Двигатель

Чтобы узнать о других значениях, см. Двигатель (значения) . «Мотор» перенаправляется сюда. Чтобы узнать о других значениях, см. Двигатель (значения) .

Анимация, показывающая четыре стадии четырехтактного бензинового цикла внутреннего сгорания с электрическим источником зажигания :

1. Индукция (топливо поступает)
2. Сжатие
3. Зажигание (Топливо сгорает)
4. Выбросы (Выхлоп)

Реактивные двигатели используют теплоту сгорания для создания высокоскоростного выхлопа в качестве формы реактивного двигателя . Механическая энергия систем самолета для питания электрических и гидравлических может быть получена от вала турбины, но тяга создается за счет выхлопных газов.

Двигатель предназначенная или мотор — это машина, для преобразования одной или нескольких форм энергии в механическую энергию .

Доступные источники энергии включают потенциальную энергию Земли (например, энергию гравитационного поля , используемую при производстве гидроэлектроэнергии ), тепловую энергию (например, геотермальную ), химическую энергию , электрический потенциал и ядерную энергию (от ядерного деления или ядерного синтеза ). Многие из этих процессов генерируют тепло как промежуточную форму энергии, поэтому тепловые двигатели имеют особое значение. Некоторые естественные процессы, такие как атмосферные конвекционные ячейки, преобразуют тепло окружающей среды в движение (например, в форме восходящих воздушных потоков). Механическая энергия имеет особое значение при транспортировке , но также играет роль во многих промышленных процессах, таких как резка, измельчение, дробление и смешивание.

Механические тепловые двигатели преобразуют тепло в работу посредством различных термодинамических процессов. Двигатель внутреннего сгорания, пожалуй, наиболее распространенный пример механического теплового двигателя, в котором тепло от сгорания топлива поршень вызывает быстрое повышение давления газообразных продуктов сгорания в камере сгорания, заставляя их расширяться и приводить в движение , который вращает коленчатый вал . В отличие от двигателей внутреннего сгорания, реактивный двигатель (например, реактивный двигатель ) создает тягу за счет выброса реактивной массы в соответствии с третьим законом движения Ньютона .

Помимо тепловых двигателей, электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическое движение, пневматические двигатели используют сжатый воздух , а заводные двигатели в заводных игрушках используют упругую энергию . В биологических системах молекулярные двигатели , подобно миозинам в мышцах , используют химическую энергию для создания сил и, в конечном итоге, движения (химический двигатель, а не тепловой двигатель).

Химические тепловые двигатели, в которых в качестве топлива используется воздух (атмосферный газ), считаются воздушно-реактивными двигателями. Химические тепловые двигатели, предназначенные для работы вне атмосферы Земли (например, ракеты , глубоко затопленные подводные лодки ), должны нести дополнительный компонент топлива, называемый окислителем (хотя существуют суперокислители, подходящие для использования в ракетах, такие как фтор , более мощный окислитель, чем сам кислород); или приложению необходимо получать тепло нехимическими способами, например, посредством ядерных реакций .

Выбросы/Побочные продукты

Все тепловые двигатели, работающие на химическом топливе, выделяют выхлопные газы. Самые чистые двигатели выделяют только воду. Строгий нулевой уровень выбросов обычно означает нулевой уровень выбросов, за исключением воды и водяного пара. Только тепловые двигатели, сжигающие чистый водород (топливо) и чистый кислород (окислитель), по строгому определению достигают нулевого уровня выбросов (на практике это один тип ракетного двигателя). Если водород сжигается в сочетании с воздухом (все воздушно-реактивные двигатели), происходит побочная реакция между атмосферным кислородом и атмосферным азотом , приводящая к небольшим выбросам NO _x , что вредно даже в небольших количествах. Если углеводород (например, спирт в качестве топлива сжигается большое количество CO ₂ или бензин), выделяется — мощного парникового газа . Водород и кислород из воздуха могут превращаться в воду с помощью топливного элемента без побочного образования NO _x , но это электрохимический двигатель, а не тепловой двигатель.

