汽车对人类的影响——动力技术
管 22—点火开关 23—点火线圈 24—火花塞 25—进气门 26—蓄电池 27—飞轮 28—启动机
四冲程发动机的工作原理包括四个工作循环,分别为进气行程、压缩行程、做功行程和排气行程。以汽油机为例,汽油机是将空气与汽油以一定的比例混合成良好的混合气,在进气行程被吸入汽缸,混合气经压缩行程点火燃烧而产生热能,高温高压的气体作用于活塞顶部,推动活塞向上做直线运动,通过连杆、曲轴飞轮机构对外输出机械能完成做功行程,排气门开启,燃烧后的废气一方面在汽缸内外压差作用下向缸外排出,另一方面通过活塞的排挤作用向缸外排气,此为排气冲程。
有了四冲程发动机,内燃机汽车的出现就没有悬念了。1885年,德国人卡尔?本茨一个内燃机和加速器安装在一辆三轮马车上。1886年1月29日德国曼海姆专利局批准卡尔?本茨为其在1885年研制成功的轮汽车申请的专利,这一天被大多数人称为现代汽车诞生日。
随着内燃机的发明和被运用到去汽车上,许多汽车公司像雨后春笋般建立起来,在20世纪前期,最具影响力的有美国的通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒公司,日本的丰田、本田、日产汽车公司,德国的大众、宝马汽车公司,法国的标致汽车公司,意大利的菲亚特汽车公司。特别是福特创造了世界上第一条汽车流水生产线,加快了汽车的生产速度,降低了成本,把汽车这一原来只有贵族才消费起的产品送到了平常百姓家。随着生活水平的提高,人们对汽车的要求越来越高,特别是汽车的发动机,内燃机发动机的局限性主要在这几个性能指标:功率、热功率、比功率、油耗、质量、燃料,这直接影响到汽车
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的速度、使用成本和舒适性,人们对内燃机的改进也主要集中在这几个性能指标上。
首先出现的是煤气内燃机,它虽然必蒸汽机有更大的优越性,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。然后是汽油机跟柴油机,它俩并肩发展,经历过很多个阶段,时至今日,电子技术的出现及在内燃机上的运用,使得内燃机在各项性能指标上都达到极致,无法再有较大的提高。随后又出现了一些内燃机,主要有转动式内燃机、燃气轮机、转子发动机,但这些发动机都曾在一些不足,这些不足阻碍了它们的推广。
内燃机的发展没有最后,如今21世纪环境问题突出、资源缺乏,人们对内燃机的排污和燃料的利用率有更高的要求,以后内燃机的发展将会集中于内燃机制造技术、内燃机材料技术、内燃机代用燃料、内燃机电子控制技术、内燃机增压技术上。
当代的内燃机动力技术已经很高了,这样的内燃机装在汽车上,使汽车的质量越来越轻,速度越来越快。如图是宝马X1 xDrive28i搭载了代号为N52B30的直列六缸自然吸气发动机,该发动机是宝马旗下非常经典的一款机型,2004年首次装备于宝马630Ci上。曾多次被评为全球十佳发动机。
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N52B30在6600转时可以达到最大功率190千瓦(258匹),当转速达到2500转时即可输出最大扭矩300牛.米。该发动机采用全铝材质制成,并配有DoubleVANOS双可变气门正时系统以及Valvetronic连续可变气门升程技术,其中连续可变气门升程技术目前只有少数厂家可以做到。除了上述两项技术之外,N52B30最大的技术特点是采用了镁铝合金制成的缸盖,这是发动机生产商首次尝试使用这种材质,其效果就是在保证耐用度和牢固性的同时,将发动机重量大幅降低,直列六缸的N52仅重160kg,比同类型发动机都要轻。而更轻的发动机重量不仅意味着更高的燃油经济型,更重要的是它可以让整车的前后配重比例更加合理,从而达到提升操控性能的目的。
新型电动汽车
虽然发动机越来越好,但其热效率还是无法得到提高,最大不超过30%,现在汽车越来越多,汽车所排废气已成为大气污染的主要污染源,怎样解决汽车污染和能耗问题是当今世界所面临的共同难题。在这样的背景下,曾一度消亡的电动汽车再一次走进了人们的视野,对电动汽车来说,限制其发展的主要原因有:1、续驶路程短,电动车一次充电后的续驶里程一般在100-200公里,而一般燃油车在加满油后的续驶里程都在400公里以上;2、加速性能差,一般燃油车的加速性能从0-50km/h的时间,都在8s以内,而电动车多数要超过10s;3、最高车速低,通常燃油车的最高时速在150km/h以上,而电动车
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只在100km/h以内;4、价格高,目前电动车的造价都超过燃油车的1~2倍;5、服务网点未建立,一般燃油车服务网点(加油站、零部件销售)已经社会化了,而电动车所需服务还未建立和健全。以上限制电动汽车普及的因素,前三点体现在电动汽车的动力装置上。
自电动汽车出现以来,就一直没有停下发展的步伐,世界所有汽车生产国都在研究电动汽车。下面介绍几辆有名的电动车,1894年,美国人莫里斯&萨罗姆合作成立了莫里斯&萨罗姆电动客车与货车公司,推出了电动运输车。该车所用动力源由60个总重726公斤的酸性电池组成,总容量达到100安时,使用通用电气公司的3马力电动机,短时使用功率可达到9马力,车速通过电压控制。1899年随后开发了Lohner-Porsche电动车,该车采用铅酸蓄电池作为动力源。1991年,日本东京电力公司和研究开发公司联合研制出“IZA”豪华型电动车。它以288伏镍镉电池为动力电源,采用永磁同步电动机,并设有制动能量回收装置。最高时速176公里,以40公里的时速行驶,续驶里程可高达544公里,创下了当时电动车的世界之最。 1994年4月13日,戴克推出首辆燃料电池车NEWCAR 1(New Electric Car)。 2013年一开年,全球汽车厂家间合作开发FCV(燃料电池汽车)的项目也骤然增多。1月24日,丰田与宝马宣布合作。丰田将于2015年发布FCV,而宝马将为其提供基础技术,丰田与大众宣布共同开发2020款车型的基础系统以及电池。1月28日,日产表示将与戴姆勒、福特合作开发FCV(燃料电池汽车)。戴姆勒将与福特共同开发FCV的心脏燃料电池。3家公司将在2017年分别发售FCV的量产车。
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总结:
纵观汽车的发展史,以动力技术的发展,可以将汽车的发展分为四个阶段:蒸汽机车——电动汽车——内燃机车——电动汽车,结合当今全球所面临的问题,电动汽车是未来发展的方向,而电动汽车中的燃料汽车更是首选。自16世纪末蒸汽机被发明,之后爆发了第一次工业革命以来,社会发展明显加快,人类在各个方面取得了越来越多的成就,汽车作为工业革命的成果之一,在人们的生活当中扮演着不可或缺的角色,汽车的发展对人类的影响显而易见,人们生活水平的提高对汽车有更高的要求,特别是当今的资源环境问题,更是汽车发展的一个严峻考验,总之汽车的发展是无止境的,它会伴随着人类一直走下去。
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