863年获得专利，并建立“奥托公司”。
系
1876年，又设计出一种改进型点火系统，同年5 月研制出第一台四冲程内燃机，翌年获得专利权 实现四冲程理论奥托循环。
发动机原理
汽车工程系
第一章 绪论 —内燃机的发展史
从内燃机草图蒸汽机发明汽车的发展内燃机
一、内燃机概念的形成——赫更斯的草图
产生于1673年，赫更斯在凡尔赛宫用水过程中借 助动力来代替体力劳动过程中的构想。
赫更斯：荷兰物理学家
负责庭院里的树木浇水
和喷水池的喷水
从塞纳河提水。
汽 车 系
凡尔赛宫
车
系
迎来蒸汽革命
四、奥托循环
瓦特蒸汽机存在的问题： 蒸汽机体积庞大，热效率低。
根源 途径
要克服这一缺点，必须解决锅炉与汽缸分离的 问题使锅炉与汽缸合二为一。
前期探索工作：如
利用燃烧烟气冷却后产生的真空来抽水；
汽 利用火药在汽缸内爆炸时产生的压力来驱动活塞；
车 系
用氢气和空气的混合燃料来推动活塞。
第二次变革发生在20世纪50年代。拆除当时欧洲内部的关税 壁垒，使欧洲市场空前繁荣，有力地推动了汽车制造工业的
汽 发展。 车 20世纪60年代末，日本汽车工业创奇迹，生产物美价廉汽 系 车，使得世界汽车工业发生第三次变革。
动对外输出功蒸汽机。
汽 车
1712年纽可门蒸汽机问世。
系
纽可门蒸汽机原型：
将气缸和活塞置于锅上部；
加热锅产生的蒸汽导入汽 缸，推动活塞上升；
向气缸喷水，关闭阀门，缸 内蒸汽被冷却变成水，产生 真空，活塞下降，抽水泵抽
汽 水。
车 系
三、蒸汽革命——蒸汽汽车时代
詹姆斯·瓦特： 瓦特掌管格拉斯哥大学实验教具的机械员。 1764年受命格拉斯哥大学教学用纽可门
此后，英国科学家对奥托四冲程内燃机进行改进 在一台内燃机中加上一个气缸——多缸机；
从而使输出的动力更均匀。
汽 车 系
五、汽油机汽车问世
1882年戴姆勒离开奥托公司
目的：把奥托发动机应用到交通工具上。
1883年，发明点火系统，在奥托四冲程
煤气机的基础上，研制出一台小型单缸
汽油机转速达700~900r/min；
解决措施：利用蒸汽具有“弹性” 特点，把汽缸和另 一个容器相连接，让蒸汽接入其中，就不需要一 再冷却汽缸，而浪费许多热量。
汽 同年设计一个与汽缸分离的冷凝器，并在汽缸外面
车 系
加绝热套汽缸保持在高温工作状态。
其特点：冷凝器与汽缸间用一个调节阀相连 二者既能连通又能分开。
这样，把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器， 又可以使缸内产生真空，避免汽缸在一冷一热过 程中热量损耗。
从1766年~1769年受他人赞助制出第一台样机。 同年，瓦特因发明冷凝器而获得在革新纽可门蒸
汽 汽机过程中的第一项专利。
车 系
第一个专利的问题
带冷凝器的蒸汽机虽试制成功，但相对纽可门蒸汽 机，除了热效率显著提高外，还是无法作为真正 的动力机械。
致命缺陷：活塞只能作往复直线运动。
1781年，在参加圆月学社活动过程中，受到天王星 以及由此引出的行星绕日圆周运动，或钟表中齿 轮的圆周运动的启发
四冲程理论的建立：
法国科学家德罗夏，立志要“站在瓦特肩膀上”，解 决这些问题。
对前人的研究成果进行深入分析后，找到问题的 症结：设计方案缺少提高效率的有效途径。
他认为高效率内燃机，必须具备两个必要条件： 第一，点火前要高压压缩过程； 第二，燃料必须迅速膨胀，达到最大膨胀比。
实现的具体方案：把活塞运动分成4个冲程，即
置获得第二个专利。
汽
车 系
直线运动旋转运动
第三项专利：
针对蒸汽机效率不高的原因：蒸汽单项运动； 即从一端进入、另一端出来。
方案措施：让蒸汽从两端进入和排出，就可以让蒸汽 即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动 效率就可以提高一倍。
1782年，试制出一种带有双
向装置的新汽缸
汽 车
获得第三项专利。
—还有发动机预热系统。
成为第一辆实用汽车之一。
汽 车
从此用小汽油机驱动车“马车的机械化”。
系
1885年，本茨购买了奥托内燃机的专利，把一个 四冲程内燃机装在一辆不太稳固的三轮车上，开 创现代汽车史。
