动力机发展史课件

目录外燃机内燃机新技术应用动力机发展史外燃机纽科门蒸汽机瓦特蒸汽机斯特林发动机热气机蒸汽轮机返回目录动力机发展史纽科门蒸汽机纽科门机器的压强不受限于蒸汽压强，当蒸汽凝结，在汽缸里形成真空时，则由大气压强将活塞推下。有记载的第一台纽科门蒸汽机是1712年在斯塔福德郡的达德利堡附近安装的。为了在汽缸里造成真空，纽科门发明了内凝喷嘴和自动阀动装置。利用相当于大气压的蒸汽，他保持材料在其工作极限以内。返回章节动力机发展史纽科门蒸汽机工作原理返回章节动力机发展史单流蒸汽机返回章节动力机发展史纽科门双动蒸汽机返回章节动力机发展史瓦特蒸汽机瓦特运用科学理论，逐渐发现了这种纽科门蒸汽机的毛病所在。从1765年到1790年，他进行了一系列发明，比如分离式冷凝器、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。第一个巨大的改善是将气缸与凝结缸通过一个阀门分开。瓦特在伯明翰发明了这个改进。这个改进提高了蒸汽机的效率。下一个改进是将阀门的操作自动化。一天，他一边喝茶，一边看着那一动一动的壶盖。他看看炉子上的壶又看看手中的杯子，突然灵感来了：茶水要凉，倒在杯里；蒸汽要冷，何不也把它从汽缸里也“倒”出来呢？这样想着，瓦特立即设计了一个和汽缸分开的冷凝器，这下热效率提高了三倍，用的煤只有原来的四分之一。这关键的地方一突破，瓦特顿然觉得前程光明。他又到大学里向布莱克教授请教了一些理论问题，教授又介绍他认识了发明镗床的威尔金技师，这位技师立即用镗炮筒的方法制了汽缸和活塞，解决了那个最头疼的漏气问题。返回章节动力机发展史瓦特蒸汽机1784年，瓦特的蒸汽机已装上曲轴、飞轮，活塞可以靠从两边进来的蒸汽连续推动，再不用人力去调节活门，世界上第一台真正的蒸汽机诞生了。返回章节动力机发展史瓦特蒸汽机在蒸汽机车中，十字头通常与传动杆相连，从那里连到联杆，由联杆驱动机车的轮子。结构通常如下所示：在这个示意图中，十字头与传动杆连接，而传动杆则与火车的三个驱动轮中的一个连接。这三个轮子通过联杆连接在一起，所以它们同步转动。锅炉返回章节动力机发展史斯特林发动机外燃机是一种外燃的闭式循环往复活塞式热力发动机，有别于依靠燃料在发动机内部燃烧获得动力的内燃机。新型外燃机使用氢气作为工质，在四个封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。配气活塞式热气机返回章节动力机发展史斯特林发动机斯特林发动机是独特的热机，因为他们理论上的效率几乎等于理论最大效率，称为卡诺循环效率。斯特林发动机是通过气体受热膨胀、遇冷压缩而产生动力的。这是一种外燃发动机，使燃料连续地燃烧，蒸发的膨胀氢气（或氦）作为动力气体使活塞运动，膨胀气体在冷气室冷却，反复地进行这样的循环过程。返回章节动力机发展史斯特林发动机双作用式热气机返回章节动力机发展史斯特林发动机双缸V型曲柄连杆斯特林发动机模型，模型有一个热气缸与一个冷气缸（为剖面表示），两气缸的轴线相互垂直。热气缸通过加热器、回热器、冷却器与冷气缸连通，连通回路的容积（流通容积）要尽量小，两气缸内充满工质（一般为氦气、氢气、氮气或空气），工质不会泄漏。加热器、冷却器对流过的工质要有最小的阻力与很好的导热性，回热器有较大的热容量有最小的阻力与很好的导热性。加热器有加热源对通过的工质进行加热，冷却器有冷却源吸收通过工质的热量，加热源由炉火表示，冷却源用风扇表示。返回章节动力机发展史热气机示意图返回章节动力机发展史热气机示意图返回章节动力机发展史优点与内燃机比较热气机所具备的优点：适用于各种能源，无论是液态的、气态的或固态的燃料，当采用载热系统(如热管)间接加热时，几乎可以使用任何高温热源(太阳能放射性同位素和核反应等)，而发动机本身(除加热器外)不需要作任何更改。同时热气机无需压缩机增压，使用一般风机即可满足要求，并允许燃料具有较高的杂质含量。热气机在运行时，由于燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，独立于燃气的工质通过加热器吸热，并按斯特林循环对外做功，因此避免了类似内燃机的爆震做功和间歇燃烧过程，从而实现了高效、低噪和低排放运行。高效：总能效率达到80%以上；低噪：1米处裸机噪音底于68dBA；低排放：尾气排放达到欧5标准。热气机单机容量小，机组容量从20－50kw，可以因地制宜的增减系统容量。结构简单，零件数比内燃机少40%，降价空间大，同时维护成本也较低。缺点热气机尚存在的主要问题和缺点是制造成本较高，工质密封技术较难，密封件的可靠性和寿命还存在问题，功率调节控制系统较复杂，机器较为笨重。热气机的优缺点返回章节动力机发展史蒸汽轮机汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转式动力机械。又称蒸汽透平。主要用作发电用的原动机，也可直接驱动各种泵、风机、压缩机和船舶螺旋桨等。还可以利用汽轮机的排汽或中间抽汽满足生产和生活上的供热需要。汽轮机按照工作原理分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机。——冲动式汽轮机蒸汽主要在静叶中膨胀，在动叶中只有少量的膨胀。——反动式汽轮机蒸汽在静叶和动叶中膨胀，而且膨胀程度相同。汽轮机按照蒸汽参数（压力和温度）分为：——低压汽轮机：主蒸汽压力小于1.47Mpa；——中压汽轮机：主蒸汽压力在1.96—3.92Mpa；——高压汽轮机：主蒸汽压力在5.88—9.8Mpa；——超高压汽轮机：主蒸汽压力在11.77—13.93Mpa；——亚临界压力汽轮机：主蒸汽压力在15.69—17.65Mpa；——超临界压力汽轮机：主蒸汽压力大于22.15Mpa；——超超临界压力汽轮机：主蒸汽压力大于32Mpa；返回章节动力机发展史蒸汽轮机就凝汽式汽轮机而言，从锅炉产生的新蒸汽经由主阀门进入高压缸，再进入中压缸，再进入低压缸，最终进入凝汽器。蒸汽的热能在汽轮机内消耗，变为蒸汽的动能，然后推动装有叶片的汽轮机转子，最终转化为机械能。

