本篇文章给大家谈谈《世界上最小的汽车发动机》对应的知识点，希望对各位有所帮助。

本文目录一览：

• 1、世界上最小的发动机有多小？
• 2、80马力尺寸最小的发动机
• 3、小型发动机原理以及结构是怎样的
• 4、全世界最小的电机有哪些作用，它是由谁发明的？
• 5、斯特林发动机原理
• 6、世界上最小的发电机和发动机是什么？

世界上最小的发动机有多小？

迄今为止最小的人造纳米发动机被研制成功

美国当地时间7月24日消息，在今天发表的最新一期《自然》杂志上，伯克利大学的研究人员对自己研制成功的迄今为止最小的人造发动机进行了描述。这种纳米尺度的发动机宽度仅有500纳米，300个这样的电子转子才相当于人类头发的直径大小。这一研究成果最终将广泛应用于光学开关以及为流体芯片等领域，为发动机运转带来全新的含义。

伯克利大学的Alex Zettl及其同事通过在一个硅晶片上附着一个多层的碳纳米管，然后再涂上一个200纳米左右的金原子涂层。通过对晶片特定区域的蚀刻之后，金属薄片就可以进行自由旋转。通过对晶片不同区域施加不同的电压，科学家可以控制该金属碟片的运动（上图为扫描电子显微镜所拍摄的该结构静态图像的合成效果）。

科学家表示，这是“迄今为止最小的人造发动机”，“自然界还要比我们超前——有些生物发动机甚至比这个发动机的尺寸还要小，但我们也正在取得进展。”

与现有的微型发动机不同，伯克利大学的设计模型可以在一个较大的频率和温度范围内运转，能够适应不同的工作环境，包括高度真空和强烈的化学条件。研究人员希望将这种发动机的尺寸进一步缩小。虽然还有许多基本问题需要解决，但科学家们对能够成功制成如此微小的发动机已经很激动。他们迫切希望自己的研究成果能够尽快应用于现在人们使用的微电子设备甚至纳米电子设备。

80马力尺寸最小的发动机

80马力尺寸最小的发动机是东风康明斯小型柴油发动机。热效率和经济性较好。柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油，柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧，因此，柴油发动机无需点火系，同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。

80马力尺寸最小的发动机工作原理

柴油机是压缩的空气产生高热，喷入雾化的柴油后爆炸膨胀，压力直接作用在活塞上，推动活塞沿气缸作不等速的高速直线作用往复运动，经活塞销，连杆和曲轴等组成的曲柄连杆机构，将活塞的直线运动变为曲柄的旋转运动，从而输出机械功。

小型发动机原理以及结构是怎样的

小型发动机的原理和解构与我们平常而言的汽车上的发动机是一样的，都是靠能量转换规律，依靠燃料燃烧的热能转变为曲轴的动能，当然柴油机和汽油机的着火方式是不一样的！

全世界最小的电机有哪些作用，它是由谁发明的？

Empa和EPFL的研究小组开发了一种分子马达，该分子马达仅由16个原子组成，并且可以在一个方向上可靠地旋转。它可以允许原子级的能量收集。电机的特点是，它恰好在经典运动与量子隧穿之间的边界处移动，并且向量子领域的研究人员揭示了令人费解的现象。

由Empa和EPFL的研究人员开发的世界上最小的电动机-仅由16个原子组成。Empa功能表面研究小组负责人OliverGröning解释说：“这使我们接近了分子电动机的极限尺寸极限。” 电机的尺寸小于一纳米-换句话说，它比人的头发直径小100,000倍。

原则上，分子机的功能与其在宏观世界中的对应机相似：将能量转换为定向运动。这样的分子马达在自然界中也存在，例如以肌球蛋白的形式存在。肌球蛋白是运动蛋白，在生物体的肌肉收缩和其他分子在细胞之间的运输中起重要作用。

纳米级的能量收集

像大型电动机一样，16原子电动机包括定子和转子，即固定部分和运动部分。转子在定子的表面上旋转。它可以占据六个不同的位置。“为了使电动机真正发挥作用，至关重要的是，定子必须使转子只能沿一个方向运动，”格罗宁解释说。

