《火車的故事》內(nèi)燃機內(nèi)燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內(nèi)部燃燒，并將其放出的熱能直接轉(zhuǎn)換為動力的熱力發(fā)動機。廣義上的內(nèi)燃機不僅包括往復(fù)活塞式內(nèi)燃機、旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機和自由活塞式發(fā)動機，也包括旋轉(zhuǎn)葉輪式的燃?xì)廨啓C、噴氣式發(fā)動機等，但通常所說的內(nèi)燃機是指活塞式內(nèi)燃機?；钊絻?nèi)燃機以往復(fù)活塞式最為普遍?；钊絻?nèi)燃機將燃料和空氣混合，在其氣缸內(nèi)燃燒，釋放出的熱能使氣缸內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)狻Ｈ細(xì)馀蛎浲苿踊钊鞴?，再通過曲柄連桿機構(gòu)或其他機構(gòu)將機械功輸出，驅(qū)動從動機械工作。內(nèi)燃機的發(fā)展歷史活塞式內(nèi)燃機自19世紀(jì)60年代問世以來，經(jīng)過不斷改進和發(fā)展，已是比較完善的機械。它熱效率高、功率和轉(zhuǎn)速范圍寬、配套方便、機動性好，所以獲得了廣泛的應(yīng)用。全世界各種類型的汽車、拖拉機、農(nóng)業(yè)機械、工程機械、小型移動電站和戰(zhàn)車等都以內(nèi)燃機為動力。海上商船、內(nèi)河船舶和常規(guī)艦艇，以及某些小型飛機也都由內(nèi)燃機來推進。世界上內(nèi)燃機的保有量在動力機械中居首位，它在人類活動中占有非常重要的地位?；钊絻?nèi)燃機起源于用火藥爆炸獲取動力，但因火藥燃燒難以控制而未獲成功。1794年，英國人斯特里特提出從燃料的燃燒中獲取動力，并且第一次提出了燃料與空氣混合的概念。1833年，英國人賴特提出了直接利用燃燒壓力推動活塞作功的設(shè)計。之后人們又提出過各種各樣的內(nèi)燃機方案，但在十九世紀(jì)中葉以前均未付諸實用。直到1860年，法國的勒努瓦模仿蒸汽機的結(jié)構(gòu)，設(shè)計制造出第一臺實用的煤氣機。這是一種無壓縮、電點火、使用照明煤氣的內(nèi)燃機。勒努瓦首先在內(nèi)燃機中采用了彈力活塞環(huán)。這臺煤氣機的熱效率為4%左右。英國的巴尼特曾提倡將可燃混合氣在點火之前進行壓縮，隨后又有人著文論述對可燃混合氣進行壓縮的重要作用，并且指出壓縮可以大大提高勒努瓦內(nèi)燃機的效率。1862年，法國科學(xué)家羅沙對內(nèi)燃機熱力過程進行理論分析之后，提出提高內(nèi)燃機效率的要求，這就是最早的四沖程工作循環(huán)。1876年，德國發(fā)明家奧托運用羅沙的原理，創(chuàng)制成功第一臺往復(fù)活塞式、單缸、臥式、千瓦馬力)的四沖程內(nèi)燃機，仍以煤氣為燃料，采用火焰點火，轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)/分，壓縮比為，熱效率達(dá)到14％，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。在當(dāng)時，無論是功率還是熱效率，它都是最高的。奧托內(nèi)燃機獲得推廣，性能也在提高。1880年單機功率達(dá)到11～15千瓦(15～20馬力)，到1893年又提高到150千瓦。由于壓縮比的提高，熱效率也隨之增高，1886年熱效率為%，1897年已高達(dá)20～26％。1881年，英國工程師克拉克研制成功第一臺二沖程的煤氣機，并在巴黎博覽會上展出。隨著石油的開發(fā)，比煤氣易于運輸攜帶的汽油和柴油引起了人們的注意，首先獲得試用的是易于揮發(fā)的汽油。1883年，德國的戴姆勒創(chuàng)制成功第一臺立式汽油機，它的特點是輕型和高速。