내연 기관 발전사

내연기관은 열효율이 높고, 구조가 작고, 기동성이 강하며, 운행유지보수가 간편하다는 장점으로 유명하다. 1 여 년 동안 내연 기관의 거대한 생명력은 오래도록 시들지 않았다. 현재 세계에서 내연 기관의 소유량은 다른 어떤 열 엔진보다 훨씬 뛰어나 국민 경제에서 상당히 중요한 위치를 차지하고 있다. 현대 내연기관은 오늘날 가장 많이 사용되고, 용도가 가장 넓고, 그에 필적할 수 없는 가장 중요한 열에너지 기계가 되었다. 물론 내연기관도 적지 않은 단점이 있다. 주로 연료에 대한 요구가 높아 저질 연료와 고체 연료를 직접 태울 수 없다는 점이다. 간헐적인 환기와 제조의 어려움으로 인해 독립 실행형 전력의 증가는 제한되어 있으며, 현대 내연 기관의 최대 전력은 일반적으로 4 만 킬로와트보다 작고 증기 기관의 독립 전력은 수십만 킬로와트에 달할 수 있습니다. 내연 기관은 뒤집을 수 없습니다. 내연기관의 소음과 배기가스 중 유해 성분이 환경 오염에 특히 두드러진다. 1 여 년 동안 내연기관의 발전사는 인류가 끊임없이 혁신하고 이러한 단점을 극복하는 역사에 도전하는 것이라고 할 수 있다. 내연기관은 지금까지 약 1 세기 반의 역사를 가지고 있다. 다른 과학과 마찬가지로 내연 기관의 모든 발전은 인간 생산 실무 경험의 요약과 총결산이다. 내연 기관의 발명은 피스톤 증기기관에 대한 연구와 개선으로 시작되었다. 그것의 발전사에서 특별히 언급해야 할 것은 독일인 오토와 디젤이다. 바로 그들이 전임자의 무수한 실천 경험을 총결하는 기초 위에서 내연 기관의 작업순환에 대해 비교적 완벽한 오토순환과 디셀 순환을 제시하여, 그들이 수십 년 동안 수많은 사람들의 실천과 창조활동을 과학적으로 총결하고 질적인 비약이 있게 되었다. 그들은 전임자의 얕고, 순수하고, 무란무란한 경험을, 무질서한 경험을,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 왕복피스톤 내연 기관 왕복피스톤 내연 기관의 종류가 다양하며, 주요 분류 방법은 휘발유 엔진, 디젤 엔진, 등유기, 가스기 (각종 가스 연료 내연 기관 포함) 등으로 나뉜다. 각 작업 주기의 스트로크 수에 따라 4 스트로크와 2 스트로크로 나뉩니다. 점화 방식에 따라 점화 및 압축 연소로 구분됩니다. 냉각 방식에 따라 수냉식과 공랭식으로 나뉜다. 실린더 배열에 따라 직열식, V 형, 반대, 별별 등으로 나뉜다. 가스 실린더 수에 따라 단일 실린더 내연 기관과 다중 실린더 내연 기관 등으로 나뉜다. 내연 기관의 용도에 따라 자동차, 농용, 기관차용, 선박용, 고정용 등으로 나뉜다. 이 글은 주로 가스기, 휘발유 엔진, 디젤 엔진과 같은 발전 맥락을 겨냥하여 여러분께 소개할 것입니다. 최초의 내연기관인 가스기 가 가장 먼저 등장한 내연기관은 가스를 연료로 하는 가스기이다. 186 년 프랑스 발명가 레노는 최초의 실용 내연 기관 (단일 실린더, 2 행정, 비압축 및 전기 점화 가스 기계, 수출전력은 .74—1.47KW, 회전 속도는 1r/min, 열효율은 4%) 을 만들었다. 프랑스 엔지니어인 드로사는 내연 기관의 열효율을 최대한 높이려면 단위 실린더 부피의 냉각 면적을 최소화해야 하며, 팽창할 때 피스톤의 속도는 가능한 한 빨리, 팽창의 범위 (스트로크) 는 가능한 한 길어야 한다는 것을 깨달았다. 이를 바탕으로 그는 1862 년에 흡기, 압축, 연소, 팽창, 배기 등 유명한 등용연소 4 행정 사이클을 제안했다.

