汽车发动机的发展

1670年，荷兰人海更斯发明了利用火药点燃后产生的气体膨胀推力推动活塞运动的内燃机，这是现代内燃机的雏形，但是由于火药燃烧难以控制而未能取得成功。1712年，苏格兰铁匠托马斯·纽可门发明了靠机械来做功的实用化蒸汽机，这种蒸汽机用于驱动机械，大大减轻了人们的体力劳动，在欧洲流行了近60年。1765年，英国工人詹姆斯·瓦特改进了纽可门的蒸汽机，使蒸汽机的燃料消耗量下降，热效率提高，更加实用，在1769年蒸汽机进入了大规模生产阶段，广泛应用于世界各国的工业生产。

1859年，美国的宾夕法尼亚州打出了世界上第一口油井。此后，石油产量不断提高，汽油、煤油、柴油逐渐成为广泛应用的新燃料。

1862年，法国工程师德罗夏发表了一篇关于内燃机理论的论文，文章阐述了取得最高效率和最佳经济性能所需要的条件。他明确指出，要制造性能好的内燃机，必须使气体尽快膨胀到最大，并尽量提高膨胀的初始压力，如不能很好地满足这些要求，就会浪费大量气体。但他只是停留在理论层面，并未付诸实施。在一个偶然的机会，德国发明家尼古拉·奥托发现了这篇论文，并以此为依据在1876年成功发明了四冲程往复活塞式内燃机。这种内燃机以煤气为燃料，采用火焰点火方式，运转平稳，较之蒸汽机热效率提高了不少；加之奥托本人在十年后宣布放弃这项专利，因此这种内燃机获得了空前的推广。人们为了纪念奥托的巨大贡献，将这种机械命名为奥托内燃机。但是使用煤气的奥托内燃机有诸多不便之处，其中最困难的就是燃料的储存与携带，因此难以用作船舶、车辆等运输机械的动力。

1879年，德国工程师卡尔·本茨首次试验成功一台二冲程汽油发动机；1883年，德国的戈特利布·戴姆勒研制出了立式单缸汽油发动机；1885年，英国的普雷斯特曼研制出煤油内燃机；1892年德国人狄塞尔制造了第一台压燃式的柴油内燃机；1898年美国人富兰克林研制出顶置气门4缸风冷式发动机。可以看出，在19世纪末发动机已经进入了高速发展阶段。

1957年，德国人汪克尔发明了转子活塞发动机，这种发动机利用内转子圆外旋轮线和外转子圆内旋轮线相结合的机构，将三角活塞运动直接转换成旋转运动，取消了传统发动机的曲柄连杆机构和配气机构，因此具有质量轻、体积小、转速高和功率大的特点。一年后，汪克尔将外转子改为固定转子行星运动，制成功率为22．79kW、转速为5500r／min的新型活塞发动机。后来，日本东洋公司（马自达公司的前身）买下了转子发动机的专利，将其安装到汽车上，并逐步加以完善。但到目前为止，转子发动机仍然只是马自达公司的独门技术，并未普及。

现在流行的电喷发动机最早出现于1967年，是由德国保时捷公司研制的D型电子喷射装置，随后被用在部分德系轿车上。这种装置以进气管内的压力作为控制喷油量的依据，但是它的缺点是结构复杂，工作稳定性差，造价高昂。针对这些缺点，博世公司推出了改进后的L型电子控制汽油喷射装置，它以进气管内的空气流量做参数，可以直接按照进气流量与发动机转速的关系确定进气量，据此喷射出相应的汽油。这种装置由于设计合理，工作可靠，为欧洲和日本等汽车制造公司所广泛采用，并奠定了今天电子控制燃油喷射装置的雏形。

到目前为止，电喷系统的行车电脑会随时通过传感器监测发动机冷却液温度、进气流量、转速变化、震动状况，并依照实际需求调整供油量与点火时间，因此在动力输出、燃油经济与排污表现上可以取得相当不错的平衡。同时为了增加发动机进气量，提高燃油效率，发动机从早期的单点喷射，演化至多点喷射，气门数量从两个增加至五个。总体而言，电喷供油系统的最大优点就是燃油供给被控制得十分精确，让混合气在任何状态下都能有正确的空燃比，不仅让发动机的运转保持顺畅，同时发动机排放的废气也能符合环保法规的要求。然而，由于这一阶段的电喷系统是将燃油喷嘴安装在气门旁边的，只有在气门打开时才能完成油气喷射，因此喷射会受到气门开合周期的影响，产生延迟，进而影响电脑对喷射控制的精确程度。针对上述问题，又产生了改进后的缸内直喷技术，将燃油喷嘴从气缸外面移到了气缸内部，通过电脑自动决定喷油时机与分量，而气门则只是控制空气的进入时间，汽油与空气进入汽缸后才进行混合。由于油、气的混合空间、时间都相当短暂，因此缸内直喷系统必须依靠高压将燃油从喷油嘴压入汽缸，以达到高度雾化的效果，从而更好地进行油气混合。一般而言，应用了缸内直喷技术的发动机要比同排量的多点喷射发动机的峰值功率提升10%～15%，而峰值扭矩能提升5%～10%。

在发动机的工作方式和喷油方式确定后，发动机的进化之路并没有终止，在发动机技术的完善上一代又一代的汽车人在做着不懈的努力。有些完善甚至都没办法记录。可以肯定的是现在的发动机运转更加平顺了，抖动也不是那么激烈了。燃油经济性也更好了，动力更足了。而这些都是依赖于新技术的运用。为了改善进气，相继出现了本田的ECVT，丰田的VVT－I，现代的CVVT，通用的DVVT等可变气门正时技术；为了获得更好的空燃比，就有了大众的TFSI分层喷射技术，VIS可变进气道技术，涡轮增压中冷技术等；为了使环境污染最小，在排气管里又增加了氧传感器，三元催化转化器，以及废气再循环等技术。

目前，由于环境污染的恶劣影响，对汽车尾气排放的要求也越来越高，落后的发动机技术被淘汰已经成了必然，更多充分利用能源的技术也在不停地研发中。同时由于全球能源危机的巨大影响，更加节能的新能源技术必将在发动机技术的发展上书写重重的一笔。