當(dāng)時其他內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速不超過200轉(zhuǎn)/分，它卻一躍而達(dá)到800轉(zhuǎn)/分，特別適應(yīng)交通動輸機械的要求。1885～1886年，汽油機作為汽車動力運行成功，大大推動了汽車的發(fā)展。同時，汽車的發(fā)展又促進了汽油機的改進和提高。不久汽油機又用作了小船的動力。1892年，德國工程師狄塞爾受面粉廠粉塵爆炸的啟發(fā)，設(shè)想將吸入氣缸的空氣高度壓縮，使其溫度超過燃料的自燃溫度，再用高壓空氣將燃料吹入氣缸，使之著火燃燒。他首創(chuàng)的壓縮點火式內(nèi)燃機(柴油機)于1897年研制成功，為內(nèi)燃機的發(fā)展開拓了新途徑。狄塞爾開始力圖使內(nèi)燃機實現(xiàn)卡諾循環(huán)，以求獲得最高的熱效率，但實際上做到的是近似的等壓燃燒，其熱效率達(dá)26％。壓縮點火式內(nèi)燃機的問世，引起了世界機械業(yè)的極大興趣，壓縮點火式內(nèi)燃機也以發(fā)明者而命名為狄塞爾引擎。這種內(nèi)燃機以后大多用柴油為燃料，故又稱為柴油機。1898年，柴油機首先用于固定式發(fā)電機組，1903年用作商船動力，1904年裝于艦艇，1913年第一臺以柴油機為動力的內(nèi)燃機車制成，1920年左右開始用于汽車和農(nóng)業(yè)機械。早在往復(fù)活塞式內(nèi)燃機誕生以前，人們就曾致力于創(chuàng)造旋轉(zhuǎn)活塞式的內(nèi)燃機，但均未獲成功。直到1954年，聯(lián)邦德國工程師汪克爾解決了密封問題后，才于1957年研制出旋轉(zhuǎn)活塞式發(fā)動機，被稱為汪克爾發(fā)動機。它具有近似三角形的旋轉(zhuǎn)活塞，在特定型面的氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，按奧托循環(huán)工作。這種發(fā)動機功率高、體積小、振動小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便，但由于它燃料經(jīng)濟性較差、低速扭矩低、排氣性能不理想，所以還只是在個別型號的轎車上得到采用。內(nèi)燃機的組成往復(fù)活塞式內(nèi)燃機的組成部分主要有曲柄連桿機構(gòu)、機體和氣缸蓋、配氣機構(gòu)、供油系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、起動裝置等。氣缸是一個圓筒形金屬機件。密封的氣缸是實現(xiàn)工作循環(huán)、產(chǎn)生動力的源地。各個裝有氣缸套的氣缸安裝在機體里，它的頂端用氣缸蓋封閉著?；钊稍跉飧滋變?nèi)往復(fù)運動，并從氣缸下部封閉氣缸，從而形成容積作規(guī)律變化的密封空間。燃料在此空間內(nèi)燃燒，產(chǎn)生的燃?xì)鈩恿ν苿踊钊\動?；钊耐鶑?fù)運動經(jīng)過連桿推動曲軸作旋轉(zhuǎn)運動，曲軸再從飛輪端將動力輸出。由活塞組、連桿組、曲軸和飛輪組成的曲柄連桿機構(gòu)是內(nèi)燃機傳遞動力的主要部分?；钊M由活塞、活塞環(huán)、活塞銷等組成?；钊蕡A柱形，上面裝有活塞環(huán)，借以在活塞往復(fù)運動時密閉氣缸。上面的幾道活塞環(huán)稱為氣環(huán)，用來封閉氣缸，防止氣缸內(nèi)的氣體漏泄，下面的環(huán)稱為油環(huán)，用來將氣缸壁上的多余的潤滑油刮下，防止?jié)櫥透Z入氣缸?；钊N呈圓筒形，它穿入活塞上的銷孔和連桿小頭中，將活塞和連桿聯(lián)接起來。連桿大頭端分成兩半，由連桿螺釘聯(lián)接起來，它與曲軸的曲柄銷相連。連桿工作時，連桿小頭端隨活塞作往復(fù)運動，連桿大頭端隨曲柄銷繞曲軸軸線作旋轉(zhuǎn)運動，連桿大小頭間的桿身作復(fù)雜的搖擺運動。曲軸的作用是將活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，并將膨脹行程所作的功，通過安裝在曲軸后端上的飛輪傳遞出去。