理论教育 内燃机时代的开创:从柴油机到甲壳虫

内燃机时代的开创:从柴油机到甲壳虫

时间:2023-06-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:奥托2.内燃机汽车的诞生1879年,德国工程师卡尔·本茨,首次试验成功一台二冲程试验性发动机。狄塞尔狄塞尔柴油机柴油机是用柴油作为燃料的内燃机。柴油机属于压缩点火式发动机,工作时,吸入柴油机气缸内的空气,因活塞的运动而受到较高程度的压缩,达到500~700℃的高温。甲壳虫也成为该车的代名词。

内燃机时代的开创:从柴油机到甲壳虫

1.内燃机的问世

由于蒸汽车本身又笨又重,蒸汽车的乘坐空间又热又脏,为了改进这种发动机,艾提力·雷诺(Etience Lenor)在1800年制造了一种与燃料在外部燃烧的蒸汽机(即外燃机)不同的发动机,即让燃料在发动机内部燃烧,人们后来称这类发动机为内燃机。

1876年,康特·尼古扎·奥托(Count Nicholas Otto)又对进入气缸的空气和汽油混合物先进行压缩,然后点火,提高了发动机效率。这种发动机具有进气、压缩、做功和排气4个行程,为了纪念奥托的发明,人们把这种循环改称为奥托循环。

奥托

2.内燃机汽车的诞生

1879年,德国工程师卡尔·本茨(Karl Benz),首次试验成功一台二冲程试验性发动机。1883年10月,他创立了本茨公司和莱茵煤气发动机厂,1885年,他在曼海姆制成了第一辆本茨专利机动车,该车为三轮汽车,采用一台两冲程单缸O.9马力(1马力=735.5W)的汽油机,此车具备了现代汽车的一些基本特点,如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动前轮转向和制动手把等。

本茨二冲程发动机

本茨发明的三轮汽车

戴姆勒的第一辆四轮汽车

1883年8月15日,戴姆勒(Gottlieb Daimler)与威廉·迈巴赫(Wilhelm Maybach)合作制成了第一台高速汽油试验性发动机,又于1886年在巴特坎施塔特制成了世界上第一辆“无马之车”。该车在买来的一辆四轮“美国马车”上装用他们制造的功率为1.1马力、转速为650r/min的发动机后,以18km/h的当时所谓令人窒息的速度从斯图加特驶向康斯塔特,世界上第一辆汽油发动机驱动的四轮汽车就此诞生了。

由于上述原因,人们一般都把1886年作为汽车元年,本茨和戴姆勒则被尊为汽车工业的鼻祖。

3.狄塞尔与柴油

无论是卡尔·本茨还是戴姆勒,他们发明的都是汽油机。但是尝试用其他物质作燃料的实验一直没有停止过。直到1897年,德国人鲁道夫·狄塞尔(Rudolf Diesel)成功试制出了第一台柴油机。

狄塞尔

狄塞尔柴油机

柴油机是用柴油作为燃料的内燃机。柴油机属于压缩点火式发动机,工作时,吸入柴油机气缸内的空气,因活塞的运动而受到较高程度的压缩,达到500~700℃的高温。然后,柴油以雾状喷入高温空气中,与空气混合形成可燃混合气,自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上,推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功。

法国出生的德裔工程师鲁道夫·狄塞尔,在1897年成功研制了可供实用的四冲程柴油机。由于它明显地提高了热效率而引起人们的重视。起初,柴油机用空气喷射燃料,附属装置庞大笨重,只用于固定作业。20世纪初,柴油机开始用于船舶,1905年制成了第一台船用二冲程柴油机。1913年狄塞尔去世,人们为了纪念他为世界作出了巨大贡献的发明,把柴油机叫做狄塞尔柴油机或者狄塞尔发动机。

4.汽车车身造型演变

综观汽车外形的发展,可以看出它一直是在围绕着“高速、安全、舒适地行驶”这一主题进行发展的。一部汽车外形的发展史,就是人类追求汽车性能不断提高的奋斗史。

马车型汽车

(1)马车型汽车 从19世纪末到20世纪初,世界上相继出现了一批汽车制造公司,除戴姆勒和本茨各自成立了以自己名字命名的汽车公司外,还有美国的福特公司、英国劳斯莱斯公司、法国的标致和雪铁龙公司及意大利的菲亚特公司等。当时的汽车外形基本上沿用了马车的造型。

