內燃機的歷史
內燃機的發展歷史
活塞式內燃機自19世紀60年代問世以來，經過不斷改進和發展，已是比較完善的機械。
它熱效率高、功率和轉速範圍寬、配套方便、機動性好，所以獲得了廣泛的應用。
全世界各種類型的汽車、拖拉機、農業機械、工程機械、小型移動電站和戰車等都以內燃機為動力。
海上商船、內河船舶和常規艦艇，以及某些小型飛機也都由內燃機來推進。
世界上內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。
活塞式內燃機起源於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，英國人斯特裏特提出從燃料的燃燒中獲取動力，並且第壹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計。
之後人們又提出過各種各樣的內燃機方案，但在十九世紀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構，設計制造出第壹臺實用的煤氣機。
這是壹種無壓縮、電點火、使用照明煤氣的內燃機。
勒努瓦首先在內燃機中采用了彈力活塞環。
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，隨後又有人著文論述對可燃混合氣進行壓縮的重要作用，並且指出壓縮可以大大提高勒努瓦內燃機的效率。
1862年，法國科學家羅沙對內燃機熱力過程進行理論分析之後，提出提高內燃機效率的要求，這就是最早的四沖程工作循環。
1876年，德國發明家奧托運用羅沙的原理，創制成功第壹臺往復活塞式、單缸、臥式、3.2千瓦(4.4馬力)的四沖程內燃機，仍以煤氣為燃料，采用火焰點火，轉速為156.7轉/分，壓縮比為2.66，熱效率達到14％，運轉平穩。
在當時，無論是功率還是熱效率，它都是最高的。
奧托內燃機獲得推廣，性能也在提高。
1880年單機功率達到11～15千瓦(15～20馬力)，到1893年又提高到150千瓦。
由於壓縮比的提高，熱效率也隨之增高，1886年熱效率為15.5%，1897年已高達20～26％。
1881年，英國工程師克拉克研制成功第壹臺二沖程的煤氣機，並在巴黎博覽會上展出。
隨著石油的開發，比煤氣易於運輸攜帶的汽油和柴油引起了人們的註意，首先獲得試用的是易於揮發的汽油。
1883年，德國的戴姆勒創制成功第壹臺立式汽油機，它的特點是輕型和高速。
當時其他內燃機的轉速不超過200轉/分，它卻壹躍而達到800轉/分，特別適應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展。
同時，汽車的發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，設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。
他首創的壓縮點火式內燃機(柴油機)於1897年研制成功，為內燃機的發展開拓了新途徑。
狄塞爾開始力圖使內燃機實現卡諾循環，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26％。
壓縮點火式內燃機的問世，引起了世界機械業的極大興趣，壓縮點火式內燃機也以發明者而命名為狄塞爾引擎。
這種內燃機以後大多用柴油為燃料，故又稱為柴油機。
1898年，柴油機首先用於固定式發電機組，1903年用作商船動力，1904年裝於艦艇，1913年第壹臺以柴油機為動力的內燃機車制成，1920年左右開始用於汽車和農業機械。
早在往復活塞式內燃機誕生以前，人們就曾致力於創造旋轉活塞式的內燃機，但均未獲成功。
直到1954年，聯邦德國工程師汪克爾解決了密封問題後，才於1957年研制出旋轉活塞式發動機，被稱為汪克爾發動機。
它具有近似三角形的旋轉活塞，在特定型面的氣缸內作旋轉運動，按奧托循環工作。
