汽车动力装置发展史

汽车对人类的影响——动力技术姓名：冯雷专业：环境工程学号：120193475 摘要：汽车是当今必不可少的交通工具，它方便了人们的生活，推动了社会的发展，自英国的第一次工业革命以来，汽车的发展无非是工业发展史上重要的一环。

谈起汽车，每个人都能说出很多，其中最能让人感兴趣的就是汽车的品牌、种类、性能、价位，关于汽车的起源、发展历史、汽车技术，知道的很少，这篇沦文就给大家探讨一下有关这方面的话题，主要讲汽车的动力技术及对汽车发展的重要作用。

主体：发动机是汽车的动力装置，称之为汽车的心脏，它的发展强有力的推动了汽车的发展，蒸汽机的发展、电池和电动机的发展、到内燃机的发展，引导着汽车发展的方向。

蒸汽机与蒸汽机车1688年，法国物理学家德尼斯·帕潘，曾用一个圆筒和活塞制造出第一台简单的蒸汽机。

但是，帕潘的发明没有实际运用到工业生产上。

十年后，英国人托易斯·塞维利发明了蒸汽抽水机，主要用于矿井抽水。

1705年，英国人托马斯·纽科门经过长期研究，综合帕潘和塞维利发明的优点，创造了空气蒸汽机。

1712年，他发明了第一台蒸汽机，被称为纽科门蒸汽机；1763年，瓦特对纽科门蒸汽机进行了改进，1769年，瓦特与博尔顿合作，发明了装有冷凝器的蒸汽机，1774年11月，他俩又合作制造了真正意义的蒸汽机。

蒸汽机是将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械。

蒸汽机的工作原理如图所示，蒸汽从蒸汽锅炉经蒸汽管路和蒸汽分配装置(滑阀室)进入汽缸、汽缸内的活塞在蒸汽压力作用下按次序地自一端到另一端作往复运动。

当活塞的一面在进汽时，废汽从活塞的另一面排出。

活塞借活塞杆与连杆的一端相连接。

连杆的另一端与曲柄轴相迎接，蒸汽分配装置(滑阀)是由安装在蒸汽机曲柄轴上的偏心轮来带动的。

当活塞在蒸汽压力作用下向右移动时，滑阀向左移动；当活塞向左移动时，滑阀则向右移动。

纽科门的蒸汽机将蒸汽引入气缸后阀门被关闭，然后冷水被撒入汽缸，蒸汽凝结时造成真空。

活塞另一面的空气压力推动活塞。

这种蒸汽机耗煤量大，效率低。

瓦特蒸汽机在纽科门蒸汽机的基础上，发明了分离式冷凝器、汽缸外设置绝热层、用油润滑活塞、行星式齿轮、平行运动连杆机构、离心式调速器、节气阀、压力计等等，使蒸汽机的效率提高到原来纽科门机的3倍多，最终发明出了现代意义上的蒸汽机。

