关于内燃机，有你不知道的20个冷知识！

内燃机（Internal Combustion Engine, ICE）的核心特征是燃料在发动机「内部」的「燃烧室」中燃烧，产生高温高压气体推动「活塞」或「转子」做功，这与燃料在外部加热工质（如水）的「外燃机」（如「蒸汽机」）形成「根本区别」。

公认的「第一台」商业上获得成功的往复式内燃机是「法国」发明家「艾蒂安·勒努瓦」（Étienne Lenoir）在「一八六零年」制造的「煤气发动机」，但其效率极低，热效率仅「约百分之五」。

现代汽油机的基础——「四冲程循环」（吸气、压缩、做功、排气）由「德国」工程师「尼古拉斯·奥托」（Nicolaus Otto）在「一八七六年」申请专利并成功商业化，其效率相比勒努瓦发动机有了「巨大提升」。

「柴油机」的发明者是「德国」工程师「鲁道夫·狄塞尔」（Rudolf Diesel），他在「一八九二年」获得专利，并于「一八九七年」制造出「第一台」可实际运转的样机。柴油机依靠「高压缩比」（通常为「15:1」至「25:1」）使空气温度升高到「柴油自燃点」以上，无需「火花塞」点火。

「世界最大」（按尺寸和功率计）的内燃机通常是用于「超大型船舶」（如集装箱船、油轮）的「低速二冲程船用柴油机」。例如芬兰「瓦锡兰」（Wärtsilä）公司的「RT-flex96C」及其后续型号，其「十四缸」版本的长度「约二十七米」，高度「超过十三点五米」，重量「逾二千三百吨」，单台输出功率可「超过八十兆瓦」（「超过十万马力」）。

这类「巨型船用二冲程柴油机」也是目前热效率「最高」的内燃机，其有效热效率可以「超过百分之五十」，远高于一般汽车汽油机（「百分之二十至三十五」）和汽车柴油机（「百分之三十至四十五」）。

某些采用「阿特金森循环」或「米勒循环」（特点是「膨胀比大于压缩比」）并结合「混合动力技术」的「现代汽车汽油发动机」，其最高热效率已能「突破百分之四十」，例如「丰田」的部分混合动力车型。

一级方程式赛车（「F1」）的「混合动力单元」中的「内燃机部分」（目前是「一点六升V6涡轮增压」发动机），据称其峰值热效率已「超过百分之五十」，代表了「小排量高性能」内燃机的「顶尖水平」，但这需要结合「能量回收系统」（ERS）才能实现整套动力单元的高效率。

量产汽车发动机的「最高转速」记录通常由「高性能自然吸气」发动机保持。例如，「戈登·默里汽车公司」（Gordon Murray Automotive）的「T.50」超级跑车搭载的「考斯沃斯」（Cosworth）「3.9升V12」发动机，其红线转速高达「每分钟一万二千一百转」（12100 RPM）。

历史上「最小」的批量生产往复式内燃机之一是美国「Cox」公司生产的「Pee Wee .020」模型飞机发动机，其排量仅为「零点零二立方英寸」，约合「零点三三毫升」（0.33 cc）。

「二冲程发动机」相比四冲程发动机结构「更简单」（没有复杂的气门机构），重量「更轻」，「每转一圈」就有「一次」动力冲程（四冲程是「两圈一次」），功率密度「更高」，但通常「燃油经济性较差」，「排放更差」，曾广泛用于摩托车、舷外机、小型发电设备等。

「汪克尔发动机」（Wankel engine）是一种「转子发动机」，其核心是一个「三角形」的「转子」在一个「椭圆形或类椭圆形」（准确说是「外摆线」）的「壳体」内旋转，直接将燃烧压力转化为「旋转动力」。它由德国工程师「菲力克斯·汪克尔」（Felix Wankel）于「二十世纪五十年代」发明。

汪克尔发动机的优点是「体积小」、「重量轻」、「运动部件少」（没有活塞、连杆、曲轴、气门）、「运转平稳」、「功率密度高」。「马自达」公司是「长期坚持」研发和生产汪克尔发动机的「主要代表」（如「RX-7」、「RX-8」跑车）。

汪克尔发动机的主要缺点包括「燃烧室形状不理想」导致「燃烧不充分」、「热效率相对较低」、「油耗偏高」、「排放（尤其碳氢化合物）较高」以及「转子顶端的密封件」（Apex seals）「磨损较快」等技术难题。

「涡轮增压」（Turbocharging）和「机械增压」（Supercharging）技术通过「强制进气」（增加进入气缸的空气密度），可以在「不增加」或「少量增加」排量的情况下，显著提升内燃机的「功率」和「扭矩」输出。

「缸内直喷」（GDI - Gasoline Direct Injection / CRDi - Common Rail Direct Injection for Diesel）技术将燃料「直接喷入」气缸内部，而非传统的进气歧管喷射。这可以更「精确」地控制「空燃比」和「喷射时机」，通常能带来「更高」的「压缩比」、「更好」的「燃油经济性」和「动力响应」。

内燃机的主要排放物包括「二氧化碳」（CO2，温室气体）、「氮氧化物」（NOx，形成光化学烟雾和酸雨）、「一氧化碳」（CO，有毒气体）、「碳氢化合物」（HC，部分有毒或致癌）以及「颗粒物」（PM，危害呼吸系统健康）。环保法规对这些排放物有「严格限制」。

由于「环保压力」和「能源转型」的需求，全球许多国家和地区（如「欧盟」、「美国加州」、「中国部分省市」等）已制定了在「未来十年至二十年」（约「二零三零年至二零四五年」间）逐步「禁售」新的「纯燃油乘用车」的计划，加速向「电动汽车」（EV）转型。

尽管面临淘汰压力，内燃机技术仍在「持续改进」以提高效率和降低排放，例如「可变压缩比」（VCR）、「稀薄燃烧」、「先进热管理」等技术。同时，「氢内燃机」和使用「合成燃料」（e-fuels）被认为是延长内燃机生命周期的「潜在路径」。

内燃机作为「驱动了人类社会超过一个世纪」的核心动力源，在「汽车」、「卡车」、「船舶」、「飞机」（早期及部分现代）、「发电设备」和「各类工程机械」中发挥了「无可替代」的作用，其发明和普及是「第二次工业革命」的重要标志之一。