后又将一台功率0.8马力，单缸2冲程小内燃机装 在一辆三轮车上，时速达到15公里。
汽 车 系
六、福特——汽车工业时代
亨利·福特：美国发明家和农民企业家 1892年由杜里埃兄弟研制出第一辆汽车美国 1896年福特制造出第一台汽车。 1903年创立福特汽车公司，生产A型车； 1908年推出举世闻名的T型车，其特点：
设计精良、坚固耐用， 维修简便； 汽 1910年创造生产流水线，
车
系 “世界生产方式历史性变革”，使汽车大众化。
当时车价比较：
欧尔德斯摩拜尔1901牌：650美元
凯蒂莱克 1903牌：750美元；
最初T型牌：875美元。
汽车工业史上的三次变革
亨利.福特与其儿子坐在他的T型畅销车内。
1914年美国福特汽车公司的汽车装配流水线带来了汽车工业 史上的第一次变革。
系
在改进纽可门蒸汽机过程中的三次飞跃—三个专 利，首次把引入汽缸的蒸汽由低压变为高压纽可 门蒸汽机瓦特蒸汽动力装置。
1784年以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的 高压蒸汽机综合组装，取得第四项专利；
1788年，又发明离心调速器和节气阀；
1790年，发明汽缸示功器。
汽 至此完成了蒸汽机发明的全过程蒸汽动力装置。
变为汽缸；把风箱中的活塞变为汽缸中的活塞。
实验：先将汽缸底部注入少量水，加热。当汽缸内 的水沸腾后，蒸汽推动活塞慢慢上升；然后，从汽
汽 缸底部抽掉火，汽缸内蒸汽慢慢冷凝汽缸内产生
车
系 真空，在大气压力推动下，活塞慢慢下降。
结论：
利用蒸汽压力、大气压力、真空的相互作用， 可以推动汽缸内活塞作往返直线运动。
目的—在发动机气缸里实现烟囱冒烟 现象。
手段—用透明气缸和手动活塞以及侧 式进排气管模型，将香烟的烟放入 进气阀反复观察
结果：研究出空气与煤气的添加混
汽 车
合方法
系
巧合？本田稀燃技术 1983
同时，1858年法国人里诺发明了燃气机： 用煤气和空气的混合气取代蒸汽机的蒸汽；
用电池和感应线圈产生电火花点燃混合气。 此煤气机: 有气缸、活塞、连杆、飞轮等。是内燃
这种运动所产生的机械动力可以带动其他机械 运动。
发明带有活塞的蒸汽泵后，考虑到蒸汽压力大
可能会使汽缸爆炸，于1680年发明了安全阀。
汽
第一台可以把热能转变为机械能的实验型蒸
车 系
汽泵，于1680年在英国试验成功。
第二次技术突破：英国机械工程师赛维利 （T.Savery 1650-1715）。
发动机的修理工作。 故障诊断
在修理纽可门蒸汽机中，发现其两大缺点： 燃料消耗量大而效率低 只能作往复直线运动。 汽 因此，除了用于矿井抽水之外，无其他用途，浪费 车 蒸气达八成以上。
系
第一个专利：
启蒙：1765年的春天，针对纽可门蒸汽机热效率低 的原因是蒸汽在缸内冷凝造成的能否让蒸汽在 缸外冷凝产生采用分离冷凝器的初步设想。
第三次技术革新：托马斯·纽可门（Thomas Newcomen）针对赛维利蒸汽泵两大缺点改进:
缺点一：热效率太低。
改进措施：冷却水不直接进入汽缸，而是通过一
个细小龙头向汽缸内喷水冷却。
缺点二：只是一种抽水泵，不输出动力。
ห้องสมุดไป่ตู้
改进措施：引入活塞装置。靠蒸汽压力、大气压
力和真空度的相互作用推动活塞作往复式机械运
汽 车
想到把活塞往复直线运动变为旋转运动就
系
可以使动力传给任何工作机械。
同年，研制出一套“太阳和行星”齿轮联动装置； 活塞的直线运动转变为齿轮的旋转运动； 为使轮轴圆周运动更加均匀，安装一个飞轮。
这一机构的重大革新，瓦特蒸汽机才真正成为动 力机械。
1781年底，以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装
功率1.1马力，空气冷却
奥托发动机最大转速180~200r/min。
汽 1885年，将这台小汽油机装在一辆
车 系
自行车上，制造出第一台摩托车。
1886年将小汽油机和转向器装在一辆四轮车上。
该车气缸总排量为469cm3，时速达到了16公里。
这辆车的性能：
—有风扇冷却；
—内燃机下垫着减振橡胶块；