在蒸汽机被发明出来以后，很快它被用到了车上。

1969年-1971年，法国的炮兵工程师尼古拉斯·古诺发明了第一辆使用蒸汽机的机车，时速可达9.5千米，牵引4-5吨的货物。

古诺发明的蒸汽机车可以说是汽车发展史上的里程碑，具有划时代的历史意义。

1804年，脱威迪克设计并制造了一辆蒸汽汽车。

1808年，英国人理查德·特拉唯西克发明了铁路蒸汽机车。

1825年，英国人哥而斯瓦底·嘉内制造了一辆蒸汽公共汽车，18座，车速为19km 1时，开始了世界上最早的公共汽车运营。

1831年，美国的史沃奇·古勒将一台蒸汽汽车投入运输，相距15km 格斯特和切罗腾哈姆之间便出现了有规律的运输服务。

蒸汽机的发展推动了蒸汽机车的发展，这是汽车发展史上最重要的一个阶段。

电与电动汽车尽管在瓦特蒸汽机之后，蒸汽机又得到了不断的改进和完善，但有些缺陷是无法解决的，比如噪音大、耗煤、体积大、动力不稳定等，这就阻碍了蒸汽汽车的发展。

这就使得人们不得不去寻找新的动力技术，而在当时，电已被发现，只是怎样产生电，怎样利用电，怎样去储存电，还没有得到解决。

1831年，法拉第发现了电磁感应。

1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机，1866年，德国的西门子发明了自励式直流发电机。

1869年，比利时的格拉姆制成了环形电枢，发明了环形电枢发电机。

这种发电机是用水力来转动发电机转子的，经过反复改进，于1847年得到了3。

2KW的输出功率。

1882年，美国的戈登制造出了输出功率447KW，高3米，重22吨的两相式巨型发电机。

1800年，伏打受到伽伐尼青蛙实验的启发而发明了电池，即两种不同的金属中间以导电的物质隔开，再以导线连结，就会产生电流。

他用铜、锡、食盐水为材料成功地制造了伏打电池。

1836年，英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良，制造了“丹尼尔电池”。

1860年，法国的普朗泰发明出用铅做电极的“蓄电池”。

1860年，法国的雷克兰士还发明了世界广受使用的电池（碳锌电池）的前身，称为“湿电池”。

1820年4月，奥斯特发现了电流对磁针的作用，即电流的磁效应。

1821年，奥斯特根据他的发现，制造了一台简易装置，在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。

事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。

在不到半个世纪的时间里，发电机、蓄电池、电动机相继被发明出来，这些都是一个电动汽车必备的装置，有了这些东西，电动汽车就有条件被造出来。

1873年英国戴维森制造的四轮卡车被称为最早的电动汽车，19世纪80年代，在法国已制造了多辆名副其实的电动汽车。

在美国，爱迪生和福特都对电动汽车的开发作出了很大贡献。

后来，电动汽车有了较快的发展，于1898年创立的哥伦比亚电气公司当时曾生产了500辆电动汽车。

在以后的20年间，电动汽车与蒸汽汽车展开了激烈的竞争。

内燃机与内燃机车蒸汽机车有其致命的缺陷，电动汽车也不例外，如电池的容量小、充电不方便、功率小等，这就使得它们都要让位于后起的，优于它们动力装置的内燃机汽车。

尼科劳斯.奥古斯特.奥托德国工程师，是内燃机技术奠基人。

1861年受法国勒努瓦发明的启发开始研究发动机。

1866年提出四冲程内燃机的“奥托循环”理论。

1872年建立滋道依茨发动机制造公司。

1878年展出了第一台实用的四冲程内燃机。

1885年，奥托宣布放弃自己所获得的四冲程发动机专利，任何人都可根据需要随意制作。

四冲程发动机的结构如图所示，1—油底壳2—机油3—曲轴4—曲轴同步带轮5—同步带6—曲轴箱7—连杆8—活塞9—水套10—汽缸11—汽缸盖12—排气管13—凸轮轴同步带轮14—摇臂15—排气门16—凸轮轴17—高压线18—分电器19—空气滤清器20—化油器21—进气管22—点火开关23—点火线圈24—火花塞25—进气门26—蓄电池27—飞轮28—启动机四冲程发动机的工作原理包括四个工作循环，分别为进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程。

以汽油机为例，汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气，在进气行程被吸入汽缸，混合气经压缩行程点火燃烧而产生热能，高温高压的气体作用于活塞顶部，推动活塞向上做直线运动，通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能完成做功行程，排气门开启，燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出，另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气，此为排气冲程。

有了四冲程发动机，内燃机汽车的出现就没有悬念了。

1885年，德国人卡尔•本茨一个内燃机和加速器安装在一辆三轮马车上。

1886年1月29日德国曼海姆专利局批准卡尔•本茨为其在1885年研制成功的轮汽车申请的专利，这一天被大多数人称为现代汽车诞生日。

随着内燃机的发明和被运用到去汽车上，许多汽车公司像雨后春笋般建立起来，在20世纪前期，最具影响力的有美国的通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒公司，日本的丰田、本田、日产汽车公司，德国的大众、宝马汽车公司，法国的标致汽车公司，意大利的菲亚特汽车公司。