1876 년 독일인 오토는 최초의 4 행정 왕복피스톤 내연 기관 (단독, 데스크탑, 가스를 연료로, 전력은 약 2.21KW, 18r/min) 을 만들었다. 이 엔진에서 오토는 비륜을 증가시켜 원활한 작동을 하고, 흡입구를 길게 하고, 실린더 헤드를 개선하여 혼합기가 충분히 형성되도록 했다. 이것은 당시 증기기관의 두 배에 해당하는 열 효율을 가진 매우 성공적인 엔진이다. 오토는 내연, 압축 가스, 4 행정 등 세 가지 핵심 기술 사상을 하나로 융합하여 이 내연기관은 효율이 높고, 부피가 작고, 질량이 가볍고, 전력이 크다는 일련의 장점을 가지고 있다. 1878 년 파리 만국 박람회에서' 와트 이후 동력기 방면에서 가장 큰 업적' 으로 꼽혔다. 등용연소 4 행정 주기는 오토가 실현하며 오토순환이라고도 한다. 가스기는 증기기관보다 우월하지만 사회화 대생산 상황에서는 교통업계가 요구하는 고속, 경량 등의 성능을 충족시킬 수 없다. 가스를 연료로 사용하기 때문에 거대한 가스 발생로와 배관 시스템이 필요하다. 그리고 가스의 발열량이 낮기 때문에 (약 1.75× 17 ~ 2.9× 17J/M3), 가스기는 속도가 느리고 전력보다 작다. 19 세기 후반에 이르러 석유공업이 부상하면서 가스를 석유제품으로 대체하는 것은 이미 필연적인 추세가 되었다. 휘발유 엔진의 출현

