淺述內燃機發(fā)展史及未來趨勢

練紅剛

摘 要 內燃機的發(fā)明，為人們交通工具的轉變提供了不可或缺的基礎，交通運輸行業(yè)的飛速發(fā)展又為內燃機的改進指明了方向。本文通過對內燃機發(fā)展過程的回顧，提出未來內燃機的發(fā)展方向。

關鍵詞 內燃機;發(fā)展史;未來趨勢

內燃機是一種動力機械，應用領域較多，已經成為動力輸出的首要選擇。內燃機的發(fā)展為社會經濟的發(fā)展提供了源源不斷的動力，但同時也帶來了環(huán)境的污染，我們應堅持內燃機動力輸出地位不動搖，大力推動內燃機新技術的創(chuàng)新，研發(fā)新型環(huán)保能源，堅持走可持續(xù)發(fā)展道路。

1 內燃機的發(fā)展史

1.1 往復式內燃機

（1）煤氣機。1860年，法國發(fā)明家萊諾發(fā)明了第一臺實用內燃機。在此基礎上，1876年，法國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，德國人奧托制成了第一臺四沖程往復活塞式內燃機。在社會化大生產狀況下，雖然煤氣機較之蒸汽機擁有很大的優(yōu)勢，但還是無法滿足交通運輸?shù)目焖?、輕便的要求。

（2）汽油機。19世紀下半葉，石油工業(yè)的興起，燃料由煤氣轉換為石油，汽油機的概念提上日程。1883年，邁巴赫同戴姆勒制成了第一臺往復式汽油機。這臺汽油機功率高、效率高、轉速快、體積小等特點，適合用于為交通工具提供動力。20世紀以來，汽油機已經廣泛應用于交通運輸行業(yè)，汽油機技術的革新，解決了汽油機的爆震燃燒問題。

（3）柴油機。1892年，德國迪塞爾博士發(fā)明壓縮點火內燃機，1897年，世界上第一臺壓縮點火內燃機出世，也就是柴油機[1]。相比汽油機，柴油機自身的高壓縮比占據(jù)一定優(yōu)勢。首先，柴油的價格相對汽油較為便宜;其次，柴油機是目前熱效率最高的內燃機;最后，柴油機使用壽命較長。

1.2 轉動式內燃機

（1）燃氣輪機。1873年，布拉頓發(fā)明了一種定壓燃燒的發(fā)動機。但由于條件限制，熱效率未能得到有效發(fā)展。20世紀30年代空氣動力學的出現(xiàn)、耐高溫合金材料的發(fā)明以及冷卻系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，為燃氣輪機進入實際運用打好了基礎。燃氣輪機相比往復式內燃機而言，規(guī)避了汽油機的爆震現(xiàn)象，也很少受到摩擦損失，結構簡單，體積小，較少發(fā)生故障。

（2）旋轉活塞式發(fā)動機。為避免往復式發(fā)動機的復雜性，技術人員曾多次提出新的創(chuàng)新設計，但大多因為設計的結構較為復雜，無法解決氣缸密封難題而失敗。1954年，德國人汪克爾經過不懈努力，突破氣缸密封難題，發(fā)明三角旋轉活塞轉子發(fā)動機，轉子每旋轉一圈可以完成一次四沖程循環(huán)。1962年，三角轉子發(fā)動機利用到船舶上，到了80年代，啟用于汽車引擎。

2 內燃機快速增長帶來的危害

隨著經濟技術的發(fā)展，民眾的消費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，但同時以化學石油燃料為主的車用傳統(tǒng)內燃機也帶來了資源的損耗和民眾生活環(huán)境的污染[2]。

環(huán)境問題已經成為世界性的難題，這其中就與內燃機的普及有著密切的聯(lián)系。汽車數(shù)量增加，汽車尾氣排放已經是影響城市空氣污染的罪魁禍首，引起社會的一致關注，環(huán)保壓力倍增。為了順應時代的發(fā)展，內燃機行業(yè)必須做出新的創(chuàng)新，從傳統(tǒng)產業(yè)向高新技術轉型，開發(fā)新型環(huán)保能源，減小內燃機帶來的危害。

3 內燃機的發(fā)展趨勢

未來幾年是內燃機技術的重要發(fā)展階段，是內燃機行業(yè)的轉型時期。隨著燃油技術和內燃機技術的提高，能源利用效率增加。同時，代用燃料也得到了很大進步，發(fā)展中小型內燃機的渦輪增加技術，必然會在節(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 提高內燃機制造技術

近年來，國外開發(fā)了數(shù)十種先進的內燃機，資源的傾斜換來了巨大的收益，內燃機制造技術的進步體現(xiàn)在氣動熱力學、燃燒、材料、工藝等各個方面。為了提升內燃機制造技術，應學習西方先進的制造經驗，加大科技投入、資源傾斜，堅持自主創(chuàng)新，改進內燃機制造工藝，開發(fā)新材料，提升燃油利用率。

3.2 新燃料的應用

在全球氣候變暖環(huán)境下，內燃機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、儲存不便，至今沒有形成產業(yè)化。于是技術人員開始轉向生物質能源和燃料的開發(fā)。生物質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，只需要對內燃機材質做一些小小的改動就可以實現(xiàn)。希望可以通過新燃料的應用，解決世界環(huán)境資源危機。

3.3 發(fā)展中小型內燃機的渦輪增壓技術

20世紀中期，內燃機渦輪增壓技術得到了廣泛應用，通過渦輪增壓技術，可以提升內燃機近三倍的功率。但是由于技術原因，導致渦輪增壓技術大都應用在大型內燃機上，只有少部分應用在中小型內燃機上。

現(xiàn)如今，發(fā)展中小型內燃機的渦輪增壓技術是內燃機發(fā)展的主要方向[3]。先進的渦輪增壓技術可以提高進氣系統(tǒng)的響應特性，提升內燃機的大負荷效率，提高低速轉矩特性，提高內燃機的功率密度。

3.4 提高內燃機工作效率

提升燃油經濟性，提升內燃機的熱效率是現(xiàn)今內燃機技術發(fā)展的重點。想要達成這一目標，首先需要考慮內燃機耗能的方面，降低終端負荷;其次需要改進驅動系統(tǒng)，降低摩擦損耗;然后改善進排氣系統(tǒng)，降低排量;最后改進傳動系統(tǒng)，降低能量損耗。內燃機工作效率的提高，將會擁有低排放、低油耗等特點，在石油資源危機的現(xiàn)代，提升燃油經濟性，提高內燃機工作效率無疑為內燃機技術的革新提供了有力的支持。

4 結束語

在相當長的時間內，內燃機依然是交通工具的主要動力來源。在環(huán)境污染、能源危機的威逼下，可再生環(huán)保燃料的研發(fā)以及內燃機技術的革新，已經成為內燃機技術發(fā)展的未來趨勢，應積極鼓勵內燃機技術的革新和新型環(huán)保燃料的研發(fā)，為內燃機技術的革新提供物質基礎。

參考文獻

[1] 詹樟松.內燃機技術的發(fā)展過程和趨勢[J].內燃機，1999，（05）：3-7.

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

[3] 蘇萬華，張眾杰，劉瑞林，等.車用內燃機技術發(fā)展趨勢[J].中國工程科學，2018，20（01）：97-103.