Терминология

Слово двигатель происходит от старофранцузского engin , от латинского ingenium – корня слова гениальный . Доиндустриальное военное оружие, такое как катапульты , требушеты и тараны , называлось осадными машинами , а знание того, как их изготавливать, часто рассматривалось как военная тайна. Слово «джин» , как и слово «хлопкоочиститель» , является сокращением от слова «двигатель» . Большинство механических устройств, изобретенных во время промышленной революции, назывались двигателями, ярким примером которых является паровая машина. Однако оригинальные паровые машины, например, Томаса Савери , были не механическими двигателями, а насосами. Таким образом, пожарная машина в своей первоначальной форме представляла собой всего лишь водяной насос, который доставлялся к огню на лошадях.

В современном использовании термин «двигатель» обычно описывает устройства, такие 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 тяги ). Устройства, преобразующие тепловую энергию в движение, обычно называют просто двигателями . Примеры двигателей, создающих крутящий момент, включают знакомые автомобильные бензиновые и дизельные двигатели, а также турбовальные двигатели . Примеры двигателей, создающих тягу, включают турбовентиляторные двигатели и ракеты .

Когда был изобретен двигатель внутреннего сгорания, термин «двигатель» первоначально использовался, чтобы отличить его от парового двигателя, который в то время широко использовался, приводя в движение локомотивы и другие транспортные средства, такие как паровые катки . Термин «мотор» происходит от латинского глагола moto , который означает «приводить в движение» или «поддерживать движение». Таким образом, двигатель – это устройство, которое сообщает движение.

Мотор и двигатель взаимозаменяемы на стандартном английском языке. В некоторых инженерных жаргонах эти два слова имеют разные значения: двигатель — это устройство, которое сжигает или иным образом потребляет топливо, изменяя его химический состав, а двигатель — это устройство, приводимое в движение электричеством , воздухом или гидравлическим давлением, которое не изменяется. химический состав источника энергии. Однако в ракетной технике используется термин «ракетный двигатель» , хотя они и потребляют топливо.

Тепловой двигатель также может служить первичным двигателем — компонентом, который преобразует поток или изменения давления жидкости в механическую энергию . Автомобиль . с двигателем внутреннего сгорания может использовать различные двигатели и насосы, но в конечном итоге все такие устройства получают мощность от двигателя Другой взгляд на это заключается в том, что двигатель получает мощность от внешнего источника, а затем преобразует ее в механическую энергию, в то время как двигатель создает мощность за счет давления (получаемого непосредственно из взрывной силы сгорания или другой химической реакции или вторично из-за давления). действие некоторой такой силы на другие вещества, такие как воздух, вода или пар).

История

Античность

Простые машины , такие как дубинка и весло (примеры рычага ) , являются доисторическими . Более сложные двигатели, использующие энергию человека , животных , воды , ветра и даже пара, восходят к древности. Человеческая сила была сосредоточена за счет использования простых двигателей, таких как шпиль , лебедка или беговая дорожка , а также веревок , шкивов , а также блоков и таклей ; эта мощность обычно передавалась с умножением скорости сил и уменьшением . Они использовались в кранах и на борту кораблей в Древней Греции , а также в шахтах , водяных насосах и осадных машинах в Древнем Риме . Писатели тех времен, в том числе Витрувий , Фронтин и Плиний Старший , относятся к этим двигателям как к обычным явлениям, 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 раньше приводились в движение людьми.

По данным Страбона , 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, с акведуками , плотинами и шлюзами для поддержания и направления воды, а также с системами шестерен или зубчатых колес из дерева и металла для регулирования скорости вращения. Более сложные небольшие устройства, такие как Антикиферский механизм, использовали сложные системы шестерен и циферблатов, действовавшие как календари или предсказывающие астрономические события. В стихотворении Авзония в IV веке нашей эры он упоминает камнерезную пилу, приводящую в движение воду. Герою Александрии приписывают множество таких машин с приводом от ветра и пара в I веке нашей эры, в том числе Эолипил и торговый автомат ; часто эти машины были связаны с богослужением, например, анимированные алтари и автоматические храмовые двери.