除了凝汽式汽轮机，还有背压式汽轮机和抽汽式汽轮机，背压式汽轮机可以理解为没有低压缸和凝汽器的凝汽式汽轮机，它的出口压力较大，可以提供给供热系统或其它热交换系统。抽汽式汽轮机则是指在蒸汽流通过程中抽取一部分用于供热和或再热的汽轮机。返回章节动力机发展史内燃机往复活塞式内燃机旋转活塞式发动机自由活塞式发动机旋转叶轮式燃气轮机航空发动机火箭发动机返回目录动力机发展史内燃机内燃机，是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。活塞式内燃机起源于荷兰物理学家惠更斯用火药爆炸获取动力的研究，但因火药燃烧难以控制而未获成功。1794年，英国人斯特里特提出从燃料的燃烧中获取动力，并且第一次提出了燃料与空气混合的概念。1833年，英国人赖特提出了直接利用燃烧压力推动活塞作功的设计。返回章节动力机发展史19世纪中期，科学家完善了通过燃烧煤气，汽油和柴油等产生的热转化机械动力的理论。这为内燃机的发明奠定了基础。活塞式内燃机自19世纪60年代问世以来，经过不断改进和发展，已是比较完善的机械。之后人们又提出过各种各样的内燃机方案，但在十九世纪中叶以前均未付诸实用。直到1860年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，设计制造出第一台实用的煤气机。这是一种无压缩、电点火、使用照明煤气的内燃机。勒努瓦首先在内燃机中采用了弹力活塞环。这台煤气机的热效率为4%左右。英国的巴尼特曾提倡将可燃混合气在点火之前进行压缩，随后又有人著文论述对可燃混合气进行压缩的重要作用，并且指出压缩可以大大提高勒努瓦内燃机的效率。1862年法国科学家罗沙对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出提高内燃机效率的要求，这就是最早的四冲程工作循环。1876年，德国发明家奥托（Otto）运用罗沙的原理，创制成功第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦(4.4马力)的四冲程内燃机，仍以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为156.7转/分，压缩比为2.66，热效率达到14％，运转平稳。在当时，无论是功率还是热效率，它都是最高的。返回章节动力机发展史随着石油的开发，比煤气易于运输携带的汽油和柴油引起了人们的注意，首先获得试用的是易于挥发的汽油。1883年，德国的戴姆勒Daimler创制成功第一台立式汽油机，它的特点是轻型和高速。当时其他内燃机的转速不超过200转/分，它却一跃而达到800转/分，特别适应交通动输机械的要求。1885～1886年，汽油机作为汽车动力运行成功，大大推动了汽车的发展。同时，汽车的发展又促进了汽油机的改进和提高。不久汽油机又用作了小船的动力。1892年，德国工程师狄塞尔（Diesel）受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想将吸入气缸的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料吹入气缸，使之着火燃烧。他首创的压缩点火式内燃机(柴油机)于1897年研制成功，为内燃机的发展开拓了新途径。狄塞尔开始力图使内燃机实现卡诺循环，以求获得最高的热效率，但实际上做到的是近似的等压燃烧，其热效率达26％。压缩点火式内燃机的问世，引起了世界机械业的极大兴趣，压缩点火式内燃机也以发明者而命名为狄塞尔引擎。这种内燃机以后大多用柴油为燃料，故又称为柴油机。1898年，柴油机首先用于固定式发电机组，1903年用作商船动力，1904年装于舰艇，1913年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成，1920年左右开始用于汽车和农业机械。返回章节动力机发展史往复活塞式内燃机煤气内燃机火花塞点火汽油机压燃式柴油发动机返回章节动力机发展史煤气内燃机1860年，法国的勒诺巴赫(1822一1900年)制成了煤气内燃机，主要问题是功率小，消耗的煤气太多。1861年，法国的铁路工程师罗夏发表了进气、压缩、膨胀、排气的四冲程内燃机理论。1866年，德国工程师尼古拉斯·奥托(1832一1891年)成功地试制出立式四冲程煤气内燃机。1876年，奥托又试制成一台卧式四冲程煤气内燃，这台闻名于世的内燃机被称作奥托内燃机。奥托于1877年8月4日取得四冲程内燃机的专利。后来，人们一直将四冲程循环称为奥托循环，奥托作为内燃机奠基人被载入史册。奥托内燃机获得推广，性能也在提高。1880年单机功率达到11～15千瓦(15～20马力)，到1893年又提高到150千瓦。由于压缩比的提高，热效率也随之增高，1886年热效率为15.5%，1897年已高达20～26％。1881年，英国工程师克拉克研制成功第一台二冲程的煤气机，并在巴黎博览会上展出。返回章节动力机发展史火花塞式汽油内燃机1879年的新年钟声响起时，也响起了汽油机的运转声，本茨在德国曼海姆研制成功了火花塞点火汽油机。这是世界上策一辆汽车。1886年1月29日，这辆汽车在德意志注册了世界上第一项汽车发明专利证，专利人为本茨。正是这一日期被确认为是汽车的诞生日，本茨也被称为“汽车之父”。本茨的第一辆三轮汽车是单杠四冲程汽油机，自身质量为254kg，排量为0.785t，功率为0.654KW，最高车速为18km/h。装有三个实心橡胶轮胎的车轮，具备了现代汽车的基本特点，如火花点火、水冷循环、前轮转向、钢管车架、后轮驱动、带制动手柄，是世界上最早装备差动齿轮装置的汽车。返回章节动力机发展史可燃混合气形成装置汽油机可燃混合气形成装置的主要作用，是将汽油与空气均匀混合形成可燃混合气体，供给发动机燃烧做功。传统的混合气形成装置是化油器。世界上第一只化油器，是德国人奥托于1861年研制成功的，用在煤气机上，起调节阀的作用，当时叫增炭器。德国人马尔库斯于1875年研制成了轮刷式雾化器，这是使用在汽油机上最早的化油器。英国人兰切斯特少1879午制造了灯芯式化油器。戴姆勒发明的汽油机使用的化油器，是他的同事边巴赫发明的蒸汽式化油器，也叫泡化式化油器，这种化油器带有浮子室。1900牛，共四人巴勒特将文多利原理应用到浮子式化油器，将喉管截面减小，以利于汽油的雾化，即喉管式化油器。1941年，别克轿车装用了四腔化油器。

