Войти
Анимация, показывающая четыре стадии цикла четырехтактного бензинового двигателя внутреннего сгорания: двигатель или двигатель - это машина, предназначенная для преобразования одной формы энергии в механическую энергию. Тепловые двигатели, как и двигатель внутреннего сгорания, сжигают топливо для получения тепла, которое затем используется для работы. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическое движение, пневматические двигатели используют сжатый воздух, а часовые двигатели в заводные игрушки используют упругую энергию. В биологических системах молекулярные двигатели, такие как миозины в мышцах, используют химическую энергию для создания сил и, в конечном итоге, движения.
Слово «двигатель» происходит от старофранцузского engin, от латинское ingenium - корень слова гениальный. Доиндустриальное военное оружие, такое как катапульты, требушеты и тараны, называлось осадными машинами, и знание того, как их строительство часто считалось военной тайной. Слово джин, как в хлопкоочиститель, является сокращением от двигателя. Большинство механических устройств, изобретенных во время промышленной революции, описывались как двигатели, и паровой двигатель был ярким примером. Однако первоначальные паровые машины, такие как паровые машины Томаса Савери, были не механическими двигателями, а насосами. Таким образом, пожарная машина в своей первоначальной форме была просто водяным насосом, а двигатель доставлялся к огню лошадьми.
В современном использовании термин двигатель обычно описывает устройства., как паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания, которые сжигают или иным образом потребляют топливо для выполнения механической работы путем приложения крутящего момента или линейной силы (обычно в форме тяга ). Устройства, преобразующие тепловую энергию в движение, обычно называют просто двигателями. Примеры двигателей, создающих крутящий момент, включают известные автомобильные бензиновые и дизельные двигатели, а также турбовальные двигатели. Примеры двигателей, которые создают тягу, включают турбовентиляторные и ракеты.
. Когда был изобретен двигатель внутреннего сгорания, термин двигатель первоначально использовался для отличия его от парового двигателя, который широко использовался в время, приводящие в действие локомотивы и другие транспортные средства, такие как паровые катки. Термин мотор происходит от латинского глагола moto, что означает приводить в движение или поддерживать движение. Таким образом, мотор - это устройство, которое сообщает движение.
Мотор и двигатель взаимозаменяемы на стандартном английском языке. На некоторых технических жаргонах эти два слова имеют разные значения, в которых двигатель - это устройство, которое сжигает или иным образом потребляет топливо, изменяя его химический состав, а двигатель - это устройство, приводимое в движение электричество, воздух или гидравлическое давление, которое не меняет химический состав его источника энергии. Однако в ракетной технике используется термин ракетный двигатель, даже если они потребляют топливо.
Тепловой двигатель также может служить в качестве первичного двигателя - компонента, который преобразует поток или изменения давления текучей среды в механическую энергию. В автомобиле, приводимом в действие двигателем внутреннего сгорания, могут использоваться различные двигатели и насосы, но в конечном итоге все такие устройства получают свою энергию от двигателя. С другой стороны, двигатель получает мощность от внешнего источника, а затем преобразует ее в механическую энергию, в то время как двигатель создает мощность за счет давления (полученного непосредственно из взрывной силы сгорания или другого химического реакции, или, во-вторых, от воздействия такой силы на другие вещества, такие как воздух, вода или пар).
Простые машины, такие как дубинка и весло (примеры рычага ), являются доисторическими. Более сложные двигатели, использующие энергию человека, энергию животных, энергию воды, энергию ветра и даже энергию пара, восходят к глубокой древности. Человеческая сила была сосредоточена на использовании простых двигателей, таких как шпиль, брашпиль или беговая дорожка, и с веревками, шкивы и блокировочные и подъемные устройства; эта мощность обычно передавалась с помощью силы , умноженной на, и скорости уменьшенной. Они использовались в кранах и на борту кораблей в Древней Греции, а также в шахтах, водяных насосах и осадные машины в Древнем Риме. Писатели того времени, в том числе Витрувий, Фронтин и Плиний Старший, считают эти двигатели обычным явлением, поэтому их изобретение может быть более древним. К I веку нашей эры крупный рогатый скот и лошади использовались на мельницах, приводя в движение машины, подобные тем, которые приводились в движение людьми в прежние времена.