维洛牌小客车

因此当时人们把汽车称为“无马之车”。1890年,德国奔驰公司生产的维洛牌车首先开始采用橡胶充气轮胎

1915年福特箱型车

(2)箱型汽车 马车型汽车很难抵挡风雨的侵袭,美国福特汽车公司在1915年生产出了一种新型的T型车,这种车的车室部分很像一只装有门和窗的大箱子,人们把这类车称为箱型汽车。早期的箱型汽车以美国的福特T型车最为著名,此车年产量达到30多万辆,占美国汽车总产量的70%~80%。

1928年雪佛兰

作为高速车来讲,箱型汽车是不够理想的,因为它的阻力大,大大妨碍了汽车前进的速度。所以人们又开始研究一种新的车型——流线型汽车。(www.daowen.com)

1934年克莱斯勒气流牌小客车

(3)流线型汽车 1934年,美国的克莱斯勒公司生产的气流牌小客车,首先采用了流线型的车身外形。1936年,福特公司在“气流”的基础上,加以精炼并吸收商品学要素研制成功了林肯和风牌流线型小客车。此车散热器罩很精练并具有动感,俯视整个车身呈纺锤形,很有特色。受其影响,以后出现的流线型汽车有1937年的福特V8型、1937年的菲亚特和1955年的雪铁龙等。流线型车身的大量生产是从德国的“大众”开始的。

大众1200甲壳虫

(4)甲壳虫车型 1933年,希特勒要求费迪南德·波尔舍(Ferdinand Porsche,1875—1951)设计一种大众化的汽车,波尔舍博士设计了一种类似甲壳虫外形的汽车。

波尔舍最大限度地发挥了甲壳虫外形的长处,此车成为同类车中之王。甲壳虫也成为该车的代名词。由于第二次世界大战的原因,甲壳虫型汽车直到1949年才真正大批量生产,并开始畅销世界各地,同时以一种车型累计生产超过200O万辆的纪录而著称于世。

1949年福特V8

(5)船型汽车 美国福特公司经过几年的努力于1949年,推出了具有历史意义的新型的福特V8型汽车。这种车型改变了以往汽车造型的模式,使前翼子板和发动机舱盖,后翼子板和行李舱罩融为一体,前照灯和散热器罩也形成整体,车身两侧形成一个平滑的面,车室位于车的中部,整个造型很像一只小船,所以人们把这类车称为船型汽车。船型汽车福特V8的成功,不仅仅在外形上有所突破,而且还首先把人体工程学应用在汽车的设计上。强调以人为主体的设计思想就是让设计师置身于驾驶人及乘员的位置,来设计便于操纵、乘坐舒适的汽车。船型汽车不论从外形上还是从性能上来看都优于甲壳虫型汽车,并且还解决了甲壳虫型汽车对横风不稳定的问题。

1959年通用维斯达

此外汽车的重心相对前移,而且加大了行李舱,使风压中心位于汽车重心之后,所以遇到横风就不会摇头摆尾。从20世纪50年代开始一直到现在,不管是大型车还是中小型车,都采用了船型车身,从而使船型造型成为世界上数量最多的一种车型。

1952年别克鱼型汽车

(6)鱼型汽车 船型汽车尾部过分向后伸出形成阶梯状,在高速时会产生较强的空气涡流。为了克服这一缺陷,人们把船型汽车的后窗玻璃逐渐倾斜成为斜背式。由于斜背式汽车的背部像鱼的脊背,所以这类车称为鱼型汽车。

鱼型汽车和甲壳虫型汽车光从背部来看很相近,但仔细观察可以看出鱼型汽车的背部和地面的角度比较小,尾部较长,围绕车身的气流也比较平顺,涡流阻力也较小。另外鱼型汽车基本上保留了船型汽车的长处,即车室宽大、视野开阔、舒适性好,另外鱼型汽车还增大了行李舱的容积。最初的鱼型汽车是美国1952年生产的别克牌小客车。鱼型汽车存在的缺点:由于鱼型汽车后风窗玻璃倾斜太甚,面积增加两倍而强度下降,产生结构上的缺陷。鱼型汽车还有一个潜在的重大缺点就是对横风的不稳定性。鱼型汽车发动机前置,车身重心相对前移,一般来讲横风的风压中心和车身重心接近。但由于鱼型汽车造型的关系,在高速时会产生一种升力使车轮附着力减小,从而抵挡不住横风的吹袭,有发生偏离的危险。人们想了很多办法以克服鱼型汽车的这一缺点,例如人们在鱼型汽车的尾部安上一只翘翘的“鸭尾”以克服一部分升力,这便是鱼型鸭尾式车型。