化油器返回章节动力机发展史可燃混合气形成装置汽油机先前大多使用化油器．现在越来越多地采用了汽油喷射系统。1957年1月15口，美国汽车工程师师学会在底特律市召开年会，本迪克斯公司在会上展示了他们的最新研究成果——电子控制汽油喷射装置，立即引起美、德两国大汽车公司的重视。德国博世公司对电技燃油喷射系统的发展做出了很大的贞献。1967年，博世公司研制出D型电了控制汽油喷射系统。1973年，博世公司研制出L型电子控制汽油喷射系统。1975年，博世公司研制出带氧传感器的发动机闭环控制系统，现在装有三效催化氧化剂的汽车都采用这种控制。1979年，博世公司研制制出集电子点火和电控汽油喷射于一体的莫特朗尼克数字式发动机综合控制系统；喷射技术返回章节动力机发展史压燃式柴油发动机狄塞尔于1858年3月18日出生于巴黎，由于父母是德国移民而遭到法国当局的驱逐，家中生活窘迫。他在慕尼黑高等技术学校毕业后当了一名冷藏工程师。1892年，狄塞尔提出了压燃式柴油机的理论。一次用氨气试验时发生爆炸，险些丧命。他冒着机毁人亡的危险，在一片指责、嘲笑声中试制了三台柴油机的样机，第三台样机于1897年试验成功，这一年狄塞尔柴油机被正式承认并公布。柴油机是动力工程方面又一项伟大的发明。狄塞尔以其改变了整个世界的发明——压燃式发动机而青史留名，人们为了纪念他将柴油机称为狄塞尔（Diesel）。返回章节动力机发展史几种活塞式发动机结构返回章节动力机发展史旋转活塞式发动机汪克尔引擎燃烧室内产生的高温高压燃气推动活塞旋转以产生动力的内燃机。动力由主轴输出。早在往复活塞式内燃机诞生以前，人们就曾致力于创造旋转活塞式的内燃机，但均未获成功。直到1954年，联邦德国工程师汪克尔（Wankel）解决了密封问题后，才于1957年研制出旋转活塞式发动机，被称为汪克尔发动机。它具有近似三角形的旋转活塞，在特定型面的气缸内作旋转运动，按奥托循环工作。这种发动机功率高、体积小、振动小、运转平稳、结构简单、维修方便，但由于它燃料经济性较差、低速扭矩低、排气性能不理想，所以还只是在个别型号的轿车上得到采用。返回章节动力机发展史汪克尔引擎汪克尔引擎图为旋转活塞式发动机的基本组成。缸体内壁有"8"字形的特定气缸型面，两侧用端盖封闭，缸体和端盖均为固定件。在气缸内装有弧边三角形旋转活塞。发动机主轴（输出轴）由轴承支承在缸体上。外齿小齿轮与主轴同心，固定在端盖上。在主轴的偏心轴颈上通过轴承套装着旋转活塞。旋转活塞的另端固定有同心的内齿大齿轮。发动机运转时图为旋转活塞式发动机的基本组成。缸体内壁有“8”字形的特定气缸型面，两侧用端盖封闭，缸体和端盖均为固定件。在气缸内装有弧边三角形旋转活塞。发动机主轴（输出轴）由轴承支承在缸体上。外齿小齿轮与主轴同心，固定在端盖上。在主轴的偏心轴颈上通过轴承套装着旋转活塞。旋转活塞的另端固定有同心的内齿大齿轮。发动机运转时，外齿的小齿轮不动，活塞上的内齿大齿轮绕外齿小齿轮啮合旋转作行星运动。旋转活塞绕偏心轴颈的轴线自转，偏心轴颈又绕主轴轴线公转。内齿大齿轮与外齿小齿轮的齿数比为3:2，故活塞的自转速度与公转速度之比为1:3，即主轴的转速为活塞绕偏心轴颈的转速的3倍。活塞在气缸内旋转一周，火花塞发火3次，即完成3个循环。汪克尔发动机是按奥托循环工作的，可以燃用汽油或气体燃料。至于用柴油按狄塞尔循环工作的旋转活塞式发动机，因为缸内压缩空气压力和燃烧压力更高，更难于解决漏气问题，故一直没有正式产品问世。返回章节动力机发展史汪克尔引擎汪克尔引擎图为旋转活塞式发动机的基本组成。缸体内壁有"8"字形的特定气缸型面，两侧用端盖封闭，缸体和端盖均为固定件。在气缸内装有弧边三角形旋转活塞。发动机主轴（输出轴）由轴承支承在缸体上。外齿小齿轮与主轴同心，固定在端盖上。在主轴的偏心轴颈上通过轴承套装着旋转活塞。旋转活塞的另端固定有同心的内齿大齿轮。发动机运转时图为旋转活塞式发动机的基本组成。缸体内壁有“8”字形的特定气缸型面，两侧用端盖封闭，缸体和端盖均为固定件。在气缸内装有弧边三角形旋转活塞。发动机主轴（输出轴）由轴承支承在缸体上。外齿小齿轮与主轴同心，固定在端盖上。在主轴的偏心轴颈上通过轴承套装着旋转活塞。旋转活塞的另端固定有同心的内齿大齿轮。发动机运转时，外齿的小齿轮不动，活塞上的内齿大齿轮绕外齿小齿轮啮合旋转作行星运动。旋转活塞绕偏心轴颈的轴线自转，偏心轴颈又绕主轴轴线公转。内齿大齿轮与外齿小齿轮的齿数比为3:2，故活塞的自转速度与公转速度之比为1:3，即主轴的转速为活塞绕偏心轴颈的转速的3倍返回章节动力机发展史自由活塞式发动机自由活塞式发动机自由活塞－燃气轮机组返回章节动力机发展史自由活塞式发动机所谓“自由活塞”是指发动机没有通常内燃机的曲柄连杆机构（见曲柄滑块机构），活塞组运动规律由作用在它上面的气体压力决定，并随发动机工况变化。活塞组运动的特点是内、外止点位置都可以改变，由同步机构保持左、右活塞组对称运动。动力气缸膨胀行程时，气垫缸内空气被压缩，暂时贮存动力气缸向外所作的全部功。对外不直接输出机械功，仅提供压缩空气或一定压力、温度的工作气体的内燃机。它的工作循环与对置活塞二冲程柴油机相似。这种发动机除有动力气缸外还带有空气压缩机和气垫缸。动力活塞与压缩机活塞做成一体，构成活塞组。动力气缸与压缩机之间动力的传递靠活塞组完成。在随后的回复行程中，气垫缸的气体膨胀，将贮存的功全部转移给空气压缩机。当无气垫缸时，则压缩机气缸余隙容积中贮存的能量能起同样的自由活塞发动机的研究始于1920年左右。30年代开始出现不同类型的试验机型，至50年代才有正式工业产品。它按用途可分为自由活塞发气机和自由活塞压缩机两类；按结构特点又可分为对称式和非对称式，以及有气垫缸的和无气垫缸的。这种发动机除燃用柴油外，也可燃用重油、原油和天然气等燃料。返回章节动力机发展史自由活塞－燃气轮机组起动时，假定动力活塞迅速从外止点向内运动，压缩机气缸内的空气即被压缩，并通过输气阀压入储气箱，供动力气缸扫气之用；同时动力气缸内的空气也被压缩，空气压力和温度均增高。当相对的两个活塞接近内止点时，经喷油器将燃料喷入燃烧室而燃烧。高温高压燃气向外推动动力活塞，即膨胀过程。活塞向外运动时使压缩机气缸内产生真空而从大气吸入新鲜空气,同时气垫缸内的空气被压缩,储存的能量用以推动活塞向内运动。在膨胀行程终了时，右活塞首先开启排气孔，随后左活塞又打开进气孔。燃气经排气孔排入储气罐，而新鲜空气则从扫气储气箱经进气孔送入动力气缸，并清扫残留的废气。燃气由储气罐供入燃气轮机内膨胀作功，由涡轮轴输出功率。返回章节动力机发展史自由活塞－燃气轮机组自由活塞发气机常与燃气轮机共同组成自由活塞-燃气轮机组在机组中，发气机只起工作气体发生器的作用。在动力气缸中对置装着两个动力活塞，分别与相应压缩机活塞相连接。自由活塞－燃气轮机组热力循环的高温高压阶段在间歇工作的动力气缸内完成，低温低压膨胀阶段在燃气轮机中完成。它比单独的柴油机或燃气轮机热力循环有更高的总压缩比和总膨胀比，因此理论热效率较高。返回章节动力机发展史旋转叶轮式燃气轮机燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。返回章节动力机发展史旋转叶轮式燃气轮机图中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。返回章节动力机发展史返回章节动力机发展史航空发动机涡轮喷气发动机涡轮风扇发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮轴发动机返回章节动力机发展史涡轮喷气式发动机这种发动机工作时，空气从前边的进气口进入，接着由带有叶片的叶轮压气机对空气进行压缩，使其压强增大，温度升高。被压缩的空气在燃烧室内喷入的液体燃料汇合而燃烧。燃烧产生的高温高压燃气先是推动涡轮以带动压气机转动，然后从尾部排气管以很高的速度喷出，从而产生反冲作用，使飞机高速前进，装有空气喷气发动机的飞机的速度可以达到或超过音速。返回章节动力机发展史涡轮喷气式发动机