由于驱动电动机的能量可能来自随机方向，因此电动机本身必须使用棘轮方案确定旋转方向。但是，原子电动机的运行与宏观世界中带有不对称锯齿状齿轮的棘轮相反：棘轮上的棘爪沿平坦边缘向上移动并锁定在陡峭边缘的方向上，而原子变体所需的扭矩却更少沿齿轮的陡峭边缘向上移动的能量要比在平坦边缘向上移动的能量大。因此，通常沿“阻挡方向”运动是优选的，而沿“运行方向”运动的可能性则小得多。因此，实际上只能在一个方向上移动。

研究人员通过使用具有六个三角形和六个钯原子的三角形结构的定子，以最小的变体实现了这种“反向”棘轮原理。这里的窍门是这种结构是旋转对称的，而不是镜像对称的。

结果，尽管顺时针和逆时针旋转必须不同，但是仅由四个原子组成的转子（对称的乙炔分子）可以连续旋转。“因此，电动机具有99％的方向稳定性，这使其与其他类似的分子电动机区别开来，”格罗宁说。这样，分子电动机为原子级的能量收集开辟了一条途径。

来自两种来源的能量

微型电动机可以由热能和电能驱动。热能引起电机的方向旋转运动沿随机方向旋转-例如，在室温下，转子以每秒几百万转的速度完全随机地来回旋转。相比之下，由电子扫描显微镜产生的电能会导致方向旋转，电能从其尖端流入电机。单电子的能量足以使转子继续旋转仅仅六分之一圈。供给的能量越高，运动的频率就越高-但是同时，转子在随机方向上运动的可能性也就越大，因为太多的能量可以克服“错误”方向上的棘爪。

根据经典物理学定律，使转子相对于滑槽的阻力运动所需的能量最少。如果提供的电能或热能不足，则必须停止转子。出乎意料的是，研究人员能够在一个低于此极限的方向上观察到一个独立的恒定旋转频率-温度低于17开尔文（-256摄氏度）或施加的电压低于30毫伏。

从古典物理学到量子世界

在这一点上，我们正处于从古典物理学到更令人费解的领域的过渡：量子物理学。根据其规则，粒子可以“挖洞”，也就是说，即使转子的动能在传统意义上不足，转子也可以克服滑道。这种隧道运动通常在没有任何能量损失的情况下发生。因此，从理论上讲，在该区域中两个旋转方向均应同样可能。但是令人惊讶的是，电机仍以99％的概率朝同一方向旋转。“热力学第二定律指出，封闭系统中的熵永远不会减小。换句话说：如果在隧穿事件中没有能量损失，则电动机的方向应该纯粹是随机的。

时间是哪条路？

如果我们再打开一点示波器：观看视频时，通常可以清楚地知道时间在视频中是向前还是向后。例如，如果我们看一个网球，它在每次撞击地面后会跳得更高一点，那么我们直观地知道该视频向后播放。这是因为经验告诉我们，每次撞击球都会损失一些能量，因此反弹回弹的高度应该较小。

如果我们现在考虑一个既不增加能量又不损失能量的理想系统，那么就无法确定时间在哪个方向上运行。这样的系统可以是一个“理想的”网球，它在每次撞击后以完全相同的高度反弹。因此，不可能确定我们正在观看此理想球的视频是向前还是向后-两个方向都同样合理。如果能量保留在一个系统中，我们将不再能够确定时间方向。

但是，该原理也可以颠倒：如果我们观察到系统中的某个过程清楚地表明时间在哪个方向运行，则该系统必须损失能量，或更确切地说，要耗散能量，例如通过摩擦。

回到我们的微型电动机：通常假定在隧道掘进过程中不会产生摩擦。但是，与此同时，没有能量提供给系统。那么，如何使转子始终向同一方向旋转呢？热力学的第二定律不允许有任何例外-唯一的解释是，即使在隧穿过程中，能量损失也很小，即使能量损失很小。因此，格罗宁和他的团队不仅为分子工匠开发了玩具。Empa研究人员说：“电动机可以使我们研究量子隧穿过程中的过程和能量耗散的原因。”

