非机动车到内燃机的历史？

电动车发展史 | 比内燃机车早51年，却没有发展壮大，并被取代~

不少人都将纯电动车称为新能源汽车，但其实纯电动车并不是一个新鲜的产物，而且世界上第一辆电动汽车其实要比第一台内燃机汽车还要早。
世界上第一台纯电动车诞生于1834年，而第一台内燃机汽车诞生于1885年，也就说纯电动车相比内燃机车还要早51年！但为什么纯电动车没有发展壮大，并且在很长的一段时间被内燃机汽车所取代呢？今天我们就一起来回顾一下，纯电动车的发展历史吧。

想要了解世界上第一辆纯电动车首先要知道这个人，匈牙利物理学家耶德利克?阿纽什（Jedlik . nyos），由于发明了世界上第一台电动机，所以也被称为直流电机之父。
1828年的春天，耶德利克?阿纽什在他的实验室完成了首个电传装置，他换向器的发明解决了之前电机无法连续旋转的技术问题，他自己将这项发明命名为“电磁自转子”。

直流电机之父-耶德利克?阿纽什
在这之后的不久，耶德利克?阿纽什推出了第一台包含实用直流电动机的三个主要部件的设备：定子，转子和换向器。该设备不使用永磁体，因为固定组件和旋转组件的磁场仅由流经它们的绕组的电流产生。

有了电动机，耶德利克?阿纽什尝试着将它用于实际的工作中，因此他将该电机固定在一个木板上，并且底部装上了四个轮子，这可能就是世界上最早的纯电动车构想了。但由于电机功率太小等等原因，这个想法始终没有什么实际的进展。
世界上第一台可以真正行驶起来的纯电动车是美国发明家托马斯?达文波特（Thomas Davenport）于1834年设计并制造出来的，该车的亮点在于采用了一台直流电机作为驱动车辆的动力。

托马斯?达文波特
虽然这台车看上去已经与常规的汽车无异，但依旧由于当时技术的阻碍，该车只能行驶很短的一段距离，并且最高时速也仅为6km/h，完全无法用它来作为代步工具，并且电池方面也非常简单，还是一次性的，当电量用完也不可再充电。
3年之后，1837年托马斯?达文波特发明了换向器型直流电动机，并因此获得了美国电机行业的第一个专利，该电机在性能方面已经有了明显的进步，可以以每分钟600转的速度运转，但当时电池的成本太高，以至于电动机在商业上并不成功，最终托马斯?达文波特也破产了。
就这样纯电动车的研发和进展似乎停止了。
纯电动车的再次出现已经是1881年了，不过有了这40多年的沉淀和发展，纯电动车终于有了突破式的进展。法国人Gustave Trouve打造了一台采用铅酸蓄电池供电的纯电动车，整车及其驾驶员的重量约106kg，速度为15km/h，续航里程为16km。

该车相比1837年托马斯?达文波特发明的那台车明显更加实用，不论是速度还是续航里程都有了进步。但即便是这样的表现，也依旧不足以与马车相抗衡，所以在当时并没有引起关注。
1885年德国人卡尔?本茨已经发明了世界上第一台汽车，并于1886年1月29日申请并获得了发明专利。该车配备三个车轮，搭载了一台两冲程单缸0.9马力的汽油内燃机，世界第一辆汽车就此诞生。

奔驰1号
Lohner-Porsche
而且这台汽油内燃机汽车看起来似乎都要比纯电动车更加靠谱，但这些并没有影响纯电动车的发展，1899年德国人波尔舍发明了一台轮毂电动机，目的是用来代替当时内燃机汽车上使用的链条传动，通过这项发明纯电动车Lohner-Porsche也正式面世。没错！就是保时捷，只不过当时保时捷公司都还没有成立。

该车采用铅酸蓄电池作为动力源，亮点在于该车由两台轮毂电机作为动力源，轮毂电机被直接安装在了车辆的前轮上，所以在效率方面有了非常明显提升。在1900年的巴黎世博会上，该车首次登场亮相，轰动一时。
Lohner-Porsche的外观采用了当时流行的马车车厢造型，位于两个前轮的轮毂电机可以提供3马力左右的动力用来驱动车辆行驶，而为该电机供电的是位于车厢下方的铅酸电池。但是即便轮毂电机的效率足够出色，也摆脱不了当时电池技术不成熟，能量密度低而且电池笨重的情况，因此该车在续航里程方面的表现并不出色。

之后波尔舍还在Lohner-Porsche的两个后轮上也装上了轮毂电机，世界上第一台四轮驱动的电动车就此诞生，虽然该车的最高时速可以达到60km/h，但续航里程依旧是非常棘手的问题。

为了有效解决续航里程的问题，波尔舍于1900年研发出了世界上第一台混合动力汽车，波尔舍给车子安装了一台水冷的DeDion Bouton汽油发电机，该发电机功率为3.5马力，被安装在车身的中间，该发电机可以在90伏特电压下输出20A的电流，发电机输出的电能直接驱动外转子轮毂电机，而剩余的电能则流入电池组储存起来。

La Jamais Contente
同样是1900年，法国人卡米勒?詹纳兹（Camille Jenatzy）设计了一台引人注目并个性十足的车子，他将该车命名为La Jamais Contente，该车最大亮点在于采用了炮弹外形的车身，同时作为一台纯电动车，可以达到105.88km/h的极速，这样的速度不仅刷新了内燃机汽车保持的速度记录，同时也是纯电动车的极速首次突破100km/h，La Jamais Contente纯电动车保持着这个速度记录，一直到20世纪。

卡米勒?詹纳兹曾表示：当你开着这台车时，它仿佛离开了地面并且像颗从地面弹开的子弹一般向前投掷出去，至于车手，他身体和肩膀的肌肉在与气压抗衡时会变得僵硬，视线会固定在200码的地方，感知完全处在警戒状态。

这就是卡米勒?詹纳兹驾驶La Jamais Contente纯电动车时速度超过100km/h的感受，可能现在看来这样的速度并没有什么特殊的地方，但不同的是，在La Jamais Contente之前，人们从来没有通过一台车达到过这样的速度。