气推进是(伊萨克·牛顿IsaacNewton)爵士的第三运动定律的实际应用。该定律表述为：“作用在一物体上的每一个力都有一方向相反大小相等的反作用力”。就飞机推进而言，“物体”是通过发动机时受到加速的空气。产生这一加速度所需的力有一大小相等方向相反的反作用力作用在产生这一加速度的装置上。喷气发动机用类似于发动机/螺旋桨组合的方式产生推力。二者均靠将大量气体向后推来推进飞机，一种是以比较低速的大量空气滑流的形式，而另一种是以极高速的燃气喷气流形式。返回章节动力机发展史涡轮风扇发动机图中是涡扇发动机模型的转子，是由三个转子组成的三转子结构：高压涡轮（1级）与高压压气机（6级）同轴，共同构成高压转子，见剖面图中红色部分；中压涡轮（1级）与中压压气机（4级）同轴，共同构成中压转子，见剖面图中黄色部分；低压涡轮（2级）与风扇同轴，共同构成低压转子，见剖面图中蓝色部分。三个转子轴线重合，低压转子轴在中心，中压转子轴是管状，套在低压转子轴上，高压转子轴也是管状，套在中压转子轴上。三个转子轴间有空隙，不直接接触，安装在各自的轴承上，轴承固定在轴承机匣上，见剖面图中绿色部分。返回章节动力机发展史涡轮螺旋桨发动机涡桨发动机的功能是产生高温高压燃气推动涡轮做功，涡桨发动机的涡轮非常强劲，把大部分热能转化为推动涡轮的机械能。涡轮则带动螺旋桨旋转产生推力，是发动机主要推力来源，发动机从尾管中喷出的燃气推力仅占总推力的一小部分。螺旋桨直径大，可产生大推力，但大推力螺旋桨转速一般仅能运行在每分钟1000转左右，而涡轮发动机转速在每分钟10000转左右或更高，所以涡桨发动机必须通过减速器带动螺旋桨。返回章节动力机发展史涡轮轴发动机