1883 년 다임러와 마이바흐는 마이바흐가 디자인한 오일기를 설치한 최초의 4 행정 왕복식 휘발유 엔진을 만들었고 백열등관으로 점화 문제를 해결했다. 이전에 내연기관의 회전 속도는 모두 2r/min 을 넘지 않았고, 다임러의 휘발유 엔진 회전 속도는 8-1R/MIN 으로 껑충 뛰었다. 전력이 크고, 품질이 가볍고, 부피가 작고, 회전 속도가 빠르고 효율이 높으며, 특히 교통수단에 적합하다. 동시에, 벤츠는 현재 사용 중인 점화 장치와 수냉식 냉각기를 성공적으로 개발했다. 19 세기 말까지 주요 집중 피스톤 내연기관은 대체로 실용단계에 들어가 곧 큰 생명력을 보였다. 내연기관은 광범위한 응용에서 끊임없이 개선되고 혁신되어 지금까지 이미 비교적 높은 기술 수준에 이르렀다. 이렇게 긴 발전 역사에서, 두 가지 중요한 발전 단계는 획기적인 의미를 지닌다. 하나는 195 년대에 등장한 증압 기술이 엔진에 광범위하게 적용되었다는 것이다. 197 년대에 시작된 전자기술 및 컴퓨터가 엔진 개발에 응용된 이 두 가지 발전 추세는 지금까지 우세하다 먼저 이번 세기에 휘발유 엔진의 발전 과정을 살펴봅시다. 자동차와 항공기 공업의 추진으로 휘발유 엔진은 장족의 발전을 이루었다. 휘발유 엔진의 전력, 열효율, 동력비, 기름 소비 감소 등 주요 성능 지표를 높이는 과정에 따라 휘발유 엔진의 발전을 4 단계로 나눌 수 있다. 1 단계는 금세기 첫 2 년 동안 교통의 요구에 부응하기 위해 전력과 비전력이 주를 이루고 있다. 취해진 주요 기술 조치는 회전 속도를 높이고, 항아리 수를 늘리고, 그에 상응하는 보조 장치를 개선하는 것이다. 이 기간 동안 회전 속도는 지난 세기의 5-8r/min 에서 1-15r/min 으로, 전력보다 3.68W/Kg 에서 441.3-735.5w/kg 로 높아져 비행기의 비행 성능과 자동차의 적재 능력을 향상시키는 데 큰 의미가 있다. 2 단계 시간은 192 년대에 휘발유 엔진의 폭진 연소 문제를 주로 해결했다. 당시 휘발유 엔진의 압축비가 4 에 이르렀을 때 휘발유 엔진에서 폭진이 발생했다. 미국 제너럴모터스 연구실의 미그레이와 보이드는 휘발유에 소량의 테트라 에틸 알루미늄을 첨가하여 산소와 휘발유 분자화의 정상적인 과정을 방해하여 폭진 문제를 해결하고 압축비를 4 에서 8 로 높여 휘발유 엔진의 전력과 열효율을 크게 높였다. 당시 휘발유 엔진 전력과 열효율에 심각한 영향을 준 또 다른 요인은 연소실의 모양과 구조였다. 영국의 리카르도와 그의 협력자들은 다양한 연소실 및 연소 원리에 대한 연구를 통해 연소실을 개선하여 휘발유 엔진의 동력을 2% 높였다. 3 단계는 192 년대 후반부터 4 년대 초반까지 주로 휘발유 엔진에 과급기를 장착하는 것이다. 배기 터빈 증압은 기압을 1.4-1.6 기압으로 증가시킬 수 있으며, 그의 응용은 휘발유 엔진의 전력과 열효율을 높이기 위한 새로운 방법을 열었다. 그러나 그것의 진정한 광범위하게 응용된 것은 5 년대 후반에 보급된 것이다. 4 단계는 195 년대부터 현재까지 휘발유 엔진 기술이 원리의 중대한 변화 이전에 발전해 왔습니다. 그것의 구조는 점점 더 치밀해지고, 회전 속도는 갈수록 높아진다. 기술 상태는 다음과 같습니다. 실린더 내 분사; 다중 밸브 기술 흡기 롤러 흐름, 얇은 층 연소; 전자 제어 점화 타이밍, 휘발유 분사 및 공연비는 작업 조건에 따라 정밀하게 제어되는 등 포괄적인 전자 엔진 관리입니다. 배기 가스는 순환 및 삼원 촉매 등 배기 정화 기술 등에 있다. 그 집중은 최근 몇 년 동안 성공적으로 개발되어 생산에 투입된 항아리 내 직사층 팽창 희박 휘발유 엔진 (GDI) 에 반영된다. 하지만 197 년대에 시작된 전자기술이 엔진에 적용됨에 따라 내연 기관 기술 개선을 위한 조건을 제공하여 내연 기관이 현재 세계 각국의 배출, 에너지 절약, 신뢰성, 편안함 등에 대한 요구 사항을 충족시킬 수 있게 되었습니다. 내연 기관 전자 제어에는 이제 전자 연료 분사, 전자 제어 점화, 유휴 속도 제어, 배출 제어, 흡기 제어, 가압 제어, 경고 프롬프트, 자체 진단, 고장 보호 등의 여러 측면이 포함됩니다. 같은 내연기관 전자제어 기술의 발전도 크게 4 단계로 나눌 수 있다.

1, 내연기관 부품 또는 부분 시스템의 별도 제어 (예: 전자오일 펌프, 전자점화 장치 등).

2, 내연 기관 단일 시스템 또는 여러 관련 시스템 (예: 연료 공급 시스템 제어, 최적의 공연비 제어 등) 에 대한 독립적 제어

3, 내연 기관 전자 제어 시스템과 같은 전체 내연 기관의 통합 지능 제어.