La Jamais Contente纯电动车的尺寸非常紧凑，与现在的小型两厢轿车差不多，同时车重只有1450kg，两台负责牵引的电动机总功率可以达到67马力。这样的表现对于当时的纯电动车完全是突破性的升级。

除此之外，La Jamais Contente纯电动车的车身使用铝钨合金、铝合金等等材质打造，它也被认为是世界上第一台流线造型的汽车，另外米其林还为该车提供了轮胎。

正是因为这些技术方面的进步，纯电动车的发展进步飞快，同时蓄电池方面也有了非常突出的进步，这也让纯电动车在当时颇受欢迎，而且许多关于速度和性能方面的纪录都是由纯电动车创下的，当时的内燃机汽车可以说是望尘莫及。
19世纪末20世纪初，汽车在美国开始流行起来，电动车也凭借着没有噪音、没有废气而且平稳舒适的特点让纯电动车的销量远远超过内燃机汽车。有数据显示在20世纪10年代的美国，燃油车的保有量只有22%，电动车则有38%。
但是好景不长，纯电动车的辉煌历史并没有延续太久，汽车的发展也推动了公路的建设，而人们也越来越期待驾驶着汽车前往更远的地方，所以汽车的续航里程就成为了人们最迫切的需求。
这对于纯电动车来讲无疑是致命的弱点，再加上当时世界上许多油田的开发，燃油的价格也下降到了人们可以接受的范围，所以内燃机汽车渐渐得到了人们的重视，技术也得到了飞速的发展。

福特T型车
可以说是亨利-福特与他的福特车亲手终结了纯电动车，凭借着大批量量产的福特车，不仅价格便宜，而且皮实耐用，纯电动车的优势已经荡然无存，自此，纯电动车一路低迷，百年沉寂。
标致VLV
不过在二战爆发后（1939-1945）电动车也曾短暂复苏过，由于当时石油资源短缺，法国标致公司趁势推出了VLV电动车，销量还算不错。

1941年标致推出了一款最大功率为1.3-3.5马力，搭载电压为48V的电动机的VLV纯电动车型，该车最高时速可以达到30km/h，在当时了巴黎街头，该车非常普遍。但也仅是昙花一现，随着战争的结束，VLV停产了。

通用EV1
而在电动车历史上，不得不提的一台车那就是通用EV1。该车可以说是最接近现代汽车的第一台纯电动车，并且还为之后纯电动车的发展提供了经验和技术标准，很多EV1车型上的研发设计思路依旧沿用至今。

虽然在EV1车型发布的时候引起了广泛的关注，但最终该车却并没有成功，EV1车型的设计非常个性，圆润的风格让它看起来有些臃肿，一体化的车壳一直延伸到车屁股，半封闭的后轮为车尾增加了审美重心，并加重了这辆车低底盘的视觉效果。

车尾的设计与车头遥相呼应，大角度上翘并形成较扁的嘴状。这样的一套设计即使用今天的审美观念来看也是很前卫的，在某些俯视角度和车漆颜色下这辆车甚至还有不小的现代感。

动力方面，EV1搭载了一台交流异步电机，最大功率可达100kW，可在输出149N?m的峰值扭矩。这样的动力表现在当时可以算作顶尖。每次十几小时的充电时间虽然不长，但对已习惯性加满油一次就不用管的传统汽车，这样的麻烦也让顾客在最初的新鲜劲过去后越来越没有继续用下去的耐心。再加上一些政策法规等各种原因，最终EV1仅量产了1117台，成为了被人遗忘的历史。

随着技术的发展，现在纯电动车已经成为了未来汽车发展的大趋势，不只是像特斯拉这样的厂商推出了众多知名的车型，就连不少著名的超级跑车厂商也纷纷加入了纯电动车的队伍。而且不论是动力性能还是高科技配置，也都超越了传统的内燃机车型，相信随着科技技术的发展，未来纯电动车还会有更大的发展。
本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。一百多年以来，内燃机的巨大生命力经久不衰。目前世界上内燃机的拥有量大大超过了任何其它的热力发动机，在国民经济中占有相当重要的地位。现代内燃机更是成为了当今用量最大、用途最广、无一与之匹敌的的最重要的热能机械。

当然内燃机同样也存在着不少的缺点，主要是：对燃料的要求高，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的困难，单机功率的提高受到限制，现代内燃机的最大功率一般小于4万千瓦，而蒸汽机的单机功率可以高达数十万千瓦；内燃机不能反转；内燃机的噪声和废气中有害成分对环境的污染尤其突出。可以说这一百多年来的内燃机的发展史就是人类不断革新，不断挑战克服这些缺点的历史。

内燃机发展至今，约有一个半世纪的历史了。同其他科学一样，内燃机的每一个进步都是人类生产实践经验的概括和总结。内燃机的发明始于对活塞式蒸汽机的研究和改进。在它的发展史中应当特别提到的是德国人奥托和狄塞尔，正是他们在总结了前人无数实践经验的基础上，对内燃机的工作循环提出了较为完善的奥托循环和狄塞尔循环，才使得到他们为止几十年间无数人的实践和创造活动得到了一个科学地总结，并有了质的飞跃，他们将前任粗浅的、纯经验的、零乱无序的的经验，加以继承、发展、总结、提高，找出了规律性，为现代汽油机和柴油机热力循环奠定了热力学基础，为内燃机的发展做出了伟大的贡献。

往复活塞式内燃机

往复活塞式内燃机的种类很多，主要的分类方法有这样一些：按所用的燃料的不同，分为汽油机，柴油机、煤油机、煤气机（包括各种气体燃料内燃机）等；按每个工作循环的行程数不同，分为四冲程和二冲程；按着火方式不同，分为点燃式和压燃式；按冷却方式不同，分为水冷式和风冷式；按气缸排列形式不同，分为直列式、V型、对置式、星型等；按气缸数不同，分为单缸内燃机和多缸内燃机等；按内燃机的用途不同，分为汽车用、农用、机车用、船用以及固定用等等。本文将会主要针对煤气机、汽油机、柴油机这样一个发展脉络来向大家介绍。