在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机根相近。它们都是由涡轮风扇发动机的原理演变而来，只不过后者将风扇变成了螺旋桨，而前者将风扇变成了直升机的旋翼。除此之外，涡轮轴发动机也有自己的特点：它一般装有自由涡轮(即不带动压气机，专为输出功率用的涡轮)，而且主要用在直升机和垂直／短距起落飞机上。

在构造上，涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器基本构造，但它一般都装有自由涡轮，前面的是两级普通涡轮，它带动压气机，维持发动机工作，后面的二级是自由涡轮，燃气在其中作功，通过传动轴专门用来带动直升机的旋翼旋转，使它升空飞行。此外，从涡轮流出来的燃气，经过尾喷管喷出，可产生一定的推力，由于喷速不大，这种推力很小，如折合为功率，大约仅占总功率的十分之一左右。有时喷速过小，甚至不产生什么推力。为了合理地安排直升机的结构，涡轮轴发动机的喷口，可以向上，向下或向两侧，不象涡轮喷气发动机那样非向后不可。返回章节动力机发展史火箭发动机火箭发动机就是利用冲量原理，自带推进剂、不依赖外界空气的喷气发动机。大部分发动机靠排出高温高速燃气来获得推力，固体或液体推进剂（由氧化剂和燃料组成）在燃烧室中高压（10-200bar）燃烧产生燃气。液体火箭通过泵或者高压气体使氧化剂和燃料分别进入燃烧室，两种推进剂成分在燃烧室混合并燃烧。而固体火箭的推进剂事先混合好放入燃烧室。固液混合火箭使用固体和液体混合的推进剂或气体推进剂，也有使用高能电源将惰性反应物料送入热交换机加热，这就不需要燃烧室。火箭推进剂在燃烧并排出产生推力前通常储存在推进剂箱中。推进剂一般选用化学推进剂，在经历放热化学反应后产生高温气体用于火箭推进。返回章节动力机发展史各类发动机热效率通常的汽油发动机热效率为30%左右，非直喷柴油发动机通常为35%左右，而TDI发动机的燃油被直接喷射到燃烧室内，其燃烧效率可以达到43%。返回目录

