问分子发动机的工作原理是什么

这个比较复杂，细说起来就是一本书，建议看一下《内燃机原理》，下面是个简述：往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。 气缸是一个圆筒形金属机件。密封的气缸是实现工作循环、产生动力的源地。各个装有气缸套的气缸安装在机体里，它的顶端用气缸盖封闭着。活塞可在气缸套内往复运动，并从气缸下部封闭气缸，从而形成容积作规律变化的密封空间。燃料在此空间内燃烧，产生的燃气动力推动活塞运动。活塞的往复运动经过连杆推动曲轴作旋转运动，曲轴再从飞轮端将动力输出。由活塞组、连杆组、曲轴和飞轮组成的曲柄连杆机构是内燃机传递动力的主要部分。 活塞组由活塞、活塞环、活塞销等组成。活塞呈圆柱形，上面装有活塞环，借以在活塞往复运动时密闭气缸。上面的几道活塞环称为气环，用来封闭气缸，防止气缸内的气体漏泄，下面的环称为油环，用来将气缸壁上的多余的润滑油刮下，防止润滑油窜入气缸。活塞销呈圆筒形，它穿入活塞上的销孔和连杆小头中，将活塞和连杆联接起来。连杆大头端分成两半，由连杆螺钉联接起来，它与曲轴的曲柄销相连。连杆工作时，连杆小头端随活塞作往复运动，连杆大头端随曲柄销绕曲轴轴线作旋转运动，连杆大小头间的杆身作复杂的摇摆运动。 曲轴的作用是将活塞的往复运动转换为旋转运动，并将膨胀行程所作的功，通过安装在曲轴后端上的飞轮传递出去。飞轮能储存能量，使活塞的其他行程能正常工作，并使曲轴旋转均匀。为了平衡惯性力和减轻内燃机的振动，在曲轴的曲柄上还适当装置平衡质量。 气缸盖中有进气道和排气道，内装进、排气门。新鲜充量(即空气或空气与燃料的可燃混合气)经空气滤清器、进气管、进气道和进气门充入气缸。膨胀后的燃气经排气门、排气道和排气管，最后经排气消声器排入大气。进、排气门的开启和关闭是由凸轮轴上的进、排气凸轮，通过挺柱、推杆、摇臂和气门弹簧等传动件分别加以控制的，这一套机件称为内燃机配气机构。通常由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器组成进排气系统。 为了向气缸内供入燃料，内燃机均设有供油系统。汽油机通过安装在进气管入口端的化油器将空气与汽油按一定比例(空燃比)混合，然后经进气管供入气缸，由汽油机点火系统控制的电火花定时点燃。柴油机的燃油则通过柴油机喷油系统喷入燃烧室，在高温高压下自行着火燃烧。 内燃机气缸内的燃料燃烧使活塞、气缸套、气缸盖和气门等零件受热，温度升高。为了保证内燃机正常运转，上述零件必须在许可的温度下工作，不致因过热而损坏，所以必须备有冷却系统。 内燃机不能从停车状态自行转入运转状态，必须由外力转动曲轴，使之起动。这种产生外力的装置称为起动装置。常用的有电起动、压缩空气起动、汽油机起动和人力起动等方式。 内燃机的工作循环由进气、压缩、燃烧和膨胀、排气等过程组成。这些过程中只有膨胀过程是对外作功的过程，其他过程都是为更好地实现作功过程而需要的过程。按实现一个工作循环的行程数，工作循环可分为四冲程和二冲程两类。 四冲程是指在进气、压缩、膨胀和排气四个行程内完成一个工作循环，此间曲轴旋转两圈。进气行程时，此时进气门开启，排气门关闭。流过空气滤清器的空气，或经化油器与汽油混合形成的可燃混合气，经进气管道、进气门进入气缸；压缩行程时，气缸内气体受到压缩，压力增高，温度上升；膨胀行程是在压缩上止点前喷油或点火，使混合气燃烧，产生高温、高压，推动活塞下行并作功；排气行程时，活塞推挤气缸内废气经排气门排出。此后再由进气行程开始，进行下一个工作循环。 二冲程是指在两个行程内完成一个工作循环，此期间曲轴旋转一圈。首先，当活塞在下止点时，进、排气口都开启，新鲜充量由进气口充入气缸，并扫除气缸内的废气，使之从排气口排出；随后活塞上行，将进、排气口均关闭，气缸内充量开始受到压缩，直至活塞接近上止点时点火或喷油，使气缸内可燃混合气燃烧；然后气缸内燃气膨胀，推动活塞下行作功；当活塞下行使排气口开启时，废气即由此排出活塞继续下行至下止点，即完成一个工作循环。 内燃机的排气过程和进气过程统称为换气过程。