這種發動機功率高、體積小、振動小、運轉平穩、結構簡單、維修方便，但由於它燃料經濟性較差、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。
內燃機以其熱效率高、結構緊湊，機動性強，運行維護簡便的優點著稱於世。
壹百多年以來，內燃機的巨大生命力經久不衰。
目前世界上內燃機的擁有量大大超過了任何其它的熱力發動機，在國民經濟中占有相當重要的地位。
現代內燃機更是成為了當今用量最大、用途最廣、無壹與之匹敵的的最重要的熱能機械。
當然內燃機同樣也存在著不少的缺點，主要是：對燃料的要求高，不能直接燃用劣質燃料和固體燃料；由於間歇換氣以及制造的困難，單機功率的提高受到限制，現代內燃機的最大功率壹般小於4萬千瓦，而蒸汽機的單機功率可以高達數十萬千瓦；內燃機不能反轉；內燃機的噪聲和廢氣中有害成分對環境的汙染尤其突出。
可以說這壹百多年來的內燃機的發展史就是人類不斷革新，不斷挑戰克服這些缺點的歷史。
內燃機發展至今，約有壹個半世紀的歷史了。
同其他科學壹樣，內燃機的每壹個進步都是人類生產實踐經驗的概括和總結。
內燃機的發明始於對活塞式蒸汽機的研究和改進。
在它的發展史中應當特別提到的是德國人奧托和狄塞爾，正是他們在總結了前人無數實踐經驗的基礎上，對內燃機的工作循環提出了較為完善的奧托循環和狄塞爾循環，才使得到他們為止幾十年間無數人的實踐和創造活動得到了壹個科學地總結，並有了質的飛躍，他們將前任粗淺的、純經驗的、零亂無序的的經驗，加以繼承、發展、總結、提高，找出了規律性，為現代汽油機和柴油機熱力循環奠定了熱力學基礎，為內燃機的發展做出了偉大的貢獻。
往復活塞式內燃機
往復活塞式內燃機的種類很多，主要的分類方法有這樣壹些：按所用的燃料的不同，分為汽油機，柴油機、煤油機、煤氣機（包括各種氣體燃料內燃機）等；按每個工作循環的行程數不同，分為四沖程和二沖程；按著火方式不同，分為點燃式和壓燃式；按冷卻方式不同，分為水冷式和風冷式；按氣缸排列形式不同，分為直列式、V型、對置式、星型等；按氣缸數不同，分為單缸內燃機和多缸內燃機等；按內燃機的用途不同，分為汽車用、農用、機車用、船用以及固定用等等。
本文將會主要針對煤氣機、汽油機、柴油機這樣壹個發展脈絡來向大家介紹。
最早的內燃機——煤氣機
最早出現的內燃機是以煤氣為燃料的煤氣機。
1860年，法國發明家萊諾制成了第壹臺實用內燃機（單缸、二沖程、無壓縮和電點火的煤氣機，輸出功率為0.74—1.47KW，轉速為100r/min，熱效率為4%）。
法國工程師德羅沙認識到，要想盡可能提高內燃機的熱效率，就必須使單位氣缸容積的冷卻面積盡量減小，膨脹時活塞的速率盡量快，膨脹的範圍（沖程）盡量長。
在此基礎上，他在1862年提出了著名的等容燃燒四沖程循環：進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣。
1876年，德國人奧托制成了第壹臺四沖程往復活塞式內燃機（單缸、臥式、以煤氣為燃料、功率大約為2.21KW、180r/min）。
在這部發動機上，奧托增加了飛輪，使運轉平穩，把進氣道加長，又改進了氣缸蓋，使混合氣充分形成。
這是壹部非常成功的發動機，其熱效率相當於當時蒸汽機的兩倍。
奧托把三個關鍵的技術思想：內燃、壓縮燃氣、四沖程融為壹體，使這種內燃機具有效率高、體積小、質量輕和功率大等壹系列優點。
在1878年巴黎萬國博覽會上,被譽為“瓦特以來動力機方面最大的成就”。
等容燃燒四沖程循環由奧托實現,也被稱為奧托循環。
煤氣機雖然比蒸汽機具有很大的優越性,但在社會化大生產情況下,仍不能滿足交通運輸業所要求的高速、輕便等性能。
因為它以煤氣為燃料,需要龐大的煤氣發生爐和管道系統。
而且煤氣的熱值低(約1.75×107～2.09×107J/m3),故煤氣機轉速慢,比功率小。
到19世紀下半葉,隨著石油工業的興起,用石油產品取代煤氣作燃料已成為必然趨勢。