汽油机新技术

柴油机新技术动力机发展史G0是：非增压、非缸内直喷的发动机，也就是汽油喷在进气歧管内的发动机，非缸内直喷的汽油机都是这一种喷油方式；

G1是：G0+缸内直喷+涡轮+减小排量+启停+热管理；G2是：G1+进一步的减小排量+可变气门升程；G3是：G2+混合动力D是柴油机，比较复杂，反正下面的都有涡轮，也都是缸内直喷。

D0是：共轨喷射+涡轮；D1是：D0+优化燃烧+启停+热管理+减少排量+一种我目前还无法确定的喷射方式改进；D2是：D1+氮氧化物处理

D3是：D2+进一步减小尺寸

D3H是又混合动力了，而且是微混，都不算弱混。博世公司分析各种发动机的油耗返回章节动力机发展史汽油机当前的先进技术汽油机压缩比难以提高的原因是易爆震而损坏发动机，特别是在使用低牌号汽油的情况下。目前提高汽油机热效率的途径主要有采用缸内直喷、可变膨胀比、可变气门正时，双顶置凸轮轴、VCM汽缸管理、涡轮增压等先进技术。

日本马自达汽车公司推出的创驰蓝天技术汽油机，采用特殊燃烧室和高压喷油、变膨胀比等技术把压缩比提高到14，是目前全球最高的，热效率提高15%，再加上降低摩擦损失、自动停启装置，取得了汽车行驶油耗30km/l的优异成绩，几乎达到当代柴油车的水平。返回章节动力机发展史涡轮增压涡轮增压和机械增压，它们是目前最广为人知的两种技术，而“增压”的作用就是为了能够在单位时间内进入汽缸内的空气足够多，进而由喷油嘴喷入适量的汽油进行混合。但两者达到相同目的的方法不同，使用、保养以及最终的结果也有所不同。涡轮增压归根结底一句话就是，它是通过发动机所排出的废气压力来推动轮叶，然后带动另一段的叶片来压缩进入的新鲜空气。经过压缩后的空气是高温高压的，所以在一些压力设定值较高的车上会采取散热器来进行降温，这就是我们平时所说中冷器的作用。为什么要降温呢？很简单，温度低的空气含氧量要高。你有没有感觉你的车冬天有劲。返回章节动力机发展史机械增压机械增压就像是空调泵和发电机一样。机械增压的原理是通过发动机运转所提供的动力来带动压缩机进行工作。与涡轮增压相比，几乎没有动力迟滞。实际驾驶感受与一般的自然吸气车型没有明显差别。不过，就运动性而言，由于受制于发动机转速等因素，机械增压的实际动力效果没有涡轮增压来的迅猛和强大。而且增压器与发动机之间的相互制约性的现实也是它逐渐所被淘汰的原因。返回章节动力机发展史可变进气技术这一部分技术相对来说理解起来并不是很难，但需要对发动机内部构造有相当的了解。简单的来说就是，所谓“可变”无论是气门还是进排气歧管，也无论是升程还是正时，几乎都是为了迎合发动机转速的快慢变化而产生的动作。发动机转速低时，需要的是足够强大的扭矩输出。为了达到这一目的，就要求其进气门的开启幅度小。此时的原理就像是被捏瘪的水管一样，尽管涌出的水一样的多，但却更有力道。在发动机里，这样做的目的就是能够让混合气的雾化更加的充分，燃烧也更完全。可变配气相位（VVT）技术指的是发动机的配气相位可以根据性能需要适时的改变，即根据燃油经济性、动力性和排放控制的要求对不同的工况采用不同的气门正时相位，以达到进气系统的最优化，对降低发动机油耗、提高低速扭矩、改善功率特性有显著效果。此外，VVT技术在提高发动机性能的同时可以降低污染排放，从而取代或减少在排放控制零部件上的投入，甚至可以免去安装EGR、二次空气等装置就可以达到苛刻的排放法规的要求。发动机采用该技术可以达到增加功率、减少油耗，改善排放的目的。返回章节动力机发展史缸内直喷技术从化油器式到机械式燃油喷射，再从单点电喷到多点电喷。关于如何将汽油更好的传递到缸体内参与燃烧的技术从来都没有停止过研究。就目前来说，最为先进并广为量产的技术应当是早已进入到我们视野内的缸内直喷。在电喷发动机控油技术里，决定喷油量的是电脑，但喷油终端却是喷嘴。它越接近燃烧室，喷射的量和时机也就越准确，同时也就越环保了。缸内直喷技术就是将喷油嘴直接安装到燃烧室靠近火花塞的位置。当然，这技术想想不难，但致使汽车发展100多年之后才广泛应用的瓶颈就是汽油的含硫量和喷嘴的压力。现在，两个问题相继解决，我们也享受到低油耗低排放的好处了。GDI技术一般可使发动机的功率达到同排量非直喷发动机的1.5～1.7倍，燃油效率提高20％以上。返回章节动力机发展史可变膨胀比技术