换气的主要作用是尽可能把上一循环的废气排除干净，使本循环供入尽可能多的新鲜充量，以使尽可能多的燃料在气缸内完全燃烧，从而发出更大的功率。换气过程的好坏直接影响内燃机的性能。为此除了降低进、排气系统的流动阻力外，主要是使进、排气门在最适当的时刻开启和关闭。 实际上，进气门是在上止点前即开启，以保证活塞下行时进气门有较大的开度，这样可在进气过程开始时减小流动阻力，减少吸气所消耗的功，同时也可充入较多的新鲜充量。当活塞在进气行程中运行到下止点时，由于气流惯性，新鲜充量仍可继续充入气缸，故使进气门在下止点后延迟关闭。 排气门也在下止点前提前开启，即在膨胀行程后部分即开始排气，这是为了利用气缸内较高的燃气压力，使废气自动流出气缸，从而使活塞从下止点向上止点运动时气缸内气体压力低些，以减少活塞将废气排挤出气缸所消耗的功。排气门在上止点后关闭的目的是利用排气流动的惯性，使气缸内的残余废气排除得更为干净。 内燃机性能主要包括动力性能和经济性能。动力性能是指内燃机发出的功率(扭矩)，表示内燃机在能量转换中量的大小，标志动力性能的参数有扭矩和功率等。经济性能是指发出一定功率时燃料消耗的多少，表示能量转换中质的优劣，标志经济性能的参数有热效率和燃料消耗率。 内燃机未来的发展将着重于改进燃烧过程，提高机械效率，减少散热损失，降低燃料消耗率；开发和利用非石油制品燃料、扩大燃料资源；减少排气中有害成分，降低噪声和振动，减轻对环境的污染；采用高增压技术，进一步强化内燃机，提高单机功率；研制复合式发动机、绝热式涡轮复合式发动机等；采用微处理机控制内燃机，使之在最佳工况下运转；加强结构强度的研究，以提高工作可靠性和寿命，不断创制新型内燃机 变气门，变升程，变相位，甚至停掉几个缸的技术，都没能做到在行进中连续变缸径，但有等效的。 这种发动机有一个桶形缸体，桶底后，桶底中间有圆孔。还有一个缸体，好像一根筷子穿过一张厚的圆饼并粘合，筷子就是轴，这个轴也穿过桶形缸体底部的孔，饼形体也纳入桶中，封闭成一个空心圆柱体的缸腔。这个缸腔的容积是可以变化的，比如只要固定桶，用机械装置或者液压装置抽动轴就可以实现。 桶底从圆孔的边到桶的内避割条缝，插入一个矩形板；饼面从圆边到轴割条缝，也插入一块矩形板，两块矩形板可以把缸腔一分为二，成为两个密封缸腔，第一密封缸腔和第二密封缸腔。其中一个密封缸腔从桶壁的矩形板本侧开口，充入高压气体，或充入油气混合物并点燃；第二密封腔从桶壁上与前一开口相隔一个矩形板的位置开口放气。固定桶，矩形板就牵引饼和筷子转动，反过来也行。 第一个密封腔从最小、充气到转过一定相位（转角）就停止供气，可以用阀门或者控制油气供应量来实现。由于高压气体膨胀，装置会继续转动，第一密封缸腔内的气压会降低，直到稍微低于环境气压，这样会产生转动阻力。于是第二个矩形板需要在头部靠近边缘开一个孔，安装单向阀，向内补气。如果当初的气压适当，在第二块矩形板转到第二开口的时候，第一密封缸腔的气压正好等于或接近于环境气压，这是最经济的。第三种情况是还有少量余压。 当两个矩形板快要相遇的时候，需要避让。于是从桶的裙部内圆刻成曲线滑槽，装上滑动块，滑动块与第二块矩形板连接；从轴穿出桶底的一侧套装一个空心圆柱体，外圆面刻曲线滑槽，装上滑动块，与第一块矩形板连接。滑槽由圆和摆线构成，控制矩形板前冲、顶住和抽回。桶底和饼都够厚，所以不会抽脱。第二块矩形板在转动方向上，和饼一块转动；在轴向上，则由桶上的滑槽控制，所以变换容积的时候仍能抵住桶的底部。同样道理，第一块矩形板总是能抵住饼的内表面。 这种装置在一个着力面上沿弧形轨迹，把高压气体的内能转化为动能，是一种动力机械装置。反过来，也可以在机械的带动下反向转动，制取压缩空气，或者作为一个刹车器。做一个容量小的压气装置，制取高压油气，配上点火装置，再做一个容量动力机械装置，将燃烧后大量高温高压气体的内能转化为动能，就是一台发动机。