最早的内燃机——煤气机

最早出现的内燃机是以煤气为燃料的煤气机。1860年，法国发明家莱诺制成了第一台实用内燃机（单缸、二冲程、无压缩和电点火的煤气机，输出功率为0.74—1.47KW，转速为100r/min，热效率为4%）。法国工程师德罗沙认识到，要想尽可能提高内燃机的热效率，就必须使单位气缸容积的冷却面积尽量减小，膨胀时活塞的速率尽量快，膨胀的范围（冲程）尽量长。在此基础上，他在1862年提出了著名的等容燃烧四冲程循环：进气、压缩、燃烧和膨胀、排气。

1876年，德国人奥托制成了第一台四冲程往复活塞式内燃机（单缸、卧式、以煤气为燃料、功率大约为2.21KW、180r/min）。在这部发动机上，奥托增加了飞轮，使运转平稳，把进气道加长，又改进了气缸盖，使混合气充分形成。这是一部非常成功的发动机，其热效率相当于当时蒸汽机的两倍。奥托把三个关键的技术思想：内燃、压缩燃气、四冲程融为一体，使这种内燃机具有效率高、体积小、质量轻和功率大等一系列优点。在1878年巴黎万国博览会上,被誉为“瓦特以来动力机方面最大的成就”。等容燃烧四冲程循环由奥托实现,也被称为奥托循环。

煤气机虽然比蒸汽机具有很大的优越性,但在社会化大生产情况下,仍不能满足交通运输业所要求的高速、轻便等性能。因为它以煤气为燃料,需要庞大的煤气发生炉和管道系统。而且煤气的热值低(约1.75×107～2.09×107J/m3),故煤气机转速慢,比功率小。到19世纪下半叶,随着石油工业的兴起,用石油产品取代煤气作燃料已成为必然趋势。


汽油机的出现

1883年，戴姆勒和迈巴赫制成了第一台四冲程往复式汽油机，此发动机上安装了迈巴赫设计的化油器，还用白炽灯管解决了点火问题。以前内燃机的转速都不超过200r/min，而戴姆勒的汽油机转速一跃为800—1000r/min。它的特点是功率大，质量轻、体积小、转速快和效率高，特别适用于交通工具。与此同时，本茨研制成功了现在仍在使用的点火装置和水冷式冷却器。

到十九世纪末，主要的集中活塞式内燃机大体上进入了实用阶段，并且很快显示出巨大的生命力。内燃机在广泛应用中不断地得到改善和革新，迄今已达到一个较高的技术水平。在这样一个漫长的发展历史中，有两个重要的发展阶段是具有划时代意义的：一是50年代兴起的增压技术在发动机上的广泛应用；再就是70年代开始的电子技术及计算机在发动机研制中的应用，这两个发展趋势至今都方兴未艾

首先我们来看一下汽油机在本世纪的发展历程。在汽车和飞机工业的推动下汽油机取得了长足的发展。按提高汽油机的功率、热效率、比功率和降低油耗等主要性能指标的过程，可以把汽油机的发展分为四个阶段。

第一阶段是本世纪最初二十年，为适应交通运输的要求，以提高功率和比功率为主。采取的主要技术措施是提高转速、增加缸数和改进相应辅助装置。这个时期内，转速从上世纪的500—800r/min提高到1000—1500r/min，比功率从3.68W/Kg提高到441.3—735.5W/Kg，对提高飞机的飞行性能和汽车的负载能力具有重大的意义。

第二阶段时间在20年代，主要解决汽油机的爆震燃烧问题。当时汽油机的压缩比达到4时，汽油机就发生爆震。美国通用汽车公司研究室的米格雷和鲍义德通过在汽油中加入少量的四乙基铝，干扰氧和汽油分子化合的正常过程，解决了爆震的问题，使压缩比从4提高到了8，大大提高了汽油机的功率和热效率。当时另一严重影响汽油机功率和热效率的因素是燃烧室的形状和结构，英国的里卡多及其合作者通过对多种燃烧室及燃烧原理的研究，改进了燃烧室，使汽油机的功率提高了20%。

第三阶段是从20年代后期到40年代早期，主要是在汽油机上装备增压器。废气涡轮增压可使气压增至1.4—1.6大气压，他的应用为提高汽油机的功率和热效率开辟了一个新的途径。但是其真正的广泛应用，却是在50年代后期才普及的。

第四阶段从50年代至今，汽油机技术在原理重大变革之前发展已近极致。它的结构越来越紧凑，转速越来越高。其技术现状为：缸内喷射；多气门技术；进气滚流，稀薄分层燃烧；电子控制点火正时、汽油喷射及空燃比随工况精确控制等全面电子发动机管理；废气在循环及三元催化等排气净化技术等。其集中体现在近年来研制成功并投产的缸内直喷分层充气稀燃汽油机（GDI）。

但是随着70年代开始的电子技术在发动机上的应用，为内燃机技术的改进提供了条件,使内燃机基本上满足了目前世界各国有关排放、节能、可靠性和舒适性等方面的要求。内燃机电子控制现已包括电控燃油喷射、电控点火、怠速控制、排放控制、进气控制、增压控制、警告提示、自我诊断、失效保护等诸多方面。

同样内燃机电子控制技术的发展也大致可分为四个阶段：

1、内燃机零部件或局部系统的单独控制,如电子油泵、电子点火装置等。

2、内燃机单一系统或几个相关系统的独立控制,如燃油供给系统控制、最佳空燃比控制等。

3、整台内燃机的统一智能化控制,如内燃机电子控制系统。

4、装置与内燃机动力的集中电子控制,如汽车、船舶、发电机组的集中电子控制系统。

电子控制系统一般由传感器、执行器和控制器三部分组成。由此构成各种不同功能、不同用途的控制系统。。其主要目标是保持发动机各运行参数的最佳值，以求得发动机功率、燃油耗和排放性能的最佳平衡，并监视运行工况。如Caterpillar公司的3406PEPC系统是在3406柴油机上采用可变程序的发动机控制系统，具有电子调速功能，采用电子控制空燃比，可将喷有提前角始终保持在最佳值。美国Stanaclyne公司将其生产的DB型分配泵改为电子控制喷油泵，称为PFP系统，采用步进电机作为执行元件来控制喷油量和喷油定时