图1示出了一些基本方案的原理。其中，方案（1）将气缸和气缸盖相对于曲轴移动一个位置，发动机气缸体在一定程度上“掀开”了盖子，因而压缩比可以变动，不久前已由SAAB公司付诸实施。方案（2）与此类似，但借助于气缸盖里面的副活塞来改变燃烧室容积。这种结构已经在两气门发动机上实现了，不过在四气门气缸盖上很难实施这个方案。方案（3）利用压缩高度可变的活塞改变压缩比。方案（4）利用一个偏心的曲柄销或一根长度可变的连杆绕过了这个问题。方案（5）的曲轴支承在一个偏心器上，利用某种手段使偏心器转过一个角度，就能改变曲轴在竖直方向上的位置，因而活塞的上止点和下止点同时移动了一个相同的量。由于曲轴轴心线发生移位，与气门定时传动链和动力传动链的中心线都发生了错位，所以必须进行补偿。方案（6）的曲轴也是支承在一个偏心器上，与方案（5）不同的是，它借助于齿条而不是偏心器使曲轴移位。方案（7）至方案（9）借助于一根分成两段的连杆，并且加设了一根操纵杆而实现可变压缩比。

返回章节动力机发展史SVC发动机

SAAB公司的可变压缩比技术缩写为SVC。SVC概念一个重要的优点是，它不必对已经经过实践考验的四气门技术的燃烧室进行改造，就能够实现可变压缩比。燃烧室的设计对于燃烧过程具有重要意义。而燃烧过程又对废气排放、燃油消耗以及发动机功率具有直接的影响。因此，新的SVC概念能够与已有的技术兼容，这一点对于生产企业来说十分重要。这台可变压缩比的增压汽油机的技术数据见表2。SVC发动机跟传统发动机的主要差别在于，它分割成了上、下两部分。可以通过液压调节装置使上部相对于下部转过一个角度，从而调节压缩比（见图2）。上部叫做整体气缸盖，包含着气缸盖和做成一体的气缸筒，见图3。下部就是曲轴箱，由机体、曲轴、连杆和活塞组成。上、下两部分之间通过橡胶密封件跟曲轴箱隔开，所以不会有机油喷出。跟标准发动机相比，上、下两部分之间的分割面降低了大约20cm。

这台小小的1.598升SVC五缸发动机采用机械增压器，大致达到了3.0升自然吸气式发动机的功率和扭矩水平，然而油耗比后者降低了三分之一左右。同样引人注目的还有废气排放方面的优点：二氧化碳（CO2）排放跟油耗成正比下降，而一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOX）都满足当今世界上已经生效的以及正在拟议中的一切法律条文的规定。返回章节动力机发展史VCM可变汽缸管理

可变气缸技术一般适用于多气缸大排量车型，如V6、V8、V12发动机，因为日常行驶，大多数情况下并不需要大功率的输出，所以大排量多汽缸就显得有点浪费，于是可变汽缸技术应运而生，它可以在不需要大功率的输出时，控制关闭一部分汽缸，以减少燃油的消耗。VCM通过VTEC系统关闭进、排气门，以中止特定气缸的工作，与此同时，由动力传动系控制模块切断这些气缸的燃油供给。在3缸工作模式下，后排气缸组被停止工作。在四缸工作模式下，前排气缸组的左侧和中间气缸正常工作，后排气缸组的右侧和中间气缸正常工作。

非工作缸的火花塞会继续点火，以尽量降低火花塞的温度损失，防止气缸重新投入工作时因不完全燃烧造成火花塞油污。该系统采用电子控制，并采用专用的一体式滑阀，这些滑阀与缸盖内的摇臂轴支架一样起着双重作用。根据系统电子控制装置发出的指令，滑阀会有选择地将油压导向特定气缸的摇臂。然后，该油压会推动同步活塞，实现摇臂的连接和断开。

VCM系统对节气门开度、车速、发动机转速、自动变速箱档位选择及其它因素进行监测，以针对各种工作状态确定适宜的气缸启用方案。此外，该系统还会确定发动机机油压力是否适合VCM进行工作模式的切换，以及催化转化器的温度是否仍会保持在适当范围内。为了使气缸启用或停用时的过渡能够平稳进行，系统会调整点火正时、线控节气门的开度，并相应地启用或解除变矩器锁定。最终，3缸、4缸和6缸工作模式间的过渡，会在驾驶员觉察不到的状态下完成。返回章节动力机发展史阿特金森循环

这一名词早在1880年就存在了.是一种高压缩比，长膨胀行程的内燃机工作循环。因为这种循环结构比较复杂,所以大家都选用了奥托循环式的发动机.发动机理论最典型的就是吸气-压缩-燃烧膨胀-排气的循环.而奥托注册了许多专利,所以阿特金森不得不研发一种不使用正时带和凸轮轴的内燃机.阿特金森发动机巧妙的只用一个飞轮带曲柄连杆机构实现了4个冲程.阿特金森发动机的特点是使燃烧在气缸中的油/气混合物的体积膨胀得更大，借此让动力装置能更高效地利用燃油。而现代阿特金森循环发动机(Atkinsoncycleengine)使用电子控制装置和进气阀定时装置，通过推迟进气门关闭，在压缩冲程从进气门排出部分燃气，减少进气量，从而实现膨胀比大于压缩比，提高燃油利用率，达到节油的目的。返回章节动力机发展史米勒循环