分子发动机(molecular motor)有很多种的，当然，它的工作原理也各不相同，以下是几个典型的例子： 第一种： 最近，詹姆士建立了一种分子发动机，它能够在1秒钟内旋转1亿转。 分子中包括碳氢环，碳氢环从苯环中心突出，像是发动机的螺旋桨“刀片”。当詹姆士在沉积于铜片上的一层薄薄的分子上做实验时，通过扫描隧道显微镜发现一些分子开始了自发的旋转。显微镜通过拖动一个细针获得图象，计算机从细针的移动中得到分子地貌图。当分子静止时，从显微镜中可以看到分子呈多节丛样。当分子旋转时，因为转速太快，显微镜无法逐个分解图象，因此这些球形物融合在一起成为圆环状。 分子旋转的原因是什么呢？詹姆士推想发动机的螺旋桨“刀片”通过化学力与相邻的“刀片”结合，但这种化学力结合非常弱，只需极微小的热量就可以把相邻的“刀片”撞开，使它们就旋转到其他位置。 第二种： 这种分子发动机是一对结合在一起的碳分子，用特殊波长的光照射时，分子能向一个方向旋转。研究人员在安装好以后，把光打向它，通过核磁共振观察发动机内氢原子的位置，确认发动机在运转。 第三种： 分子发动机(molecular motor)将细胞内利用ATP供能,产生推动力，进行细胞内的物质运输或细胞运动的蛋白质分子称为分子发动机或发动机蛋白(motor proteins)。 至今所发现的分子发动机可分为三个不同的家族∶肌球蛋白(myosins)家族、驱动蛋白(kinesins)家族、动力蛋白(dyneins)家族。 驱动蛋白和动力蛋白是以微管作为运行的轨道，而肌球蛋白则是以肌动蛋白纤维作为运行的轨道。尚不知道有以中间纤维为运行轨道的发动机分子。细胞骨架的发动机分子是机械化学转化器，它将化学能(ATP)转变成机械能，以此运送细胞内的货物，包括∶各种类型的小泡、线粒体、溶酶体、染色体、其它的细胞骨架纤维等。 分子发动机(molecular motor) 将细胞内利用ATP供能,产生推动力，进行细胞内的物质运输或细胞运动的蛋白质分子称为分子发动机或发动机蛋白(motor proteins)。 至今所发现的分子发动机可分为三个不同的家族∶肌球蛋白(myosins)家族、驱动蛋白(kinesins)家族、动力蛋白(dyneins)家族。 驱动蛋白和动力蛋白是以微管作为运行的轨道，而肌球蛋白则是以肌动蛋白纤维作为运行的轨道。尚不知道有以中间纤维为运行轨道的发动机分子。细胞骨架的发动机分子是机械化学转化器，它将化学能(ATP)转变成机械能，以此运送细胞内的货物，包括∶各种类型的小泡、线粒体、溶酶体、染色体、其它的细胞骨架纤维等。

分子发动机(molecular motor)有很多种的，当然，它的工作原理也各不相同，以下是几个典型的例子：第一种：最近，詹姆士建立了一种分子发动机，它能够在1秒钟内旋转1亿转。分子中包括碳氢环，碳氢环从苯环中心突出，像是发动机的螺旋桨“刀片”。当詹姆士在沉积于铜片上的一层薄薄的分子上做实验时，通过扫描隧道显微镜发现一些分子开始了自发的旋转。显微镜通过拖动一个细针获得图象，计算机从细针的移动中得到分子地貌图。当分子静止时，从显微镜中可以看到分子呈多节丛样。当分子旋转时，因为转速太快，显微镜无法逐个分解图象，因此这些球形物融合在一起成为圆环状。 分子旋转的原因是什么呢？詹姆士推想发动机的螺旋桨“刀片”通过化学力与相邻的“刀片”结合，但这种化学力结合非常弱，只需极微小的热量就可以把相邻的“刀片”撞开，使它们就旋转到其他位置。第二种：这种分子发动机是一对结合在一起的碳分子，用特殊波长的光照射时，分子能向一个方向旋转。研究人员在安装好以后，把光打向它，通过核磁共振观察发动机内氢原子的位置，确认发动机在运转。第三种：分子发动机(molecular motor)将细胞内利用ATP供能,产生推动力，进行细胞内的物质运输或细胞运动的蛋白质分子称为分子发动机或发动机蛋白(motor proteins)。至今所发现的分子发动机可分为三个不同的家族∶肌球蛋白(myosins)家族、驱动蛋白(kinesins)家族、动力蛋白(dyneins)家族。驱动蛋白和动力蛋白是以微管作为运行的轨道，而肌球蛋白则是以肌动蛋白纤维作为运行的轨道。尚不知道有以中间纤维为运行轨道的发动机分子。细胞骨架的发动机分子是机械化学转化器，它将化学能(ATP)转变成机械能，以此运送细胞内的货物，包括∶各种类型的小泡、线粒体、溶酶体、染色体、其它的细胞骨架纤维等。