柴油机——内燃机家族的另一个明星

柴油机几乎是与汽油机同时发展起来的，它们具有许多相同点。所以柴油机的发展也与汽油机有许多相似之处，可以说在整个内燃机的发展史上，它们是相互推动的。

德国狄塞尔博士于1892年获得压缩点火压缩机的技术专利，1897年制成了第一台压缩点火的“狄塞尔”内燃机，即柴油机。

柴油机的高压缩比带来众多的优点：

1、不但可以省去化油器和点火装置，提高了热效率，而且可以使用比汽油便宜得多的柴油作燃料。

2、柴油机由于其压缩比大,最大功率点、单位功率的油耗低。在现代优秀的发动机中,柴油机的油耗约为汽油机的70%。特别像汽车,通常在部分负荷工况下行驶,其油耗约为汽油机的60%。柴油机是目前热效率最高的内燃机。

3、柴油机因为压缩比高,发动机结实,故经久耐用、寿命长。

同时高压缩比也带来了缺点:

1、柴油机的结构笨重。通常柴油的单位功率质量约为汽油机的1.5～3倍。柴油机压缩比高,爆发压力也高,可达汽油机的1.5倍左右(不增压的情况下)。为承受高温高压,就要求结实的结构。所以柴油机最初只是作为一种固定式发动机使用。

2、在同一排量下,柴油机的输出功率约为汽油机的1/3。因为柴油机把燃料直接喷入气缸,不能充分利用空气,相应功率输出低。假设汽油机的空气利用率为100%,那么柴油机仅有80%～90%。柴油机功率输出小的另一原因是压缩比大,发动机的摩擦损失比汽油机大。这种摩擦损失与转速成正比,不能期望通过增加转速来提高功率。转速最高的汽油机每分钟可运转10000次以上(如赛车发动机),而柴油机的最高转速却只有5000r/min。

近百年来,柴油机的热效率提高近80%,比功率提高几十倍,空气利用率达90%。当今柴油机的技术水平表现为:优良的燃烧系统；采用4气门技术；超高压喷射；增压和增压中冷；可控废气再循环和氧化催化器；降低噪声的双弹簧喷油器；全电子发动机管理等,集中体现在以采用电控共轨式燃油喷射系统为特征的新一代柴油机上。目前,日本的Nippondeno公司(ECDU2),德国Bosch(ZECCEL)和美国Caterpilla公司(HELII)是研究和生产共轨式电控喷油系统的主要公司。

增压技术在柴油机上的应用要比汽油机晚一些。早在20年代就有人提出压缩空气提高进气密度的设想，直到1926年瑞士人A.J.伯玉希才第一次设计了一台带废气涡轮增压器的增压发动机。由于当时的技术水平和工艺、材料的限制，还难以制造出性能良好的涡轮增压器，加上二次大战的影响，增压技术为能迅速普及，直到大战结束后，增压技术的研究和应用才受到重视。1950年增压技术才开始在柴油机上使用并作为产品提供市场。

50年代，增压度约为50%，四冲程机的平均有效压力约为0.7—0.8MPa，无中冷，处于一个技术水平较低的发展阶段。其后20多年间，增压技术得到了迅速的发展和广泛地采用。

70年代，增压度达200%以上，正式作为商品提供的柴油机的平均有效压力，四冲程机已达2.0MPa以上，二冲程机已超过1.3MPa，普遍采用中冷，使高增亚（>2.0MPa）四冲程机实用化。单级增压比接近5，并发展了两级增压和超高增压系统，相对于50年代初期刚采用增压技术的发动机技术水平，30年来有了惊人的发展。

进入80年代，仍保持这种发展势头。进排气系统的优化设计，提高充气效率，充分利用废气能量，出现谐振进气系统和MPC增压系统。可变截面涡轮增压器，使得单级涡轮增压比可达到5甚至更高。采用超高增压系统，压力比可达10以上，而发动机的压缩比可降至6以下，发动机的功率输出可提高2—3倍。进一步发展到与动力涡轮复合式二级涡轮增压系统。由此可见，高增压、超高增压的效果是可观的，将发动机的性能提高到了一个崭新的水平。

转动式内燃机

在蒸汽机的发展历史中有从往复活塞式蒸汽机到蒸汽轮机的演化。这一点,对内燃机的发展大有启发的。往复式内燃机运动要通过曲轴连杆机构或凸轮机构、摆盘机构、摇臂机构等,转换为功率输出轴的转动，这样不仅使机构复杂，而且由于转动机构的摩擦损耗,还会降低机械效率。另外由于活塞组的往复运动造成曲柄连杆机构的往复惯性力,这个惯性力与转速的平方成正比。随转速的提高，轴承上的惯性负荷显著增加，并由于惯性力的不平衡而产生强烈的振动。此外，往复式内燃机还有一套复杂的气门控制机构。于是人们设想:既然工具机的运动形式大部分都是轴的转动，能否效法从往复活塞式蒸汽机到蒸汽轮机的路子，使热能直接转化为轴的转动呢？于是人们开始了在这一领域的探索。


燃气轮机

1873年布拉顿(GeorgeBrayton)制造了一种定压燃烧的发动机。该机能提供使燃气完全膨胀到大气压所发出的功率。20世纪初法国的阿曼卡(BeneArmangaud)等成功地应用布拉顿循环原理制成燃气轮机。但是，因当时条件限制,热效率很低未能得到发展。