Средневековый

Средневековые мусульманские инженеры использовали шестерни в мельницах и водоподъёмных машинах, а также использовали плотины в качестве источника гидроэнергии для обеспечения дополнительной энергии водяных мельниц и водоподъёмных машин. В средневековом исламском мире такие достижения позволили механизировать многие промышленные задачи, ранее выполняемые ручным трудом .

В 1206 году аль-Джазари применил кривошипно - шатунную систему для двух своих водоподъёмных машин. Простейшее устройство паровой турбины было описано Таки ад-Дином. в 1551 году и Джованни Бранка. в 1629 году.

В 13 веке твердотопливный ракетный двигатель в Китае был изобретен . Эта простейшая форма двигателя внутреннего сгорания, приводимая в движение порохом, не могла обеспечить постоянную мощность, но была полезна для перемещения оружия на высоких скоростях к врагам в бою и для фейерверков . После изобретения это нововведение распространилось по всей Европе.

Промышленная революция

Двигатель Бултона и Ватта 1788 года.

Паровой двигатель Ватта был первым типом парового двигателя, в котором для приведения в движение поршня использовался пар под давлением чуть выше атмосферного за счет частичного вакуума. Усовершенствование конструкции паровой машины Ньюкомена 1712 года , паровая машина Уатта, спорадически разрабатывавшаяся с 1763 по 1775 год, стала большим шагом в развитии паровой машины. Предлагая резкое повышение эффективности использования топлива , конструкция Джеймса Уотта стала синонимом паровых двигателей, во многом благодаря его деловому партнеру Мэтью Бултону . Это позволило быстро создать эффективные полуавтоматические заводы в ранее невообразимых масштабах в местах, где не было гидроэнергии. Позднее развитие привело к появлению паровозов и значительному расширению железнодорожного транспорта .

Что касается поршневых двигателей внутреннего сгорания , то они были испытаны во Франции в 1807 году де Ривазом и независимо братьями Ньепс . Теоретически они были выдвинуты Карно в 1824 году. В 1853–1857 годах Эудженио Барсанти и Феличе Маттеуччи изобрели и запатентовали двигатель, использующий принцип свободного поршня, который, возможно, был первым четырехтактным двигателем.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания , которое позже имело коммерческий успех, было сделано в 1860 году Этьеном Ленуаром .

В 1877 году цикл Отто был способен обеспечить гораздо более высокое соотношение мощности к весу, чем паровые двигатели, и работал намного лучше для многих транспортных применений, таких как автомобили и самолеты.

V6 Двигатель внутреннего сгорания от Mercedes-Benz.

Автомобили

Первый коммерчески успешный автомобиль, созданный Карлом Бенцем , усилил интерес к легким и мощным двигателям. Легкий бензиновый двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу Отто, оказался наиболее успешным для легковых автомобилей, а более эффективный дизельный двигатель используется для грузовых автомобилей и автобусов. Однако в последние годы турбодизельные двигатели становятся все более популярными, особенно за пределами США, даже для совсем небольших автомобилей.

Горизонтально-оппозитные поршни

В 1896 году Карл Бенц получил патент на конструкцию первого двигателя с горизонтально расположенными поршнями. Его конструкция создала двигатель, в котором соответствующие поршни движутся в горизонтальных цилиндрах и одновременно достигают верхней мертвой точки, таким образом автоматически уравновешивая друг друга относительно их индивидуального импульса. Двигатели такой конструкции часто называют плоскими из-за их формы и нижнего профиля. Они использовались в Volkswagen Beetle , Citroën 2CV , некоторых автомобилях Porsche и Subaru, многих BMW и Honda мотоциклах , а также в винтовых авиационных двигателях .