拉尔夫·米勒于二十世纪四十年代取得了米勒循环发动机的专利，在最近几年中，马自达出产的一些轿车一直使用这种类型的发动机。米勒循环发动机与奥托循环发动机非常类似。米勒循环发动机与奥托循环发动机一样，使用活塞、气门、火花塞等部件。米勒循环发动机与奥托循环发动机之间存在两大差异：1、米勒循环发动机依赖于机械增压器。2、米勒循环发动机在压缩冲程期间，进气门保持打开状态，因此发动机将压缩机械增压器的压力，而不会压缩气缸壁的压力。由此将使效率提高约15%。膨胀比大，也代表著压缩比的增加，压缩比一提高，爆震的问题很难避免，怎么办呢?MillerCycle取巧的地方就在这里，它把进气时吸进来的气，又给偷偷的放了出去。在压缩冲程刚开始的时候，进气门其实没有关闭，所以有一部分混合气就又回到了进气歧管中。这时，再利用原本就有的10；1的高压缩比进行做工冲程，就产生了如此大的动力。於是在压缩行程时，真正被压缩的混合气其实没有这么多，实际上的压缩比没有膨胀比这么高，藉此有效的避免掉了爆震的问题。它怎么偷偷放气的呢?MillerCycle的进气阀非常慢关，大概是在活塞通过下死点後七十度，比一般的引擎大约慢了三十度左右，于是活塞在通过下死点後，便利用这七十度的时间把混合气给推回进气岐管，再里利用引擎里的机械增系统使混合气就待在那里，等待下一次的进气把它们给吸入汽缸内燃烧。返回章节动力机发展史EGR技术排气再循环（ExhaustGasRecycling）为汽车用小型内燃机在燃烧后将排出气体的一部分分离出、并导入进气侧使其再度燃烧的技术（手法或方法）。主要目的为降低排出气体中的氮氧化物（NOx）与分担部分负荷时可提高燃料消费率。取其每个英语单字的字首“EGR”为通称。返回章节动力机发展史双顶置凸轮轴技术双顶置凸轮轴，凸轮轴位于缸盖上。这种结构，凸轮轴直接驱动摇臂，省去了挺柱和推杆，使往复运动质量大大减小。因此适用于高速发动机。但正时传动机构复杂，且为拆装缸盖造成一定困难。顶置双凸轮轴即为进、排气门各为一根轴控制返回章节动力机发展史柴油机当前的先进技术增压技术和EGR为了提高柴油发动机的热效率和输出功率，采用高压喷射方式实现直接喷射，并且通过高增压实现高扭矩化。在常用的低中速领域内能得到高扭矩的增压柴油机，比汽油机更有可能实现小排量化，并且在高速巡航中的转速低，燃油经济性越来越好。采用VG涡轮增压，不仅能得到汽车理想的平扭矩曲线，而且能够减少低速时的黑烟和改善加速性。另外，最近研究采用双级涡轮增压等方式，弥补加速时的空气量不足。从减少废气排放角度考虑，预计今后对高增压、高EGR的要求更高。EGR是减少NOx的非常有效的技术。现代柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压、涡轮增压中冷、米勒循环等技术，在重量、噪音、烟度方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。返回章节动力机发展史电控喷射系统在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比（汽油与空气的比例），而柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节负荷的大小。柴油机电控喷射系统由传感器、ECU（控制单元）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与ECU储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。返回章节动力机发展史两级涡轮增压及中冷技术以往的柴油机采用的是一级涡轮增压技术，其产生的压力相对较低，使压缩进汽缸的空气量有限，汽缸中的燃料不能充分燃烧。这不仅浪费了大量的燃料，也使柴油机的废气排放量偏高。瓦锡兰集团和MAN柴油机公司都成功开发出新型的涡轮增压技术，通过使用两级涡轮增压器来增大压力，增加汽缸中的空气量，解决一级涡轮增压器压力不足的问题。两级涡轮增压系统是由两个大小不同的涡轮增压器串联组成。其工作原理是：利用发动机工作产生的废气的能量，驱动体积较小、增压度较高的涡轮增压器，然后再驱动体积较大的、增压度较低的涡轮增压器。低压比涡轮增压器的压缩机将周围的空气压缩，然后经过一个直接相连的冷却器，将压缩后的空气传送到高压比涡轮增压器的压缩机中；在此之前被压缩过的空气再次被压缩，再经过一个空气冷却器，传送到发动机汽缸。经过两次压缩，可以大大增加进入汽缸的空气量，从而使发动机中的燃料燃烧更充分，大大提高发动机的输出功率和功率密度，并大幅减少有害气体的排放量。该技术能大幅提高柴油机的效率，输出功率和功率密度能够提升近10个百分点，同时降低燃油消耗和二氧化碳排放量。返回章节动力机发展史分配泵供油系统分配式喷油泵DIP（DistributorInjectionPump），简称分配泵，于上世纪80年代末推出，开创了轻量化及紧凑型高性能喷射系统的新时代。如今，博世分配泵已经历数代更新升级，最新的第4代产品中的VP30轴向分配泵和VP44径向分配泵的最大喷射压力分别可达1550巴和2000巴。高喷射压力提升了喷嘴气化（雾化