斯特林发动机原理

热气机(StirlingEngine)是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的闭式循环往复式发动机，由苏格兰牧师RobertStirling在十九世纪初发明，所以又称斯特林发动机。相对于内燃机燃料在气缸内燃烧的特点热气机又被称作外燃机。现在热气机特指按闭式回热循环工作的热机，不包括斯特林热泵或斯特林制冷机。

热气机工作原理

热气机是一种外燃的、闭式循环往复活塞式热力发动机。

热气机可用氢、氮、氦或空气等作为工质，按斯特林循环工作。在热气机封闭的气缸内充有一定容积的工质。气缸一端为热腔，另一端为冷腔。工质在低温冷腔中压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀作功燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，通过加热器传给工质，工质不直接参与燃烧，也不更换。

已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。

按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动。

热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程。

改良的单缸斯特林发动机示意

已设计制造的热气机有多种结构，可利用各种能源，已在航天、陆上、水上和水下等各个领域进行应用。试验热气机的功率传递机构分为曲柄连杆传动、菱形传动、斜盘或摆盘传动、液压传动和自由活塞传动等。

美国STM公司的民用25KW外燃机

按缸内循环的组成形式分，热气机主要有配气活塞式和双作用式两类。配气活塞式热气机，在一个气缸内有两个活塞作规律的相对运动，冷腔与热腔之间用冷却器、回热器和加热器连接，配气活塞推动工质在冷热腔之间往返流动；双作用式热气机，每个气缸内只有一个活塞，兼起配气活塞和动力活塞的作用。各缸的上部为热腔，下部为冷腔。各热腔经加热器、回热器和冷却器与邻缸的下部冷腔连接，组成一个动力单元。

日本亲潮级潜艇使用的斯特林发动机原理图

热力循环可以分为定温压缩过程、定容回热过程、定温膨胀过程、定容储热过程四个过程。

两缸外燃机工作原理

与内燃机比较热气机所具备的优点：

适用于各种能源，无论是液态的、气态的或固态的燃料，当采用载热系统(如热管)间接加热时，几乎可以使用任何高温热源(太阳能放射性同位素和核反应等)，而发动机本身(除加热器外)不需要作任何更改。同时热气机无需压缩机增压，使用一般风机即可满足要求，并允许燃料具有较高的杂质含量。

热气机在运行时，由于燃料在气缸外的燃烧室内连续燃烧，独立于燃气的工质通过加热器吸热，并按斯特林循环对外做功，因此避免了类似内燃机的震爆做功和间歇燃烧过程，从而实现了高效、低噪和低排放运行。高效：总能效率达到80%以上；低噪：1米处裸机噪音底于68dBA；低排放：尾气排放达到欧5标准。

热气机单机容量小，机组容量从20－50kw，可以因地制宜的增减系统容量。结构简单，零件数比内燃机少40％，降价空间大，同时维护成本也较低。

热气机尚存在的主要问题和缺点是制造成本较高，工质密封技术较难，密封件的可靠性和寿命还存在问题，功率调节控制系统较复杂，机器较为笨重。

热气机的未来发展将更多的应用新材料(如陶瓷)和新工艺，以降低造价；对实际循环进行理论研究，完善结构，提高性能指标；在应用方面，正大力研究汽车用的大功率燃煤热气机、太阳能热气机和特种用途热气机等。

热气机分为单缸、2缸、4缸等形式；单缸热气机的燃烧室与冷却器共一室，需要交替向燃烧室中注入燃气、燃烧、排气、注入冷却气体等循环过程，驱动活塞上下运动带动曲轴转动，由于燃烧室需要交替使用，与一般的内燃机一样复杂，很少再发展。2缸热气机的燃烧、冷却过程完全连续，1个汽缸加热、1个冷却，工质在2个气缸中密闭循环，反复被加热冷却，活塞在热气驱动下上下运动驱动曲轴旋转。4缸热气机的气缸上部加热、下部冷却，或相反，工质在相邻两个气缸的上下部间循环，4个活塞交替上下，直接驱动斜盘转动，工作最为平顺。