Продвижение

Продолжающееся использование двигателей внутреннего сгорания в автомобилях отчасти связано с совершенствованием систем управления двигателем (бортовые компьютеры, обеспечивающие процессы управления двигателем, и впрыск топлива с электронным управлением). Принудительная впуск воздуха посредством турбонаддува и наддува увеличила выходную мощность и эффективность двигателя. Аналогичные изменения были применены к дизельным двигателям меньшего размера, придав им почти те же характеристики мощности, что и бензиновым двигателям. Это особенно очевидно с учетом популярности небольших автомобилей с дизельными двигателями в Европе. Дизельные двигатели большей мощности по-прежнему часто используются в грузовых автомобилях и тяжелой технике, хотя они требуют специальной обработки, которой нет на большинстве заводов. Дизельные двигатели производят меньше выбросов углеводородов и CO ₂ , но больше твердых частиц и Загрязнение NO _x , чем у бензиновых двигателей. Дизельные двигатели также на 40% более экономичны, чем сопоставимые бензиновые двигатели.

Увеличение мощности

В первой половине 20-го века возникла тенденция увеличения мощности двигателей, особенно в моделях США. Конструктивные изменения включили в себя все известные методы увеличения мощности двигателя, в том числе увеличение давления в цилиндрах для повышения эффективности, увеличение размеров двигателя и увеличение скорости, с которой двигатель производит работу. Более высокие силы и давления, созданные этими изменениями, создали проблемы с вибрацией и размером двигателя, что привело к созданию более жестких и компактных двигателей с V-образным и оппозитным расположением цилиндров, заменяющих более длинные прямолинейные конструкции.

сгорания

Оптимальная эффективность сгорания в легковых автомобилях достигается при температуре охлаждающей жидкости около 110 °C (230 °F).

Конфигурация двигателя

Раньше при разработке автомобильных двигателей производился гораздо больший ассортимент двигателей, чем тот, который обычно используется сегодня. Двигатели варьируются от 1 до 16 цилиндров с соответствующими различиями в габаритных размерах, весе, объеме двигателя и диаметре цилиндров . В большинстве моделей использовались четыре цилиндра и мощность от 19 до 120 л.с. (от 14 до 90 кВт). Было построено несколько трехцилиндровых двухтактных моделей, в то время как большинство двигателей имели прямые или рядные цилиндры. Существовало несколько моделей V-образного типа, а также горизонтально-оппозитные двух- и четырехцилиндровые модели. верхние распределительные валы Часто использовались . Двигатели меньшего размера обычно имели воздушное охлаждение и располагались в задней части автомобиля; Степень сжатия была относительно низкой. В 1970-е и 1980-е годы возрос интерес к улучшению экономии топлива , что привело к возврату к меньшим шестицилиндровым и четырехцилиндровым двигателям с пятью клапанами на цилиндр для повышения эффективности. Bugatti Veyron 16.4 работает с двигателем W16 , а это означает, что два Расположение цилиндров V8 расположено рядом друг с другом, образуя W-образную форму с общим коленчатым валом.

Самым большим двигателем внутреннего сгорания, когда-либо построенным, является Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , 14-цилиндровый 2-тактный дизельный двигатель с турбонаддувом, который был разработан для привода Emma Mærsk , крупнейшего контейнеровоза в мире, спущенного на воду в 2006 году. Этот двигатель имеет массу 2300 тонн, при работе на частоте 102 об/мин (1,7 Гц) развивает мощность более 80 МВт и может использовать до 250 тонн топлива в сутки.

Типы

Двигатель можно отнести к категории по двум критериям: форме энергии, которую он принимает для создания движения, и типу движения, которое он выдает.

Тепловой двигатель

Основная статья: Тепловой двигатель

Двигатель внутреннего сгорания

Двигатели внутреннего сгорания — это тепловые двигатели, приводимые в движение теплотой процесса сгорания .

Двигатель внутреннего сгорания

Трехсильный двигатель внутреннего сгорания, работавший на угольном газе.