到30年代,由于空气动力学及耐高温合金材料和冷却系统的进展,为燃气轮机进入实用创造了条件。燃气轮机虽然是内燃机,但它没有像往复式内燃机那样必须在封闭的空间里和限定的时间内燃烧的限制，所以不会发生像汽油机那样令人担心的爆震，也很少像柴油机那样受摩擦损失的限制；且燃料燃烧所产生的气体直接推动叶轮转动，故它的结构简单(与活塞式内燃机相比，其部件仅为它的1/6左右)、质量轻、体积小、运行费用省，且易于采用多种燃料，也较少发生故障。虽然燃气轮机目前尚存在一些缺点：寿命短、需要高级耐热钢材和成本高及排污(主要是NOx)较严重等，致使至今燃气轮机的应用仍局限于飞机、船舶、发电厂和机车，但是由于布拉顿循环的优越性和燃气轮机对燃油的限制少及上述的其它优点,使得它仍为现在和将来人们致力研究的动力技术之一。若突破涡轮入口温度，大大提高热效率，且克服其它缺点，燃气轮机有望取代汽、柴油机。


旋转活塞式发动机

一直以来人们都在致力于建造旋转式发动机，其目标是避免往复式发动机固有的复杂性。在1910年以前，人们曾提出过2000多个旋转发动机的方案。20世纪初，又有许多人提出不同的方案，但大多因结构复杂或无法解决气缸密封问题而不能实现。直到1954年，德国人汪克尔(FelixWankel)经长期研究，突破了气缸密封这一关键技术，才使具有长短幅圆外旋轮线缸体的三角旋转活塞发动机首次运转成功。转子每转一圈可以实现进气、压缩、燃烧膨胀和排气过程，按奥托循环运转。1962年三角转子发动机作为船用动力，到80年代日本东洋工业公司把它用于汽车引擎。

转子发动机有一系列的优点：

1、它取消了曲柄连杆机构、气门机构等，得以实现高速化。

2、质量轻(比往复式内燃机质量下降1/2到1/3)、结构和操作简单(零件数量比往复式少40%，体积减少50%)。

3、在排气污染方面也有所改善，如NOx产生较少。

但转子发动机也存在着严重的不足之处：

1、.这种结构的密封性能较差，至今只能作为压缩比低的汽油机使用。

2、由于高速带来了扭矩低，组织经济的燃烧过程困难。

3、寿命短、可靠性低以及加工长短轴旋轮线的专用机床构造复杂等。


内燃机的发展趋势

内燃机的发明，至今已有100多年的历史。如果把蒸汽机的发明认为是第一次动力革命,那么内燃机的问世当之无愧是第二次动力革命。因为它不仅是动力史上的一次大飞跃，而且其应用范围之广、数量之多也是当今任何一种别的动力机械无与伦比的。随着科技的发展,内燃机在经济性、动力性、可靠性等诸多方面取得了惊人的进步，为人类做出了巨大贡献。蒸汽机从初创到完成花去了一个世纪的时间，从完成到极盛又走了一个世纪，从极盛到衰落大约也是一个世纪。内燃机的发明也经历了一个世纪的历程，从那时起，人类又前进了一个世纪，可以说如今内燃机已进入了极盛时期。在世纪之交的今天，我们关注内燃机的未来，人们在拭目以待的同时，更希望内燃机能在新的世纪再创辉煌的业绩。这里我将向大家展示新世纪里内燃机的发展趋势。


内燃机增压技术

从内燃机重要参数(压力、温度、转速)的发展规律来看，可以发现这三个参数在1900年以前随着年代的推移提高得很快。而在1900年以后，尤其是1950年以后，温度、转速提高变慢，而平均有效压力随着年代的增加仍直线上升。实践证明：提高平均有效压力可以大幅度地提高效率，减轻质量。而提高平均有效压力的技术就是提高增压度。如柴油机增压可大幅度地缩小柴油机进气管尺寸，并使气缸有足够大的充气效率用于提高柴油机的功率，使之能在一个宽广的转速范围内既提高功率又有大的扭矩。一台增压中冷柴油机可以使功率成倍提高，而造价仅提高15%～30%，即每马力造价可平均降低40%。所以增压、高增压、超高增压是当前内燃机重要的发展方向之一。但是这只是问题的一个方面，另一个方面发动机强化和超强化会给零部件带来过大的机械负荷和热负荷，特别是热负荷问题已成为发动机进一步强化的限制；再就是单级高效率、高压比压气机也限制了增压技术的进一步发展，因此，不是增压度越高越好的。


内燃机电子控制技术

内燃机电子控制技术产生于20世纪60年代后期,通过70年代的发展,80年代趋于成熟。随着电子技术的进一步发展,内燃机电子控制技术将会承担更加重要的任务,其控制面会更宽,控制精度会更高,智能化水平也会更高。诸如燃烧室容积和形状变化的控制、压缩比变化控制、工作状态的机械磨损检测控制等较大难度的内燃机控制将成为现实并得到广泛应用。内燃机电子控制是由单独控制向综合、集中控制方向发展,是由控制的低效率及低精度向控制的高效率及高精度发展的。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”,其发展情况将与高速发展的电子技术相适应。内燃机电子控制技术是内燃机适应社会发展需求的主要技术依托,也是内燃机保持21世纪辉煌的重要影响因素。


内燃机材料技术

内燃机使用的传统材料是钢、铸铁和有色金属及其合金。在内燃机发展过程中，人们不断对其经济性、动力性、排放等提出了更高的要求，从而对内燃机材料的要求相应提高。根据内燃机今后的发展目标，对内燃机材料的要求主要集中在绝热性、耐热性、耐磨性、减摩性、耐腐蚀性及热膨胀小、质量轻等方面。要促进内燃机材料的发展,除采用改变材料化学成分与含量来达到零部件所要求的物理、机械性能这一常规方法外，也可采用表面强化工艺来使材料达到所需的要求，但内燃机材料的发展更需要我们去开发适应不同工作状态的新材料。与内燃机传统材料相比，陶瓷材料具有无可比拟的绝热性和耐热性，陶瓷材料和工程塑料(如纤维增强塑料)具有比传统材料优越的减摩性、耐磨性和耐腐蚀性,其比重与铝合金不相上下而比钢和铸铁轻得多。因此,陶瓷材料(高性能陶瓷)凭借其优良的综合性能，可用在许多内燃机零件上，如喷油点火零件、燃烧室、活塞顶等，若能克服脆性、成本等方面的弱点，在新世纪里将会得到广泛应用。工程塑料也可用于许多内燃机零件，如内燃机上的各种罩盖、活塞裙部、正时齿轮、推杆等，随着工艺水平的提高及价格的降低,未来工程塑料在内燃机上的应用将会与日俱增。综合内燃机的各种材料，为扬长避短，在新材料的基础上又开发出了以金属、塑料或陶瓷为基材的各种复合材料,并开始在内燃机上逐渐推广使用。