飛輪能儲存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲軸旋轉(zhuǎn)均勻。為了平衡慣性力和減輕內(nèi)燃機的振動，在曲軸的曲柄上還適當(dāng)裝置平衡質(zhì)量。氣缸蓋中有進氣道和排氣道，內(nèi)裝進、排氣門。新鮮充量(即空氣或空氣與燃料的可燃混合氣)經(jīng)空氣濾清器、進氣管、進氣道和進氣門充入氣缸。膨脹后的燃?xì)饨?jīng)排氣門、排氣道和排氣管，最后經(jīng)排氣消聲器排入大氣。進、排氣門的開啟和關(guān)閉是由凸輪軸上的進、排氣凸輪，通過挺柱、推桿、搖臂和氣門彈簧等傳動件分別加以控制的，這一套機件稱為內(nèi)燃機配氣機構(gòu)。通常由空氣濾清器、進氣管、排氣管和排氣消聲器組成進排氣系統(tǒng)。為了向氣缸內(nèi)供入燃料，內(nèi)燃機均設(shè)有供油系統(tǒng)。汽油機通過安裝在進氣管入口端的化油器將空氣與汽油按一定比例(空燃比)混合，然后經(jīng)進氣管供入氣缸，由汽油機點火系統(tǒng)控制的電火花定時點燃。柴油機的燃油則通過柴油機噴油系統(tǒng)噴入燃燒室，在高溫高壓下自行著火燃燒。內(nèi)燃機氣缸內(nèi)的燃料燃燒使活塞、氣缸套、氣缸蓋和氣門等零件受熱，溫度升高。為了保證內(nèi)燃機正常運轉(zhuǎn)，上述零件必須在許可的溫度下工作，不致因過熱而損壞，所以必須備有冷卻系統(tǒng)。內(nèi)燃機不能從停車狀態(tài)自行轉(zhuǎn)入運轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須由外力轉(zhuǎn)動曲軸，使之起動。這種產(chǎn)生外力的裝置稱為起動裝置。常用的有電起動、壓縮空氣起動、汽油機起動和人力起動等方式。內(nèi)燃機的工作循環(huán)由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外作功的過程，其他過程都是為更好地實現(xiàn)作功過程而需要的過程。按實現(xiàn)一個工作循環(huán)的行程數(shù)，工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程兩類。四沖程是指在進氣、壓縮、膨脹和排氣四個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)，此間曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈。進氣行程時，此時進氣門開啟，排氣門關(guān)閉。流過空氣濾清器的空氣，或經(jīng)化油器與汽油混合形成的可燃混合氣，經(jīng)進氣管道、進氣門進入氣缸；壓縮行程時，氣缸內(nèi)氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升；膨脹行程是在壓縮上止點前噴油或點火，使混合氣燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓，推動活塞下行并作功；排氣行程時，活塞推擠氣缸內(nèi)廢氣經(jīng)排氣門排出。此后再由進氣行程開始，進行下一個工作循環(huán)。二沖程是指在兩個行程內(nèi)完成一個工作循環(huán)，此期間曲軸旋轉(zhuǎn)一圈。首先，當(dāng)活塞在下止點時，進、排氣口都開啟，新鮮充量由進氣口充入氣缸，并掃除氣缸內(nèi)的廢氣，使之從排氣口排出；隨后活塞上行，將進、排氣口均關(guān)閉，氣缸內(nèi)充量開始受到壓縮，直至活塞接近上止點時點火或噴油，使氣缸內(nèi)可燃混合氣燃燒；然后氣缸內(nèi)燃?xì)馀蛎?，推動活塞下行作功；?dāng)活塞下行使排氣口開啟時，廢氣即由此排出活塞繼續(xù)下行至下止點，即完成一個工作循環(huán)。內(nèi)燃機的排氣過程和進氣過程統(tǒng)稱為換氣過程。換氣的主要作用是盡可能把上一循環(huán)的廢氣排除干凈，使本循環(huán)供入盡可能多的新鮮充量，以使盡可能多的燃料在氣缸內(nèi)完全燃燒，從而發(fā)出更大的功率。