4缸型的斯特林发动机

热气机的应用

随着全球能源与环保的形势日趋严峻，热气机由于其具有多种能源的广泛适应性和优良的环境特性已越来越受到重视，所以，在水下动力、太阳能动力、空间站动力、热泵空调动力、车用混合推进动力等方面得到了广泛的研究与重视，并且已得到了一些成功的应用。热气机推广中的3个方向包括：

热电联产充分利用它环境污染小和可使用多种燃料及易利用余热的特点，用于热电联产可取得更高的热效率和经济效率。

四联装余热回收系统

低能级的余热回收利用对燃烧系统稍加改进便可利用工场余热、地热和太阳能进行发电或直接驱动水泵，可取得更大的节能效益。

移动式动力源通过对发动机的小型化和轻量化，并改善其控制性能后，亦可以作为推土机、压路机等车辆的动力。

注意斯特林发动机的发明时间是1816，是和蒸汽机差不多的古老的发动机，多年没有引起人们的重视，斯特林发动机的几个特性是非常适合潜艇的，首先是燃烧连续，由于工质不燃烧，因此没有内燃机的爆震现象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃烧室在外，燃烧的过程与工质无关，或者说只要有热源、冷源就能工作，无论烧煤烧碳都可以，只要能发热就行；

在凡尔纳的科幻小说《海底两万里》中，那艘著名的潜艇诺第留斯号的动力就是斯特林发动机，他的热源是采用钠与水反应生热，说明凡尔纳具有多么的科学远见。

海底两万里漫画

斯特林（RobertStirling，1790—1878）

英国物理学家，热力学研究专家。

斯特林对于热力学的发展有很大贡献。他的科学研究工作主要是热机。热机的研制工作，是18世纪物理学和机械学的中心课题，各种各样的热机殊涌而出，不断互相借鉴，取长补短，热机制造业兴旺起来，工业革命处于高潮时期。

随着热机发展，热力学理论研究提到了重要位置，不少科学家致力于热机理论的研究工作，斯特林便是其中著名的一位。他所提出的斯特林循环，是重要的热机循环之一，亦称“斯特林热气机循环”。这种循环，是封闭式的，采用定容下吸热的气体循环方式。循环过程是：①等容吸热加热；②由外热源等温加热；③等容放热，供吸热用；④向冷体等温放热，完成一个循环。在理想吸热的条件下，这种循环的热效率，等于温度上下限相同的卡诺循环。利用这种循环的“斯特林热机”，具有很多特点，如采用外燃，或外热源供热等。由于这种循环是封闭式循环，可采用传热性能好的工质，同时，工质的腐蚀性也可以很小，如氮气、氢气等气体。充入的气体工质，还可以加大压力，视封闭系统的情况，能够采用远远大于大气压力的高压气体工作，这样可以提高发动机的单位重量的功率，减小发动机的体积和重量。斯特林热机在逆向运转时，可以作为制冷机或热泵机，这种设想在现代已进入了实用研究阶段。

斯特林循环热空气发动机不排废气，除燃烧室内原有的空气外，不需要其他空气，所以适用于都市环境和外层空间。

18世纪末和19世纪初，热机普遍为蒸汽机，它的效率是很低的，只有3％一5％左右，即有95％以上的热能没有得到利用。到1840年，热机的效率也仅仅提高到8％。斯特林对于热力学理论的研究，就是从提高热机效率的目的出发的。他所提出的斯特林循环的效率，在理想状况下，可以无限提高。当然受实际可能的限制，不可能达到100％，但提供了提高热效率的努力方向。

世界上最小的发电机和发动机是什么？

看电视说，最小的发动机是个分子，由几个(并不多)原子组成，其中有几个原子构成棘轮，将另外几个原子构成的转子的热运动变成单向旋转。?最小的发电机不知到。

关于《世界上最小的汽车发动机》的介绍到此就结束了。