能源结构的变迁历史上，伴随着新的化石能源的发现和大规模开采与应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。18世纪以煤炭替代柴薪，到19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气。到20世纪60年代，石油与天然气已逐渐成为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。但是，20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，也动摇了石油在能源中的支配地位。

动力机按工作方式可以分为内燃机和外燃机两大类。凡是燃料直接在气缸内燃烧，燃烧时产生的气体推动活塞或转子，将热能转化为机械功的动力机，称为内燃机。内燃机又可分往复式和转动式两类，其中往复活塞式应用最为广泛。凡是燃料在气缸外燃烧，然后将产生的蒸汽导入气缸做功的动力机，称为外燃机。外燃机也可分往复式（蒸汽机）和转动式（汽轮机）两类。

内燃机的概念比活塞式蒸汽机的概念还要古老。在17世纪后半叶，荷兰科学家惠更斯就对用大气压力来产生有用的动力很感兴趣。他设计了一台机器，让少量火药在一个气缸里燃烧，以提升一个平衡活塞。当气体又冷却下来时，大气压力便将活塞向下推，按预想就是靠这个向下的冲程来做功。惠更斯的实验由帕潘继续进行了下去，但是直到蒸汽的膨胀力取代了燃烧火药所产生的膨胀力之后，可行的发动机才正式问世。但是，在惠更斯首先提出的真空活塞式火药内燃机在实践中遭到挫折后，直到1859年之前，除了蒸汽机以外，没有出现可以在工业环境下连续工作的其他任何发动机。

内燃机沉默了100年后，到18世纪末，人们又开始对内燃机进行了新的探索。内燃机的发展，从采用燃料上看，经历了从火药机到煤气机、到汽油机、到煤油机、到柴油机的演变；从燃料的化学能转化为机械功的方式来看，走过了从真空机到爆发机、到有压缩机、到四冲程点燃机、到四冲程压燃机的历程。

最初的内燃机都是用煤气作燃料的，但煤气的热值低，需要庞大的煤气发生炉和管道供应系统，占用体积大。随着社会化大生产的发展，交通运输业需要轻便的动力机，这个燃料系统就成了巨大的包袱。19世纪末，随着石油工业的蓬勃发展，用石油产品取代煤气作燃料已成为必然的趋势。

1873年，维也纳的霍克获得了最早的燃油发动机的专利。同一年，费城的布雷顿发明了一种有两个气缸的发动机，其中一个用于压缩混合气体，另一个用于做功。1890年，出现了一种改进很大的布雷顿型发动机。这是单作用式的发动机，是以奥托循环方式来进行工作的，经济性较好。1886年，登特和普里斯特曼获得了一项关于使用重油蒸气的发动机专利。这种发动机是以奥托循环方式工作的。当时制造的这种发动机有卧式和立式两种，立式发动机的功率高达100马力。1892年，出生于巴黎的德国机械工程师狄塞尔发明了柴油机，它是一种结构更简单、燃料更便宜的内燃机。他采用更大的压力来压缩气缸里的空气，使得单靠压缩产生的热就能点着燃料。柴油机的结构必须造得更加结实，这就使它比汽油发动机笨重得多。在20世纪20年代研制成适用的燃油喷射系统之后，柴油机开始广泛应用于卡车、拖拉机、公共汽车、船舶及机车，成为重型运输工具中无可争议的原动机。狄塞尔内燃机的问世，标志着往复活塞式内燃机的发明基本完成了。1889年戴姆勒取得了一项关于V型双缸发动机的专利，这种发动机具有两个呈15度夹角安装的相互倾斜的气缸，这两个气缸的两根连杆是连在一根公共的曲柄上的。由于欧洲大陆的几个制造商在汽车上采用了这种发动机，所以后来它被大量制造并销售。它还被当作固定式发动机使用，同样也被用作摩托艇的动力装置。由此之后，转速越来越快的汽油内燃机应用越来越广泛。(www.daowen.com)

图1-1　奥托的卧式燃气发动机（约1878年）

图1-2　双缸的兰彻斯特发动机的平衡方法（约1897—1904年）

图1-3　登特和普利斯特曼的燃油发动机（约1886年）^[3]