4, 장치 및 내연 기관 동력의 중앙 집중식 전자 제어 (예: 자동차, 선박, 발전기 세트의 중앙 집중식 전자 제어 시스템). 전자 제어 시스템은 일반적으로 센서, 실행기 및 컨트롤러의 세 부분으로 구성됩니다. 이로 인해 다양한 기능, 용도가 다른 제어 시스템을 구성할 수 있다. 。 주요 목표는 엔진 전력, 연료 소비 및 배출 성능의 최적 균형을 얻고 작동 조건을 모니터링하기 위해 엔진의 각 작동 매개변수에 대한 최적의 값을 유지하는 것입니다. 예를 들어 Caterpillar 의 346PEPC 시스템은 346 디젤 엔진에 가변 프로그램을 사용하는 엔진 제어 시스템으로, 전자 속도 조절 기능과 전자 제어 공연비를 사용하여 분사된 조각을 항상 최적의 값으로 유지할 수 있습니다. 미국 Stanaclyne 은 자신이 생산한 DB 형 분배 펌프를 PFP 시스템이라고 하는 전자 제어 연료 분사 펌프로 바꾸고, 스테퍼 모터를 실행 요소로 사용하여 연료 분사량과 연료 분사 타이밍 디젤 엔진-내연 기관 제품군의 또 다른 스타 디젤 엔진은 휘발유 엔진과 거의 동시에 발전하며 많은 공통점을 가지고 있습니다. 따라서 디젤 엔진의 발전도 휘발유 엔진과 많은 유사점이 있는데, 내연 기관 전체의 발전사에서 서로 추진된다고 할 수 있다. 독일 디셀 박사는 1892 년 압축 점화 압축기의 기술 특허를 받았고, 1897 년에는 최초의 압축 점화' 디셀' 내연 기관인 디젤기관을 만들었다. 디젤 엔진의 높은 압축비는

1, 기화기와 점화 장치를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 열효율을 높이고 휘발유보다 훨씬 싼 디젤을 연료로 사용할 수 있다는 장점이 많다.

2, 디젤 엔진은 압축비가 커서 최대 전력점, 단위 전력의 연료 소비가 낮다. 현대의 우수한 엔진 중 디젤 엔진의 기름 소비는 휘발유 엔진의 약 7% 이다. 특히 자동차와 같이, 보통 부분 부하조건에서 주행하는데, 그 기름 소비량은 휘발유 엔진의 약 6% 이다. 디젤 엔진은 현재 열효율이 가장 높은 내연 기관이다.

3, 디젤기관은 압축비가 높고 엔진이 튼튼해서 내구성이 뛰어나고 수명이 길다. 동시에 높은 압축비도 단점을 가져왔다.

1, 디젤기관의 구조가 육중하다. 보통 디젤의 단위 전력 품질은 휘발유 엔진의 약 1.5 ~ 3 배이다. 디젤 엔진의 압축비가 높고 폭발 압력도 높아 휘발유 엔진의 1.5 배 정도 된다 (증압하지 않는 경우). 고온 고압을 견디기 위해서는 탄탄한 구조가 필요하다. 그래서 디젤기관은 처음에는 고정식 엔진으로만 사용되었다.

2, 같은 변위에서 디젤 엔진의 출력 전력은 휘발유 엔진의 약 1/3 이다. 디젤기관이 연료를 직접 실린더에 분사하기 때문에 공기를 충분히 이용할 수 없어 그에 상응하는 전력 출력이 낮다. 휘발유 엔진의 공기 이용률이 1% 라면 디젤기관은 8 ~ 9% 에 불과하다. 디젤기관의 전력 출력이 작은 또 다른 이유는 압축비가 크고 엔진의 마찰 손실이 휘발유기보다 크기 때문이다. 이런 마찰 손실은 회전 속도에 비례하므로 회전 속도를 증가시켜 동력을 높일 것으로 기대할 수 없다. 회전 속도가 가장 높은 휘발유 엔진은 분당 1, 회 이상 작동할 수 있지만 (예: 레이싱 엔진), 디젤 엔진의 최대 회전 속도는 5r/min 에 불과하다. 최근 1 년 동안 디젤기관의 열 효율이 8% 가까이 높아져 전력보다 수십 배, 공기 활용률이 9% 에 달했다. 오늘날 디젤 엔진의 기술 수준은 우수한 연소 시스템으로 나타난다. 4 밸브 기술 사용 초고압 분사 가압 및 가압 중 냉각; 제어 가능한 배기 가스 재순환 및 산화 촉매; 소음을 줄이는 이중 스프링 인젝터; 전전자 엔진 관리 등은 전기제어식 * * * 궤도식 연료 분사 시스템을 특징으로 하는 차세대 디젤 엔진에 집중되어 있다. 현재 일본의 Nippondeno 회사 (ECDU2), 독일 Bosch(ZECCEL) 와 미국 Caterpilla 회사 (HELII) 는 * * * 궤도식 전자연료 분사 시스템을 연구하고 생산하는 주요 회사입니다. 디젤 엔진에 증압 기술을 적용하는 것은 휘발유 엔진보다 조금 늦다. 일찍이 2 년대부터 압축 공기가 흡기 밀도를 높인다는 구상이 제기되어 1926 년 스위스 사람 A.J. 버옥희가 처음으로 배기가스 터빈 증압기가 있는 증압엔진을 설계했다. 당시의 기술 수준과 공예, 재료의 제한으로 인해 성능이 좋은 터빈 증압기를 만들기가 어려웠고, 2 차 대전의 영향과 함께 증압기술은 신속하게 보급될 수 있도록 전쟁이 끝날 때까지 증압기술의 연구와 응용이 중시되었다. 195 년 증압 기술이 디젤 엔진에 사용되어 상품으로 시장을 제공하기 시작했다.