特别是福特创造了世界上第一条汽车流水生产线，加快了汽车的生产速度，降低了成本，把汽车这一原来只有贵族才消费起的产品送到了平常百姓家。

随着生活水平的提高，人们对汽车的要求越来越高，特别是汽车的发动机，内燃机发动机的局限性主要在这几个性能指标：功率、热功率、比功率、油耗、质量、燃料，这直接影响到汽车的速度、使用成本和舒适性，人们对内燃机的改进也主要集中在这几个性能指标上。

首先出现的是煤气内燃机，它虽然必蒸汽机有更大的优越性，但在社会化大生产情况下,仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。

因为它以煤气为燃料,需要庞大的煤气发生炉和管道系统。

而且煤气的热值低(约 1.75×107～2.09×107J/m3),故煤气机转速慢,比功率小。

然后是汽油机跟柴油机，它俩并肩发展，经历过很多个阶段，时至今日，电子技术的出现及在内燃机上的运用，使得内燃机在各项性能指标上都达到极致，无法再有较大的提高。

随后又出现了一些内燃机，主要有转动式内燃机、燃气轮机、转子发动机，但这些发动机都曾在一些不足，这些不足阻碍了它们的推广。

内燃机的发展没有最后，如今21世纪环境问题突出、资源缺乏，人们对内燃机的排污和燃料的利用率有更高的要求，以后内燃机的发展将会集中于内燃机制造技术、内燃机材料技术、内燃机代用燃料、内燃机电子控制技术、内燃机增压技术上。

当代的内燃机动力技术已经很高了，这样的内燃机装在汽车上，使汽车的质量越来越轻，速度越来越快。

如图是宝马X1 xDrive28i 搭载了代号为N52B30的直列六缸自然吸气发动机，该发动机是宝马旗下非常经典的一款机型，2004年首次装备于宝马630Ci上。

曾多次被评为全球十佳发动机。

N52B30在6600转时可以达到最大功率190千瓦(258匹)，当转速达到2500转时即可输出最大扭矩300牛.米。

该发动机采用全铝材质制成，并配有DoubleV ANOS双可变气门正时系统以及Valvetronic连续可变气门升程技术，其中连续可变气门升程技术目前只有少数厂家可以做到。

除了上述两项技术之外，N52B30最大的技术特点是采用了镁铝合金制成的缸盖，这是发动机生产商首次尝试使用这种材质，其效果就是在保证耐用度和牢固性的同时，将发动机重量大幅降低，直列六缸的N52仅重160kg，比同类型发动机都要轻。

而更轻的发动机重量不仅意味着更高的燃油经济型，更重要的是它可以让整车的前后配重比例更加合理，从而达到提升操控性能的目的。

新型电动汽车虽然发动机越来越好，但其热效率还是无法得到提高，最大不超过30%，现在汽车越来越多，汽车所排废气已成为大气污染的主要污染源，怎样解决汽车污染和能耗问题是当今世界所面临的共同难题。

在这样的背景下，曾一度消亡的电动汽车再一次走进了人们的视野，对电动汽车来说，限制其发展的主要原因有：1、续驶路程短，电动车一次充电后的续驶里程一般在100-200公里，而一般燃油车在加满油后的续驶里程都在400公里以上；2、加速性能差，一般燃油车的加速性能从0-50km/h的时间，都在8s以内，而电动车多数要超过10s；3、最高车速低，通常燃油车的最高时速在150km/h以上，而电动车只在100km/h以内；4、价格高，目前电动车的造价都超过燃油车的1~2倍；5、服务网点未建立，一般燃油车服务网点（加油站、零部件销售）已经社会化了，而电动车所需服务还未建立和健全。