Согласно Страбону, водяная мельница была построена в Каберии царства Митридата в I веке до нашей эры. Использование водяных колес на мельницах распространилось по всей Римской империи в течение следующих нескольких столетий. Некоторые из них были довольно сложными: акведуками, плотинами и шлюзами для поддержания и отвода воды, а также системами шестерен или зубчатые колеса из дерева и металла для регулирования скорости вращения. Более сложные небольшие устройства, такие как Antikythera Mechanism, использовали сложные последовательности шестерен и циферблатов, чтобы действовать как календари или предсказывать астрономические события. В стихотворении Авзония в 4 веке нашей эры он упоминает пилу для резки камня, работающую на воде. Герою Александрии приписывают множество таких ветряных и паровых машин в I веке нашей эры, включая Эолипил и торговый автомат, часто эти машины ассоциировались с богослужением, например, анимированные алтари и автоматические двери храмов.
Средневековые мусульманские инженеры использовали шестерни в мельницах и водоподъемных машинах, а плотины использовали в качестве источника гидроэнергии для обеспечения дополнительных мощность водяных мельниц и водоподъемных машин. В средневековом исламском мире такие достижения позволили механизировать многие производственные задачи, которые ранее выполнялись ручным трудом.
В 1206 году аль-Джазари использовал систему кривошип - шатун для двух своих водоподъемных машин. Элементарное устройство паровой турбины было описано Таки ад-Дином в 1551 году и Джованни Бранка в 1629 году.
В 13 веке твердотопливный ракетный двигатель был изобретен в Китае. Эта простейшая форма двигателя внутреннего сгорания, приводимая в движение порохом, не могла обеспечивать устойчивую мощность, но была полезна для перемещения оружия на высоких скоростях к противникам в бою и для фейерверков. После изобретения это нововведение распространилось по Европе.
Двигатель Boulton Watt 1788 года Паровой двигатель Ватта был первым типом парового двигателя, в котором использовался пар с давлением чуть выше атмосферный приводить в движение поршень помогает частичный вакуум. Усовершенствование конструкции паровой машины Ньюкомена 1712 , паровой двигатель Уатта, спорадически разрабатывавшийся с 1763 по 1775 год, стал большим шагом в развитии паровой машины. Предлагая резкое повышение топливной экономичности, дизайн Джеймса Уатта стал синонимом паровых двигателей, в немалой степени благодаря его деловому партнеру Мэтью Бултону. Это позволило быстро создать эффективные полуавтоматические фабрики в ранее невообразимых масштабах в местах, где не было воды. Дальнейшее развитие привело к паровозам и значительному расширению железнодорожного транспорта.
Что касается поршневых двигателей внутреннего сгорания, они были испытаны во Франции в 1807 году де Риваз и независимо друг от друга, братьями Ньепс. Теоретически они были развиты Карно в 1824 году. В 1853–57 Эухенио Барсанти и Феличе Маттеуччи изобрели и запатентовали двигатель, использующий принцип свободного поршня, который, возможно, был первый 4-тактный двигатель.
Изобретение двигателя внутреннего сгорания, которое позже стало коммерчески успешным, было сделано в 1860 году Этьеном Ленуаром.
В 1877 году Цикл Отто был способен давать гораздо более высокое отношение мощности к весу, чем паровые двигатели, и работал намного лучше для многих транспортных средств, таких как автомобили и самолеты.
Двигатель внутреннего сгорания V6 из Mercedes-Benz Первый коммерчески успешный автомобиль, созданный Карлом Бенцом, усилил интерес к легким и мощным двигателям. Легкий бензиновый двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу Отто, оказался наиболее успешным для легких автомобилей, а более эффективный дизельный двигатель используется для грузовиков и автобусов. Однако в последние годы турбодизельные двигатели становятся все более популярными, особенно за пределами Соединенных Штатов, даже для довольно небольших автомобилей.