展望新世纪，在今后一段时期内，钢、铸铁和有色金属及其合金，仍将是内燃机的主要材料。各种表面强化工艺将更加先进，并得到广泛应用。以金属、塑料、陶瓷为基材的各种复合材料将在10年之后进入惊人的高速推广时期，新材料在内燃机上的使用也将同时加速。


内燃机制造技术

内燃机的发展水平取决于其零部件的发展水平，而内燃机零部件的发展水平，是由生产制造技术等因素来决定的。也就是说，内燃机零部件的制造技术水平，对主机的性能、寿命及可靠性有决定性的影响。同样制造技术与设备的关系也是密不可分的，每当新一代设备或工艺材料研制成功，都会给制造技术的革新带来突破性的进展。进入新世纪后，科学技术的发展会异常迅猛,新设备的研制周期将越来越短，因此新世纪内燃机制造技术必将形成迅速发展的局面。

由于铸造技术水平的提高，气冲造型、静压造型、树脂自硬砂造型制芯、消失模铸造，使内燃机铸造的主要零件如机体、缸盖可以制成形状复杂曲面及箱型结构的薄壁铸件。这不仅在很大程度上提高了机体刚度,降低了噪声辐射，而且使内燃机达到轻量化。由于象喷涂、重熔、烧结、堆焊、电化学加工、激光加工等局部表面强化技术的进步，使材料功能得到完善的发挥；由于设备水平提高，加工制造技术向高精度、高效率、自动化方向发展，带动了内燃机零部件生产向高集中化程度发展。另一方面，柔性制造技术的推广，使内燃机产品更新换代具有更大的灵活性和适应性。多品种小批量生产的柔性制造系统引起了内燃机制造商们的广泛认同，也顺应了生产技术发展及市场形势的变化。电子技术及计算机在设计、制造、试验、检测、工艺过程控制上的应用,推动了行业的技术进步，提高了内燃机的产品质量。新材料的发展也推动了内燃机零部件生产工艺的变革，特别是工程塑料、陶瓷材料及复合材料在内燃机上的运用，有力地促进了内燃机制造技术的发展。随着内燃机电控技术的发展，电控系统三大组成部分(传感器、执行器、控制单元)将成为内燃机零部件行业的重要分支，同时向传统的内燃机制造业提出了新的课题。

由此我们可以推断:在21世纪,内燃机制造技术将向高精度、多元化方面飞速发展。它的发展速度和方向不仅关系到内燃机的质量,还直接对内燃机的未来产生重大影响。就其产品技术进步快慢而言,汽车内燃机发展最快,其次是机车、船舶、发电机组、工程机械、农业机械等。


内燃机代用燃料

由于世界石油危机和发动机尾气对环境的污染日益严重，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进行改造或重新设计，开发以天然气、液化石油气和氢气等为燃料的气体发动机为目前和今后一段时间内内燃机技术的重点之一。其中气体发动机的功率恢复技术和氢气发动机的燃烧控制等是其中的重中之重。


综述

内燃机在应用中不断发展，各种内燃机彼此相互竞争，相互渗透，相互综合，从中演化出各种新的混合式发动机。如燃气轮机的发明和发展一方面对柴油机形成竞争，另一方面也补充了柴油机，使柴油机废气涡轮增压得到完善，反过来增强了柴油机的竞争能力。燃气轮机本来也是蒸汽轮机的竞争对手，但人们把燃气轮机和蒸汽轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起，构成一种崭新的高效循环:燃气——蒸汽轮机联合循环。热力学第二定律告诉我们，要提高热效率，应尽可能提高热机的加热温度和降低排热温度。蒸汽机的排热温度较低(约300K)，但由于水蒸气本身特性和设备条件的限制，其加热温度不可能太高，目前稳定在800～900K以下。随着冶金和冷却技术的发展，燃气轮机的加热温度一直在上升，目前已达1300～1500K左右；但其排热温度却不能太低，一般为700～800K，甚至更高。所以这两种热机目前的实际热效率都未超过40%。燃气——蒸汽联合循环，将燃气轮机的排气送进余热锅炉生产蒸气，供蒸汽轮机利用。联合循环可以同时取得燃气轮机加热温度高和蒸汽轮机排热温度低的双重优点。目前此联合循环机组最高热效率已达47%以上。如果把它作为热电并供机组使用，其燃料利用率可达80%左右。

混合动力的意义越来越广，如电动马达加汽油机或柴油机，以应用各自的优点，屏蔽各自的缺点。而日产汽车工业公司则把高性能的发电机兼电动机装入柴油机飞轮的位置,成功地研制出名符其实的混合式发动机，即成功地开发了使两种原理同时作用的原动机(HIMR发动机)。混合式发动机是未来动力技术的热点之一，它极有望成为既不损害人类已获得的方便，又能保持美好环境的机械。

内燃机的发展史表明，具有本质上优越性的新技术，是富有生命力的新生事物，必有广阔的发展前途。第一台实用内燃机热效率只有4%，而当时蒸汽机的热效率已达8%～10%；但内燃机“内燃”本质上的优越性决定了它很快地就超过了蒸汽机。