楔型汽车

(7)楔型汽车 为了从根本上解决因采用鱼形结构而带来的升力问题,人们进行了反复的探索,最后终于找到了楔形造型,也就是让车身前部呈尖形且向前下方倾斜,车身后部像刀切一样平直,这种造型可以有效地克服升力问题。

司蒂倍克·阿本提(Studebaker)的楔型汽车设计于1966年和1968年分别被“奥兹莫比尔”和“凯迪拉克”所采纳、继承和发展。从那以后,楔形成为了轿车的首选造型。

子弹头型汽车

研究楔型汽车的结构可以发现,车身前部呈尖形且向下倾斜,高速行驶时的空气流可在前轮产生向下的压力,防止前轮发飘。车身尾部如同刀切一样平直,可减小车顶以后部分的负压,防止后轮飘起。这种造型最大限度地解决了升力问题。

(8)子弹头型汽车 进入20世纪80年代以后,克莱斯勒汽车公司道奇分部和顺风分部先后推出了商队(Caravan)和航海家(Voyager)两种新型汽车。尽管这两种汽车仍以轿车外形为原型,但其车身造型却一改轿车传统的两厢或三厢式结构概念,在小型客车(面包车)车型概念的基础上进一步延伸发展,使之成为既有轿车的造型风格、操纵性能和乘坐感觉等特性,又具小客车的多乘客和大空间的优点,成为集商务、家用和旅游休闲等功能为一体的多用途车。这种车一问世,马上引起了消费者的极大兴趣,销售形势非常乐观。由于这种车的造型酷似子弹头,因此,在我国,人们将其俗称为子弹头型汽车。

5.汽车进入量产阶段

进入20世纪以后,汽车不再仅是欧洲人的天下了。美国农民出身的亨利·福特(HenryFord 1863—1947)在1896年造出第一辆福特车。1908年,福特公司开始生产T型汽车,此车以其结构紧凑、坚固耐用、容易驾驶、价格低廉而受到欢迎,并以产量之高而著称于世。1908年10月开始出售著名的T型车,到1927年T型车停产时,总共生产了1500万辆。

里程碑性质的福特T型车

1913年,福特汽车公司首次推出了流水装配线的大量作业方式,使汽车成本大跌,价格低廉。汽车,不再仅仅是贵族和有钱人的豪华奢侈品了,它开始逐渐成为大众化的商品。也是由此时开始,美国汽车便成为世界宠儿,福特公司也因此成为名副其实的汽车王国。所以,人们说,汽车发明于欧洲,但获得大发展却是在20世纪初的美国。福特采用流水作业生产汽车,在汽车发展史上具有里程碑意义。

第一次世界大战彰显了汽车运输的机动性,培训出了不少驾驶军用货车的驾驶员,他们中的很多人还学习到了一些汽车机械技术,于是战后汽车买卖兴隆。在美国,汽车制造商和附件的供应商全负荷生产仍不能满足需求的迅猛增长,汽车价格高于战前几倍。但时隔不久,由于经济萧条,汽车高需求即宣告结束。

到了第二次世界大战后,在英国,汽车的需要量比第一次世界大战后更高,几乎生产多少就可售出多少。战后的美国工业兴旺发达,汽车生产在世界上始终处于遥遥领先的地位。汽车、钢铁、建筑这三大工业曾被誉为三大支柱,而汽车工业更是美国工业骄傲的象征,长期以来,他们一直以研究豪华轿车为主。在美国人心目中,豪华、宽大和舒适是汽车的标志,丝毫不考虑能源问题。

1973年首次发生石油危机时,美国汽车工业便受到很大的冲击,而日本似乎对此早有察觉,他们大量研制生产的是小型节油汽车,结果终于在1980年把美国赶下了“汽车王国”的宝座,取而代之。

为了占领未来汽车市场,如今已有许多公司把诸如微型电子计算机、无线电通信卫星导航等新技术、新设备、新方法、新材料广泛应用于汽车工业,汽车正在走向自动化和电子化。有了卫星导航系统,汽车可接收交通卫星的通信资料,确定汽车所在位置,从而自动提供最优行车路线,并且显示出交通图。汽车的雷达系统可以把障碍物的距离和大小告诉给驾驶人,这样停车就更容易。而语言感知系统可以用图、表和声音告诉驾驶员汽车的各个部位情况,此外还可按“音”行事,执行与驾驶有关的指令等。另外,汽车排放的废气、噪声和污染等公害也日将减少,安全性、使用方便性将日益提高,即使再次发生石油危机,汽车工业也不会受到很大的影响。专家们认为,汽车是当前世界最主要的交通工具,在将来它仍然是世界上的主要交通工具,别的任何交通工具都不可能完全把汽车取代。

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