В 1896 году Карл Бенц получил патент на свою конструкцию первого двигателя с горизонтально расположенными поршнями. В его конструкции был создан двигатель, в котором соответствующие поршни перемещаются в горизонтальных цилиндрах и одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом автоматически уравновешивая друг друга по своему индивидуальному импульсу. Двигатели такой конструкции часто называют плоскими двигателями из-за их формы и более низкого профиля. Они использовались в Volkswagen Beetle, Citroën 2CV, некоторых автомобилях Porsche и Subaru, многих мотоциклах BMW и Honda . и пропеллерные авиационные двигатели.
Продолжение использования двигателей внутреннего сгорания в автомобилях частично связано с улучшением систем управления двигателями (бортовые компьютеры, обеспечивающие процессы управления двигателем, и впрыск топлива с электронным управлением). Принудительный впуск воздуха за счет турбонаддува и наддува повысил выходную мощность и эффективность двигателя. Аналогичные изменения были применены к меньшим дизельным двигателям, что дало им почти такие же характеристики мощности, что и бензиновые двигатели. Это особенно очевидно с учетом популярности в Европе автомобилей с дизельным двигателем меньшего размера. Большие дизельные двигатели по-прежнему часто используются в грузовиках и тяжелой технике, хотя они требуют специальной обработки, недоступной на большинстве заводов. Дизельные двигатели производят меньше углеводородов и CO. 2, но больше загрязняют твердыми частицами и NO. x, чем бензиновые двигатели. Дизельные двигатели также на 40% более экономичны, чем сопоставимые бензиновые двигатели.
В первой половине 20 века появилась тенденция к увеличению мощности двигателей, особенно в моделях для США.. Изменения в конструкции включали все известные методы увеличения мощности двигателя, в том числе увеличение давления в цилиндрах для повышения эффективности, увеличение размера двигателя и увеличение скорости, с которой двигатель производит работу. Более высокие силы и давления, создаваемые этими изменениями, создали проблемы с вибрацией и размером двигателя, что привело к тому, что более жесткие и компактные двигатели с V-образным расположением цилиндров и расположением цилиндров с противоположным расположением цилиндров заменили более длинные прямолинейные конструкции.
Принципы проектирования, одобренные в Европе из-за экономических и других ограничений, таких как более мелкие и извилистые дороги, ориентированы на небольшие автомобили и соответствуют принципам проектирования, которые сосредоточены на увеличении сгорания эффективность двигателей меньшего размера. Это позволило получить более экономичные двигатели с более ранними четырехцилиндровыми двигателями мощностью 40 лошадиных сил (30 кВт) и шестицилиндровыми двигателями мощностью до 80 лошадиных сил (60 кВт) по сравнению с американскими двигателями V-8 большого объема с номинальной мощностью в диапазон от 250 до 350 л.с., у некоторых даже более 400 л.с. (190-260 кВт).
Ранее при разработке автомобильных двигателей производился гораздо больший диапазон двигателей, чем обычно используется сегодня. Двигатели имеют конструкцию от 1 до 16 цилиндров с соответствующими различиями в общих размерах, массе, объеме двигателя и отверстиях цилиндров. Четыре цилиндра и номинальная мощность от 19 до 120 л.с. (от 14 до 90 кВт) использовались в большинстве моделей. Было построено несколько трехцилиндровых моделей с двухтактным двигателем, в то время как большинство двигателей имели прямые или рядные цилиндры. Было несколько моделей V-образного типа, а также двух- и четырехцилиндровые двигатели с горизонтальным расположением цилиндров. Часто применялись верхние распредвалы. Меньшие двигатели обычно имели воздушное охлаждение и располагались в задней части машины; степени сжатия были относительно низкими. В 1970-х и 1980-х годах наблюдался повышенный интерес к улучшенной экономии топлива, что привело к возвращению к более компактным V-6 и четырехцилиндровым схемам с пятью клапанами на цилиндр для повышения эффективности. Bugatti Veyron 16.4 работает с двигателем W16, что означает, что два блока цилиндров V8 расположены рядом друг с другом, образуя W-образную форму с одним и тем же коленчатым валом.