综上所述,21世纪的内燃机将面临来自各方面的挑战,它将义无返顾地朝着节约能源、燃料多样化、提高功率、延长寿命、提高可靠性、降低排放和噪声、减轻质量、缩小体积、降低成本、简化维护保养等方向迅猛发展。在21世纪,天然气、醇类、植物油及氢等代用燃料将为内燃机增添新的活力,而内燃机电子控制技术在提高品质的同时也延长了内燃机行业的“生命”。新材料、新工艺的技术革命,为21世纪内燃机的发展产生了新的推动力。21世纪的内燃机,将在造福人类的同时不断弥补自身缺陷,以尽可能完美的形象为人类作出新的贡献

不少人都将纯电动车称为新能源汽车，但其实纯电动车并不是一个新鲜的产物，而且世界上第一辆电动汽车其实要比第一台内燃机汽车还要早。
世界上第一台纯电动车诞生于1834年，而第一台内燃机汽车诞生于1885年，也就说纯电动车相比内燃机车还要早51年！但为什么纯电动车没有发展壮大，并且在很长的一段时间被内燃机汽车所取代呢？今天我们就一起来回顾一下，纯电动车的发展历史吧。

想要了解世界上第一辆纯电动车首先要知道这个人，匈牙利物理学家耶德利克•阿纽什（Jedlik . nyos），由于发明了世界上第一台电动机，所以也被称为直流电机之父。
1828年的春天，耶德利克•阿纽什在他的实验室完成了首个电传装置，他换向器的发明解决了之前电机无法连续旋转的技术问题，他自己将这项发明命名为“电磁自转子”。
直流电机之父-耶德利克•阿纽什

在这之后的不久，耶德利克•阿纽什推出了第一台包含实用直流电动机的三个主要部件的设备：定子，转子和换向器。该设备不使用永磁体，因为固定组件和旋转组件的磁场仅由流经它们的绕组的电流产生。

有了电动机，耶德利克•阿纽什尝试着将它用于实际的工作中，因此他将该电机固定在一个木板上，并且底部装上了四个轮子，这可能就是世界上最早的纯电动车构想了。但由于电机功率太小等等原因，这个想法始终没有什么实际的进展。
世界上第一台可以真正行驶起来的纯电动车是美国发明家托马斯•达文波特（Thomas Davenport）于1834年设计并制造出来的，该车的亮点在于采用了一台直流电机作为驱动车辆的动力。
托马斯•达文波特

虽然这台车看上去已经与常规的汽车无异，但依旧由于当时技术的阻碍，该车只能行驶很短的一段距离，并且最高时速也仅为6km/h，完全无法用它来作为代步工具，并且电池方面也非常简单，还是一次性的，当电量用完也不可再充电。
3年之后，1837年托马斯•达文波特发明了换向器型直流电动机，并因此获得了美国电机行业的第一个专利，该电机在性能方面已经有了明显的进步，可以以每分钟600转的速度运转，但当时电池的成本太高，以至于电动机在商业上并不成功，最终托马斯•达文波特也破产了。
就这样纯电动车的研发和进展似乎停止了。
纯电动车的再次出现已经是1881年了，不过有了这40多年的沉淀和发展，纯电动车终于有了突破式的进展。法国人Gustave Trouve打造了一台采用铅酸蓄电池供电的纯电动车，整车及其驾驶员的重量约106kg，速度为15km/h，续航里程为16km。

该车相比1837年托马斯•达文波特发明的那台车明显更加实用，不论是速度还是续航里程都有了进步。但即便是这样的表现，也依旧不足以与马车相抗衡，所以在当时并没有引起关注。
1885年德国人卡尔•本茨已经发明了世界上第一台汽车，并于1886年1月29日申请并获得了发明专利。该车配备三个车轮，搭载了一台两冲程单缸0.9马力的汽油内燃机，世界第一辆汽车就此诞生。

奔驰1号
Lohner-Porsche
而且这台汽油内燃机汽车看起来似乎都要比纯电动车更加靠谱，但这些并没有影响纯电动车的发展，1899年德国人波尔舍发明了一台轮毂电动机，目的是用来代替当时内燃机汽车上使用的链条传动，通过这项发明纯电动车Lohner-Porsche也正式面世。没错！就是保时捷，只不过当时保时捷公司都还没有成立。

该车采用铅酸蓄电池作为动力源，亮点在于该车由两台轮毂电机作为动力源，轮毂电机被直接安装在了车辆的前轮上，所以在效率方面有了非常明显提升。在1900年的巴黎世博会上，该车首次登场亮相，轰动一时。
Lohner-Porsche的外观采用了当时流行的马车车厢造型，位于两个前轮的轮毂电机可以提供3马力左右的动力用来驱动车辆行驶，而为该电机供电的是位于车厢下方的铅酸电池。但是即便轮毂电机的效率足够出色，也摆脱不了当时电池技术不成熟，能量密度低而且电池笨重的情况，因此该车在续航里程方面的表现并不出色。

之后波尔舍还在Lohner-Porsche的两个后轮上也装上了轮毂电机，世界上第一台四轮驱动的电动车就此诞生，虽然该车的最高时速可以达到60km/h，但续航里程依旧是非常棘手的问题。

为了有效解决续航里程的问题，波尔舍于1900年研发出了世界上第一台混合动力汽车，波尔舍给车子安装了一台水冷的DeDion Bouton汽油发电机，该发电机功率为3.5马力，被安装在车身的中间，该发电机可以在90伏特电压下输出20A的电流，发电机输出的电能直接驱动外转子轮毂电机，而剩余的电能则流入电池组储存起来。

La Jamais Contente
同样是1900年，法国人卡米勒•詹纳兹（Camille Jenatzy）设计了一台引人注目并个性十足的车子，他将该车命名为La Jamais Contente，该车最大亮点在于采用了炮弹外形的车身，同时作为一台纯电动车，可以达到105.88km/h的极速，这样的速度不仅刷新了内燃机汽车保持的速度记录，同时也是纯电动车的极速首次突破100km/h，La Jamais Contente纯电动车保持着这个速度记录，一直到20世纪。

卡米勒•詹纳兹曾表示：当你开着这台车时，它仿佛离开了地面并且像颗从地面弹开的子弹一般向前投掷出去，至于车手，他身体和肩膀的肌肉在与气压抗衡时会变得僵硬，视线会固定在200码的地方，感知完全处在警戒状态。