換氣過程的好壞直接影響內(nèi)燃機的性能。為此除了降低進、排氣系統(tǒng)的流動阻力外，主要是使進、排氣門在最適當(dāng)?shù)臅r刻開啟和關(guān)閉。實際上，進氣門是在上止點前即開啟，以保證活塞下行時進氣門有較大的開度，這樣可在進氣過程開始時減小流動阻力，減少吸氣所消耗的功，同時也可充入較多的新鮮充量。當(dāng)活塞在進氣行程中運行到下止點時，由于氣流慣性，新鮮充量仍可繼續(xù)充入氣缸，故使進氣門在下止點后延遲關(guān)閉。排氣門也在下止點前提前開啟，即在膨脹行程后部分即開始排氣，這是為了利用氣缸內(nèi)較高的燃?xì)鈮毫?，使廢氣自動流出氣缸，從而使活塞從下止點向上止點運動時氣缸內(nèi)氣體壓力低些，以減少活塞將廢氣排擠出氣缸所消耗的功。排氣門在上止點后關(guān)閉的目的是利用排氣流動的慣性，使氣缸內(nèi)的殘余廢氣排除得更為干凈。內(nèi)燃機性能主要包括動力性能和經(jīng)濟性能。動力性能是指內(nèi)燃機發(fā)出的功率(扭矩)，表示內(nèi)燃機在能量轉(zhuǎn)換中量的大小，標(biāo)志動力性能的參數(shù)有扭矩和功率等。經(jīng)濟性能是指發(fā)出一定功率時燃料消耗的多少，表示能量轉(zhuǎn)換中質(zhì)的優(yōu)劣，標(biāo)志經(jīng)濟性能的參數(shù)有熱效率和燃料消耗率。內(nèi)燃機未來的發(fā)展將著重于改進燃燒過程，提高機械效率，減少散熱損失，降低燃料消耗率；開發(fā)和利用非石油制品燃料、擴大燃料資源；減少排氣中有害成分，降低噪聲和振動，減輕對環(huán)境的污染；采用高增壓技術(shù)，進一步強化內(nèi)燃機，提高單機功率；研制復(fù)合式發(fā)動機、絕熱式渦輪復(fù)合式發(fā)動機等；采用微處理機控制內(nèi)燃機，使之在最佳工況下運轉(zhuǎn)；加強結(jié)構(gòu)強度的研究，以提高工作可靠性和壽命，不斷創(chuàng)制新型內(nèi)燃機

搜遍發(fā)動機新技術(shù)，變氣門，變升程，變相位，甚至停掉幾個缸的技術(shù)都出來了，就是沒有敢說他能在行進中連續(xù)變缸徑的！但有等效的。一種最酷的發(fā)動機技術(shù)，這種發(fā)動機有一個桶形缸體，桶底后，桶底中間有圓孔。還有一個缸體，好像一根筷子穿過一張厚的圓餅并粘合，筷子就是軸，這個軸也穿過桶形缸體底部的孔，餅形體也納入桶中，封閉成一個空心圓柱體的缸腔。這個缸腔的容積是可以變化的，比如只要固定桶，用機械裝置或者液壓裝置抽動軸就可以實現(xiàn)。桶底從圓孔的邊到桶的內(nèi)避割條縫，插入一個矩形板；餅面從圓邊到軸割條縫，也插入一塊矩形板，兩塊矩形板可以把缸腔一分為二，成為兩個密封缸腔，第一密封缸腔和第二密封缸腔。其中一個密封缸腔從桶壁的矩形板本側(cè)開口，充入高壓氣體，或充入油氣混合物并點燃；第二密封腔從桶壁上與前一開口相隔一個矩形板的位置開口放氣。固定桶，矩形板就牽引餅和筷子轉(zhuǎn)動，反過來也行。第一個密封腔從最小、充氣到轉(zhuǎn)過一定相位（轉(zhuǎn)角）就停止供氣，可以用閥門或者控制油氣供應(yīng)量來實現(xiàn)。由于高壓氣體膨脹，裝置會繼續(xù)轉(zhuǎn)動，第一密封缸腔內(nèi)的氣壓會降低，直到稍微低于環(huán)境氣壓，這樣會產(chǎn)生轉(zhuǎn)動阻力。于是第二個矩形板需要在頭部靠近邊緣開一個孔，安裝單向閥，向內(nèi)補氣。如果當(dāng)初的氣壓適當(dāng)，在第二塊矩形板轉(zhuǎn)到第二開口的時候，第一密封缸腔的氣壓正好等于或接近于環(huán)境氣壓，這是最經(jīng)濟的。第三種情況是還有少量余壓。當(dāng)兩個矩形板快要相遇的時候，需要避讓。于是從桶的裙部內(nèi)圓刻成曲線滑槽，裝上滑動塊，滑動塊與第二塊矩形板連接；從軸穿出桶底的一側(cè)套裝一個空心圓柱體，外圓面刻曲線滑槽，裝上滑動塊，與第一塊矩形板連接?；塾蓤A