Самый большой из когда-либо созданных двигателей внутреннего сгорания - это Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, 14-цилиндровый двухтактный дизельный двигатель с турбонаддувом, который был разработан для питания Emma Mrsk, самый большой контейнеровоз в мире, спущенный на воду в 2006 году. Этот двигатель имеет массу 2300 тонн, а при работе со скоростью 102 об / мин (1,7 Гц) производит более 80 МВт и может использовать до 250 тонн топлива на день.
Двигатель может быть отнесен к категории по двум критериям: форма энергии, которую он принимает для создания движения, и тип движения, которое он производит.
Двигатели внутреннего сгорания - это тепловые двигатели, приводимые в действие теплом процесса сгорания.
Двигатель внутреннего сгорания мощностью 3 лошадиные силы, работающий на угольном газе Двигатель внутреннего сгорания - это двигатель, в котором сгорание топлива (обычно, ископаемое топливо ) происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания. В двигателе внутреннего сгорания расширение газов с высокой температурой и высоким давлением, которые образуются в результате сгорания, непосредственно прикладывает силу к компонентам двигателя, таких как поршни или лопатки турбины или сопло, и, перемещая его на расстояние, создает механическую работу.
Двигатель внешнего сгорания (ЕС-двигатель) - это тепловой двигатель, в котором внутренняя рабочая жидкость нагревается за счет сгорания внешнего источника, через стенку двигателя или теплообменник. Затем жидкость, расширяясь и воздействуя на механизм механизма двигателя, производит движение и полезную работу. Затем жидкость охлаждается, сжимается и повторно используется (замкнутый цикл) или (реже) сбрасывается, а охлаждающая жидкость втягивается (двигатель открытого цикла).
"Сжигание "означает сжигание топлива с окислителем для подачи тепла. Двигатели аналогичной (или даже идентичной) конфигурации и работы могут использовать подачу тепла от других источников, таких как ядерные, солнечные, геотермические или экзотермические реакции, не связанные со сгоранием; но в этом случае они не строго классифицируются как двигатели внешнего сгорания, а как внешние тепловые двигатели.
Рабочей жидкостью может быть газ, как в двигатель Стирлинга или пар, как в паровом двигателе, или органическая жидкость, такая как н-пентан, в органическом цикле Ренкина. Жидкость может иметь любой состав ; газ является наиболее распространенным, хотя иногда используется даже однофазная жидкость. В случае парового двигателя жидкость меняет фазы между жидкостью и газом.
Воздушные двигатели внутреннего сгорания - это двигатели внутреннего сгорания, которые используют кислород в атмосферном воздухе для окисления ('сжигания') топливо, скорее чем с окислителем , как в ракете. Теоретически это должно привести к лучшему удельному импульсу, чем для ракетных двигателей.
Непрерывный поток воздуха проходит через дыхательный двигатель. Этот воздух сжимается, смешивается с топливом, воспламеняется и выбрасывается в виде выхлопного газа.
Типичные воздушно-реактивные двигатели включают:
Работа двигателей обычно отрицательно сказывается на качестве воздуха и уровне шума окружающей среды . Все большее внимание уделяется свойствам автомобильных силовых систем, вызывающим загрязнение. Это вызвало новый интерес к альтернативным источникам энергии и усовершенствованиям двигателей внутреннего сгорания. Хотя появилось несколько ограниченных серий электромобилей с батарейным питанием, они не оказались конкурентоспособными из-за стоимости и эксплуатационных характеристик. В 21 веке дизельный двигатель становится все более популярным среди автовладельцев. Тем не менее, бензиновый двигатель и дизельный двигатель с их новыми устройствами контроля выбросов для улучшения характеристик выбросов еще не подверглись серьезным испытаниям. Ряд производителей представили гибридные двигатели, в основном состоящие из небольшого бензинового двигателя в сочетании с электродвигателем и с большим аккумуляторным блоком, но они также еще не достигли значительной доли рынка бензиновых и дизельных двигателей.