这就是卡米勒•詹纳兹驾驶La Jamais Contente纯电动车时速度超过100km/h的感受，可能现在看来这样的速度并没有什么特殊的地方，但不同的是，在La Jamais Contente之前，人们从来没有通过一台车达到过这样的速度。

La Jamais Contente纯电动车的尺寸非常紧凑，与现在的小型两厢轿车差不多，同时车重只有1450kg，两台负责牵引的电动机总功率可以达到67马力。这样的表现对于当时的纯电动车完全是突破性的升级。

除此之外，La Jamais Contente纯电动车的车身使用铝钨合金、铝合金等等材质打造，它也被认为是世界上第一台流线造型的汽车，另外米其林还为该车提供了轮胎。

正是因为这些技术方面的进步，纯电动车的发展进步飞快，同时蓄电池方面也有了非常突出的进步，这也让纯电动车在当时颇受欢迎，而且许多关于速度和性能方面的纪录都是由纯电动车创下的，当时的内燃机汽车可以说是望尘莫及。
19世纪末20世纪初，汽车在美国开始流行起来，电动车也凭借着没有噪音、没有废气而且平稳舒适的特点让纯电动车的销量远远超过内燃机汽车。有数据显示在20世纪10年代的美国，燃油车的保有量只有22%，电动车则有38%。
但是好景不长，纯电动车的辉煌历史并没有延续太久，汽车的发展也推动了公路的建设，而人们也越来越期待驾驶着汽车前往更远的地方，所以汽车的续航里程就成为了人们最迫切的需求。
这对于纯电动车来讲无疑是致命的弱点，再加上当时世界上许多油田的开发，燃油的价格也下降到了人们可以接受的范围，所以内燃机汽车渐渐得到了人们的重视，技术也得到了飞速的发展。

福特T型车
可以说是亨利-福特与他的福特车亲手终结了纯电动车，凭借着大批量量产的福特车，不仅价格便宜，而且皮实耐用，纯电动车的优势已经荡然无存，自此，纯电动车一路低迷，百年沉寂。
标致VLV
不过在二战爆发后（1939-1945）电动车也曾短暂复苏过，由于当时石油资源短缺，法国标致公司趁势推出了VLV电动车，销量还算不错。

1941年标致推出了一款最大功率为1.3-3.5马力，搭载电压为48V的电动机的VLV纯电动车型，该车最高时速可以达到30km/h，在当时了巴黎街头，该车非常普遍。但也仅是昙花一现，随着战争的结束，VLV停产了。

通用EV1
而在电动车历史上，不得不提的一台车那就是通用EV1。该车可以说是最接近现代汽车的第一台纯电动车，并且还为之后纯电动车的发展提供了经验和技术标准，很多EV1车型上的研发设计思路依旧沿用至今。

虽然在EV1车型发布的时候引起了广泛的关注，但最终该车却并没有成功，EV1车型的设计非常个性，圆润的风格让它看起来有些臃肿，一体化的车壳一直延伸到车屁股，半封闭的后轮为车尾增加了审美重心，并加重了这辆车低底盘的视觉效果。

车尾的设计与车头遥相呼应，大角度上翘并形成较扁的嘴状。这样的一套设计即使用今天的审美观念来看也是很前卫的，在某些俯视角度和车漆颜色下这辆车甚至还有不小的现代感。

动力方面，EV1搭载了一台交流异步电机，最大功率可达100kW，可在输出149N•m的峰值扭矩。这样的动力表现在当时可以算作顶尖。每次十几小时的充电时间虽然不长，但对已习惯性加满油一次就不用管的传统汽车，这样的麻烦也让顾客在最初的新鲜劲过去后越来越没有继续用下去的耐心。再加上一些政策法规等各种原因，最终EV1仅量产了1117台，成为了被人遗忘的历史。

随着技术的发展，现在纯电动车已经成为了未来汽车发展的大趋势，不只是像特斯拉这样的厂商推出了众多知名的车型，就连不少著名的超级跑车厂商也纷纷加入了纯电动车的队伍。而且不论是动力性能还是高科技配置，也都超越了传统的内燃机车型，相信随着科技技术的发展，未来纯电动车还会有更大的发展。

内燃机的发明，使人类的许多梦想得以实现：飞机、汽车、农用拖拉机、潜艇、坦克等等，都是在内燃机发明之后才研制成功的。内燃机也使石油成为新兴燃料。内燃机在政治上和经济上的影响无与伦比。就世界政治而言，产油国家的势力空前强大，因为发达国家不能一日无油。今天，要维持世界繁荣，石油供应就万万不能中断。

1886年，德国工程师戴姆勒首先把汽油发动机装在自制的船上，在德国纳卡河上航行成功。船舶汽油发动机由于速度很高，在第一次世界大战中首先普遍用于鱼雷艇、汽艇及海岸巡逻艇上。

采用柴油发动机，主要是为了经济而不是为了提高航速。它比蒸汽机轻巧，节省舱位。1902年，第一台船用柴油机装在法国运河船"小皮尔"号上。两年后，俄国油轮"旺达尔"号建成，在伏尔加河和里海上航行，是世界上第一艘柴油远洋轮船。从1930年代起，新造的客轮及货轮大都采用柴油发动机。柴油机是游艇上最普遍装置的辅机。如今，只有军舰和最大的邮船仍旧使用蒸汽发动机。
以内燃机为动力的汽车作为一种新的运输工具，发展也很迅速。19世纪90年代，世界各国生产的汽车每年只有几千辆，但到了第一次世界大战前夕，世界的汽车年产量已猛增到50万辆以上。
内燃机的发明和使用还推动了石油开采业的发展，加速了石油化工工业的产生。美国在内战前夕的1859年，已在宾夕法尼亚州发现石油，钻出第一口油井，但石油最初只用于照明。随着内燃机的广泛应用，对燃料油的需求猛增，人们开始大量地开采和提炼石油，石油的产量迅速增长。

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