Основная статья: Двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания — это двигатель, в котором сгорание топлива (обычно ископаемого топлива ) происходит с окислителем (обычно воздухом) в камере сгорания . В двигателе внутреннего сгорания расширение газов с высокой температурой и высоким давлением , образующихся при сгорании, непосредственно воздействует на компоненты двигателя, такие как поршни , лопатки турбины или сопло , и перемещает их на расстояние. , производит механическую работу .

Двигатель внешнего сгорания

Основная статья: Двигатель внешнего сгорания

Двигатель внешнего сгорания (EC-двигатель) — это тепловой двигатель , в котором внутреннее рабочее тело нагревается за счет сгорания внешнего источника через стенку двигателя или теплообменник . Затем жидкость , расширяясь и воздействуя на механизм двигателя, производит движение и полезную работу . Затем жидкость охлаждается, сжимается и повторно используется (замкнутый цикл) или (реже) сбрасывается, а холодная жидкость втягивается (пневматический двигатель открытого цикла).

« Горение » означает сжигание топлива с окислителем для выделения тепла. Двигатели аналогичной (или даже идентичной) конфигурации и работы могут использовать подачу тепла из других источников, таких как ядерные, солнечные, геотермические или экзотермические реакции, не связанные с горением; но тогда они классифицируются строго не как двигатели внешнего сгорания, а как внешние тепловые двигатели.

Рабочей жидкостью может быть газ, как в двигателе Стирлинга , или пар, как в паровом двигателе, или органическая жидкость, такая как н-пентан, в органическом цикле Ренкина . Жидкость может быть любого состава; даже однофазная жидкость газ, безусловно, является наиболее распространенным, хотя иногда используется . В случае парового двигателя жидкость меняет фазы между жидкостью и газом.

Воздушно-реактивные двигатели внутреннего сгорания

Воздушно-реактивные двигатели внутреннего сгорания — это двигатели внутреннего сгорания, которые используют кислород атмосферного воздуха для окисления («сжигания») топлива, а не несут окислитель , как в ракете . Теоретически это должно привести к лучшему удельному импульсу, чем у ракетных двигателей.

Через воздушно-реактивный двигатель протекает непрерывный поток воздуха. Этот воздух сжимается, смешивается с топливом, воспламеняется и выбрасывается в виде выхлопных газов . В реактивных двигателях большая часть энергии сгорания (тепла) выходит из двигателя в виде выхлопных газов, которые непосредственно обеспечивают тягу.

Примеры

К типичным воздушно-реактивным двигателям относятся:

• Поршневой двигатель
• Паровой двигатель
• Газовая турбина
• Воздушно-реактивный двигатель
• Турбовинтовой двигатель
• Импульсно-детонационный двигатель
• Импульсная струя
• Рамджет
• ГПВРД
• Двигатель с жидкостно-воздушным циклом / Реакционные двигатели SABRE .

Воздействие

Работа двигателей обычно оказывает негативное влияние на качество воздуха и уровень окружающего шума . Все большее внимание уделяется особенностям автомобильных энергетических систем, вызывающим загрязнение окружающей среды. Это вызвало новый интерес к альтернативным источникам энергии и усовершенствованиям двигателей внутреннего сгорания. Хотя появилось несколько электромобилей с аккумуляторным питанием, выпущенных ограниченным тиражом, они не оказались конкурентоспособными из-за стоимости и эксплуатационных характеристик. В 21 веке дизельный двигатель становится все более популярным среди автовладельцев. Однако бензиновый двигатель и дизельный двигатель с их новыми устройствами контроля выбросов, позволяющими улучшить показатели выбросов, еще не столкнулись с серьезными проблемами. Ряд производителей представили гибридные двигатели, в основном состоящие из небольшого бензинового двигателя в сочетании с электродвигателем и большим аккумуляторным блоком. Они начинают становиться популярным вариантом из-за их заботы об окружающей среде.