Выхлопной газ двигателя с искровым зажиганием состоит из следующих компонентов: азот от 70 до 75% (по объему), водяной пар От 10 до 12%, диоксид углерода от 10 до 13,5%, водород от 0,5 до 2%, кислород от 0,2 до 2%, оксид углерода : От 0,1 до 6%, несгоревшие углеводороды и продукты частичного окисления (например, альдегиды ) от 0,5 до 1%, монооксид азота от 0,01 до 0,4 %, закись азота <100 ppm, диоксид серы от 15 до 60 частей на миллион, следы других соединений, таких как присадки к топливу и смазочные материалы, а также соединения галогена и металлов и другие частицы. Окись углерода очень токсична и может вызвать отравление угарным газом, поэтому важно избегать любого скопления газа в замкнутом пространстве. Каталитические нейтрализаторы могут уменьшить токсичные выбросы, но не полностью их устранить. Кроме того, выбросы парниковых газов, в основном углекислого газа, в результате широкого использования двигателей в современном промышленно развитом мире, вносят свой вклад в глобальный парниковый эффект, что является основной проблемой для глобального нагревание.
Некоторые двигатели преобразуют тепло от негорючих процессов в механическую работу, например, атомная электростанция использует тепло ядерной реакции для производства пара и привода парового двигателя, или газовая турбина в ракетном двигателе может приводиться в действие разложением перекиси водорода. Не считая другого источника энергии, двигатель часто проектируется так же, как двигатель внутреннего или внешнего сгорания. Другая группа негорючих двигателей включает термоакустические тепловые двигатели (иногда называемые «ТА-двигатели»), которые представляют собой термоакустические устройства, которые используют звуковые волны большой амплитуды для перекачки тепла из одного места в другое или, наоборот, используют разницу тепла для вызывают звуковые волны высокой амплитуды. В общем, термоакустические двигатели можно разделить на устройства со стоячей волной и бегущей волной.
Нетепловые двигатели обычно работают за счет химической реакции, но не нагреваются двигатели. Примеры включают:
Электродвигатель использует электрическую энергию для производства механическая энергия, обычно за счет взаимодействия магнитных полей и проводников с током. Обратный процесс, производящий электрическую энергию из механической энергии, осуществляется с помощью генератора или динамо. Тяговые двигатели, используемые на транспортных средствах, часто выполняют обе задачи. Электродвигатели могут работать как генераторы и наоборот, хотя это не всегда практично. Электродвигатели повсеместно используются в самых разных областях, таких как промышленные вентиляторы, нагнетатели и насосы, станки, бытовая техника, электроинструменты и дисководы. Они могут питаться от постоянного тока (например, портативного устройства с питанием от аккумулятора или автомобиля) или от переменного тока от центральной распределительной сети. Самые маленькие моторы можно найти в электрических наручных часах. Двигатели среднего размера с строго стандартизованными размерами и характеристиками обеспечивают удобную механическую мощность для промышленного использования. Самые большие электродвигатели используются для приведения в движение больших судов, а также для таких целей, как трубопроводные компрессоры, с номинальной мощностью в тысячи киловатт. Электродвигатели можно классифицировать по источнику электроэнергии, внутренней конструкции и применению.
Электродвигатель Физический принцип производства механической силы за счет взаимодействия электрического тока и магнитного поля был известен еще в 1821 году. Электродвигатели с повышенным КПД создавались в течение 19 века, но коммерческое использование электрические двигатели в больших масштабах требовали эффективных электрических генераторов и электрических распределительных сетей.
