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往復式發動機(reciprocating engine)亦稱活塞發動機(piston engine),是一種利用一個或者多個活塞將壓力轉換成旋轉動能的發動機[1]

最常用的往復式發動機是利用汽油或者柴油燃料產生壓力的。通常都不止一個活塞,每個活塞都在氣缸內,燃料空氣混合物被注入其內,然後被點燃。熱氣膨脹,推動活塞向後運動。活塞的這種直線運動通過連杆和曲軸轉換成圓周運動。這種發動機經常被通稱為內燃機,儘管內燃機並不必須包括活塞。

歷史

1876年,德國著名的機械工程師奧托(Otto)[2]發明了活塞式內燃機,並在隨後被成功地應用於驅動汽車,人們才開始嘗試採用內燃機實現動力飛行。20世紀初,美國的萊特兄弟在總結前人經驗教訓的基礎上,親自建立了一個小風洞。1903年12月17日,在經過反覆試驗後,他們將一台四缸直列式水冷發動機改裝後成功地應用到「飛行者」1號飛機上,完成了世界公認的第一次可操縱動力持續飛行。這台改裝的活塞式汽油發動機的功率僅為8.95kW,重量為81kg,功重比只有0.11kW/daN注,它僅僅推動「飛行者」1號在空中停留了59秒,飛行距離達260米。

縱然,在今天看來,萊特兄弟所採用的發動機性能不夠先進,但它是世界上第一台成功驅動飛機飛行的航空發動機,拉開了航空發動機的第一個時代——活塞時代的序幕。

性能指標

排量

排量就是氣缸容積。

排量越大意味着能吸入更多的油氣混合燃氣,單次做功時的爆炸能量就更大。

公式:汽缸半徑2*圓周率*行程長度*缸數

例如:四缸發動機的缸(直)徑80毫米,行程90毫米,那麼其排量是:

40(半徑)2 * 3.14 * 90(行程)* 4(缸數)=452160毫米3 * 4=1.8L

行程

行程是活塞運動時上止點和下止點的距離。

行程越大,連杆的運動幅度也就越大,因此曲軸銷到曲軸中心的距離(曲軸臂長度)越大。即:行程越大,則曲軸的力臂越長,發動機輸出的扭矩越大但轉速越低。

曲軸旋轉一周,長行程發動機活塞往復運動的距離比短行程發動機活塞更遠,因此需時間更長,即曲軸轉速相對更低。這造成在單位時間內發動機的做工衝程(油氣混合後爆炸)的次數低,所以發動機的功率會更低。

行程相對較短的發動機注重高轉速大功率,而長行程發動機側重輸出更大扭矩。

視頻

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參考文獻