5 년대에는 증압도가 약 5% 였고, 4 행정 기계의 평균 유효 압력은 약 .7—.8MPa 로, 중냉이 없어 기술 수준이 낮은 발전 단계에 있었다. 이후 2 여 년 동안 증압 기술은 급속한 발전과 광범위하게 채택되었다.

7 년대 증압도가 2% 이상인 상품으로 정식 공급된 디젤기관의 평균 유효 압력, 4 스트로크기는 이미 2.MPa 이상, 2 스트로크기는 이미 1.3MPa 를 넘어섰으며, 일반적으로 중냉으로 고증아 (> 2.MPa) 4 행정 기계 실용화. 단일 단계 증압비는 5 에 가깝고 2 단계 증압과 초고압 시스템을 개발했으며, 5 년대 초반 증압 기술을 채택한 엔진 기술 수준에 비해 3 년 동안 놀라운 발전을 이루었다.

는 198 년대 들어 이런 발전세를 유지하고 있다. 흡기 및 배기 시스템의 최적 설계, 팽창 효율 향상, 배기 에너지 활용, 공진 흡기 시스템 및 MPC 증압 시스템 가변 단면 터빈 증압기는 단단 터빈 증압비를 5 이상 높일 수 있게 한다. 초고압 시스템을 사용하면 압력비가 1 이상인 반면 엔진의 압축비는 6 이하로 떨어지고 엔진의 전력 출력은 2 ~ 3 배 증가할 수 있습니다. 동력 터빈과 복합식 2 차 터빈 증압 시스템으로 한층 더 발전하다. 이로써 높은 증압, 초고속 증압의 효과는 상당하며 엔진의 성능을 새로운 수준으로 끌어올렸다는 것을 알 수 있다. 회전식 내연 기관 은 증기 기관의 발전 역사에서 왕복동 피스톤 증기 기관에서 증기 터빈으로의 진화가 있었다. 이것은 내연 기관의 발전에 큰 영감을 주었다. 왕복동 내연 기관 운동은 크랭크 축 연결기구나 캠 매커니즘, 스윙 매커니즘, 스윙 암 매커니즘 등을 통해 동력 출력축의 회전으로 변환되어 매커니즘을 복잡하게 할 뿐만 아니라 회전 매커니즘의 마찰 손실로 인해 기계적 효율을 떨어뜨립니다. 또한 피스톤 그룹의 왕복 운동으로 인해 크랭크 및 커넥팅로드 메커니즘이 발생합니다.

上篇: 제2차 세계대전 당시 미국의 M4 셔먼 시리즈 전차의 성능은 독일이나 소련이 만든 전차에 비해 훨씬 뒤떨어졌는데, 왜 아직도 제2차 세계대전 최고의 전차 중 하나로 불리는 걸까요? 下篇: '검은구름, 검은구름, 저리가, 빨리'는 무슨 노래인가요?