Чтобы снизить потребление электроэнергии двигателями и связанными с ними углеродными следами, различные регулирующие органы многих стран приняли и внедрили законы, поощряющие производство и использование электродвигатели с повышенным КПД. Хорошо спроектированный двигатель может преобразовывать более 90% входящей энергии в полезную мощность в течение десятилетий. Когда эффективность двигателя повышается даже на несколько процентных пунктов, экономия в киловатт-часах (и, следовательно, в стоимости) становится огромной. Эффективность использования электроэнергии типичного промышленного асинхронного двигателя может быть улучшена за счет: 1) уменьшения электрических потерь в обмотках статора (например, за счет увеличения площади поперечного сечения проводник, улучшая технику намотки и используя материалы с более высокой электропроводностью, такие как медь ), 2) снижение электрических потерь в обмотка ротора или отливка (например, с использованием материалов с более высокой электропроводностью, таких как медь), 3) уменьшение магнитных потерь за счет использования более качественной магнитной стали, 4) улучшение аэродинамика двигателей для снижения механических потерь от ветра, 5) улучшение подшипников для уменьшения потерь на трение и 6) минимизация производственных допусков. Для дальнейшего обсуждения этого вопроса см. Повышенная эффективность.)
По соглашению, электрический двигатель относится к железнодорожному электровозу, а не к электродвигателю.
Некоторые двигатели работают от потенциальной или кинетической энергии, например, некоторые фуникулеры, гравитационные плоскости и канатные конвейеры использовали энергию движущейся воды или камней, а некоторые часы имеют вес, который падает под действием силы тяжести. Другие формы потенциальной энергии включают сжатые газы (такие как пневматические двигатели ), пружины (заводные двигатели ) и эластичные ленты.
Исторические военные осадные машины включали большие катапульты, требушеты и (в некоторой степени) тараны приводились в действие потенциальной энергией.
Пневматический двигатель - это машина, которая преобразует потенциальную энергию в виде сжатого воздуха в механическую работу. Пневматические двигатели обычно преобразуют сжатый воздух в механическую работу посредством линейного или вращательного движения. Линейное движение может происходить либо от диафрагмы, либо от поршневого привода, в то время как вращательное движение обеспечивается пневмодвигателем лопаточного типа или поршневым пневмодвигателем. Пневматические двигатели получили широкое распространение в индустрии ручных инструментов, и предпринимаются постоянные попытки расширить их применение в транспортной отрасли. Однако пневматические двигатели должны преодолеть недостаток эффективности, прежде чем они будут рассматриваться как жизнеспособный вариант в транспортной отрасли.
Гидравлический двигатель получает энергию от находящейся под давлением жидкости. Этот тип двигателя используется для перемещения тяжелых грузов и привода механизмов.
При оценке рабочих характеристик двигателя используются следующие данные.
Скорость относится к вращению коленчатого вала в поршневых двигателях и скорости роторов компрессора / турбины и роторов электродвигателей. Он измеряется в оборотах в минуту (об / мин).
Тяга - это сила, прилагаемая к авиационному двигателю или его воздушному винту после того, как он разогнал воздух, проходящий через него.
Крутящий момент - это крутящий момент на валу, который рассчитывается путем умножения силы, вызывающей момент, на расстояние от вала.
Мощность - это показатель скорости выполнения работы.
КПД - это мера того, сколько топлива тратится впустую при производстве энергии.
Шум транспортного средства в основном исходит от двигателя на низких скоростях транспортного средства и от шин и воздуха, проходящего мимо транспортного средства на более высоких скоростях. Электродвигатели тише двигателей внутреннего сгорания. Двигатели, создающие тягу, такие как турбовентиляторные, турбореактивные и ракетные двигатели, издают наибольшее количество шума из-за того, как создаваемые ими высокоскоростные выхлопные потоки взаимодействуют с окружающим неподвижным воздухом. Технология снижения шума включает в себя глушители системы впуска и выпуска (глушители) на бензиновых и дизельных двигателях и гильзы для снижения шума во входных патрубках турбореактивных двигателей.
Наиболее известные типы двигателей включают:
 | На Викискладе есть медиафайлы, связанные с Двигателями. |
 | Искать engine в Wiktionary, бесплатный словарь. |
| Найдите мотор в Викисловаре, бесплатный словарь. |
