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热机当今，机械设备运行的动力绝大多数来源于热机，热机全称热力发动机，是将热源的部分热能转化为机械能的机器。热源可以是烧煤的蒸汽炉，汽车发动机的燃烧室，也可以是太阳能的蒸汽炉，地热和核反应堆。根据燃烧器位置的不同，热机分为内燃机和外燃机两类1.外燃机外燃机是燃料在发动机外部燃烧产生热，热能通过工质带入机内，再转变为机械能，如蒸汽机和汽轮机等，蒸汽机已淘汰，汽轮机用于火电厂与核电站驱动发电机；2.内燃机内燃机是燃料在发动机内部燃烧，工质被加热并膨胀作功，热能转变为机械能，它是移动机械和小型电站的最主要动力。广义上的内燃机包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机、自由活塞式发动机和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往复活塞式内燃机，又以其中的汽油机、柴油机应用最为广泛，其保有量大大超过了任何其它种类热机，本书主要介绍汽油机、柴油机的构造。与其它热机相比，内燃机有如下优点：内燃机的工质在循环中的平均吸热温度高，热效率一般达到30-46%，是热机中效率最高的一种；功率覆盖0.59kW～4×kW，转速范围90r/min～r/min，故适用范围宽广；结构紧凑，比重量（内燃机重量与其标定功率的比值）较小，便于移动；起动迅速，操作简便，机动性强；运行维护比较简便。但也存在缺点：对燃料要求高，主要燃用汽油或轻柴油，且品质要求高，不能直接燃用劣质燃料和固体燃料；由于间歇换气以及制造上的困难，单机功率的提高受到限制；低速运转时输出转矩较小，往往不能适应被带负荷的转矩特性；不能反转，故在许多场合下需设置离合器和变速机构；一般热力发动机都存在“公害”，而内燃机的噪声和排气中的有害成分对环境污染尤其突出。另外，相对于热机中燃料的燃烧，燃料还可直接转换为电能，即燃料电池，再用电动机驱动机械运转，这种方式高效、无污染，但成本很高。内燃机发展简史国外1人类先是利用人力、蓄力、风车、水车等自然力，18世纪后热力发动机才逐步得到大规模工业应用。年，荷兰的惠更斯设计出如图1.3所示的内燃机草图，少量的火药在气缸里燃烧，提升活塞，当气体冷却时，大气压力便将活塞向下推，进行做功冲程，虽因火药燃烧难以控制没有研制成功，却导致了蒸汽机的诞生，促成了欧洲的工业革命。但蒸汽机热效率低、结构笨重、移动不便和操作麻烦等，这促使人们继续去开发更小、更实用且效率更高的发动机。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。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。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。年，法国的勒努瓦模仿蒸汽机的结构，制造了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，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。年，法国科学家罗夏对内燃机热力过程进行理论分析之后，提出四冲程工作循环的理论。年，德国发明家奥托创制了第一台往复活塞式、单缸、卧式、3.2千瓦的四冲程内燃机，它以煤气为燃料，采用火焰点火，转速为.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。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。奥托内燃机得到推广，性能不断提高。年单机功率达到11～15千瓦，到年又提高到千瓦。由于压缩比的提高，热效率也随之增高，年热效率为15.5%，年达到20～26％。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，年，德国的戴姆勒制造出第一台燃用汽油的立式汽油机，当时，其他内燃机的转速不超过转/分，它却一跃而达到转/分，因而机器轻了很多，特别适应交通运输机械。～年，德国人本茨和戴姆勒发明了以汽油机为动力的汽车，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。德国工程师狄塞尔受面粉厂粉尘爆炸的启发，设想将气缸中的空气高度压缩，使其温度超过燃料的自燃温度，再用高压空气将燃料喷入气缸，使之自燃着火燃烧，于年获得压缩点火内燃机的技术专利。3年制成了第一台压缩点火的内燃机。最初，狄塞尔力图实现奥托循环，以获得最高的热效率，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，引起了世界的极大兴趣，也以发明者而命名为狄塞尔发动机。这种内燃机以后大多用柴油为燃料，故又称为柴油机。年，柴油机首先用于固定式发电机组，年用作商船动力，年装于舰艇，年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成，年左右开始用于汽车和农业机械。在往复活塞式内燃机发展的同时，人们也在研究制造旋转式活塞的内燃机，提出了各种各样的旋转式内燃机的结构方案，但未获成功。年，联邦德国工程师汪克尔解决了密封问题，并于年研制出三角旋转活塞发动机。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，被称为汪克尔发动机。这种发动机功率高、比质量小、振动小、运转平稳、结构简单、维修方便，但由于燃料经济性较差、低速扭矩低、排气性能不理想，加上专利原因，所以只在赛车和军用等较少领域有应用。年瑞士人A.J.伯玉希第一次设计了带废气涡轮增压器的增压发动机，50年代后市场上才普及生产增压内燃机，此后增压技术得到了迅速发展和广泛应用。20世纪60年代后期内燃机电子控制技术诞生,通过70年代的发展,80年代趋于成熟，随着人类进入电子时代,21世纪的内燃机也将步入“内燃机电子时代”。20世纪50年代发现的汽车排气污染和70年代出现的世界石油危机，促使内燃机技术的研究转向高效节能及开发利用洁净的代用燃料，以汽油机和柴油机为基础，开发了很多以天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、合成汽油、合成柴油、二甲醚和氢气等为燃料的代用燃料发动机。国内(中国内燃机工业百年发展历程概说)解放前，初创期旧中国的内燃机工业（~年）同国外一样，中国内燃机工业也是由煤气机起步的。年（清光绪卅四年，有资料记载是年，即清光绪廿七年）广州均和安机器厂仿制成第一台煤气机。此后，各地陆续出现一些煤气机小型修造厂，其中历史较久的为武汉恒顺机器厂（武汉动力机厂前身），于年开始制造煤气机，单缸卧式，功率45马力，转速转/分，缸径毫米，行程毫米。~年制造同类型的25马力和80马力煤气机。~年又制造单缸、双缸和三缸立式煤气机，每缸35马力，转/分。这些煤气机主要用于碾米机和内河船舶动力。由于当时石油进口控制在外商之手，国内使用者负担沉重，且“九一八”和“一二八”事变后，国人深感日本帝国主义者野心勃勃，一旦战争爆发，港口被封锁，石油不能进口，必将造成运输业瘫痪。因此需找寻代用燃料，发生炉煤气当为首选，故20世纪30年代，中国的发生炉煤气机有所发展。抗战爆发后煤气机仍有生产，但数量不大。新中工程公司（上海新中动力机厂前身）于年在湖南祁阳生产新中廿八式（民国廿八年）煤气机，功率45马力，转速转/分，除装汽车外，尚配发电机使用，每月可生产6台，年日军侵占祁阳，厂毁。抗战初在昆明成立的中央机器厂（昆明机床厂前身），其第三分厂专生产内燃机，~年开始生产。通过技术转让从瑞士S.L.M.（SwissLo

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