Качество воздуха

Выхлопные газы двигателя с искровым зажиганием состоят из следующих веществ: азот от 70 до 75 % (по объему), водяной пар от 10 до 12 %, углекислый газ от 10 до 13,5 %, водород от 0,5 до 2 %, кислород от 0,2 до 2 %, окись 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 частей на миллион, диоксид серы от 15 до 60 частей на миллион, следы других соединений, таких как присадки к топливу и смазочные материалы, а также галогеновые и металлические соединения и другие частицы. Угарный газ очень токсичен и может вызвать отравление угарным газом , поэтому важно избегать скопления газа в замкнутом пространстве. Каталитические нейтрализаторы могут снизить токсичные выбросы, но не устранить их. Кроме того, выбросы парниковых газов, главным образом углекислого газа , в результате широкого использования двигателей в современном промышленно развитом мире способствуют глобальному парниковому эффекту – основной проблеме, связанной с глобальным потеплением .

Негорящие тепловые двигатели

Основная статья: тепловая машина

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 движение за счет разложения перекиси водорода . Помимо другого источника энергии, двигатель часто устроен так же, как двигатель внутреннего или внешнего сгорания.

Другая группа негорючих двигателей включает термоакустические тепловые двигатели (иногда называемые «Двигатели ТА»), которые представляют собой термоакустические устройства, которые используют звуковые волны высокой амплитуды для перекачки тепла из одного места в другое или, наоборот, используют разницу тепла для создания звуковых волн высокой амплитуды. . В целом термоакустические двигатели можно разделить на устройства со стоячей волной и с бегущей волной.

Двигатели Стирлинга могут быть еще одной формой негорючих тепловых двигателей. Они используют термодинамический цикл Стирлинга для преобразования тепла в работу. Примером является двигатель Стирлинга типа альфа, в котором газ течет через рекуператор между горячим цилиндром и холодным цилиндром, которые прикреплены к поршням, совершающим возвратно-поступательное движение со сдвигом по фазе на 90°. Газ получает тепло в горячем цилиндре и расширяется, приводя в движение поршень, который вращает коленчатый вал . После расширения и прохождения через рекуператор газ отдает тепло в холодном цилиндре, и возникающий перепад давления приводит к его сжатию другим (вытесняющим) поршнем, который вытесняет его обратно в горячий цилиндр.

Нетепловой двигатель

Нетепловые двигатели обычно работают за счет химической реакции, но не являются тепловыми двигателями. Примеры включают в себя:

• Молекулярный двигатель - двигатели, встречающиеся в живых существах.
• Синтетический молекулярный мотор .

Электродвигатель

Основные статьи: Электродвигатель и электромобиль

Электродвигатель электрическую использует энергию для производства механической энергии , обычно за счет взаимодействия магнитных полей и проводников с током . Обратный процесс, производящий электрическую энергию из механической энергии, осуществляется с помощью генератора или динамо-машины . Тяговые двигатели, используемые на транспортных средствах, часто выполняют обе задачи. Электродвигатели могут работать как генераторы и наоборот, хотя это не всегда практично.Электродвигатели распространены повсеместно и используются в таких разнообразных приложениях, как промышленные вентиляторы, воздуходувки и насосы, станки, бытовая техника, электроинструменты и дисководы . Они могут питаться постоянным током (например, портативное устройство с батарейным питанием или автомобиль) или переменным током от центральной распределительной электросети. Самые маленькие моторы можно найти в электрических наручных часах. Двигатели среднего размера со стандартизированными размерами и характеристиками обеспечивают удобную механическую мощность для промышленного использования. Самые мощные электродвигатели используются для приведения в движение больших кораблей и для таких целей, как компрессоры трубопроводов, их мощность исчисляется тысячами киловатты . Электродвигатели можно классифицировать по источнику электроэнергии, внутренней конструкции и применению.

Электродвигатель

Физический принцип создания механической силы за счет взаимодействия электрического тока и магнитного поля был известен еще в 1821 году. Электродвигатели возрастающего КПД строились на протяжении всего XIX века, но коммерческая эксплуатация электродвигателей в больших масштабах требовала эффективных электрические генераторы и электрические распределительные сети.

Чтобы снизить потребление электроэнергии двигателями и связанные с этим выбросы углекислого газа , различные регулирующие органы во многих странах приняли и внедрили законы, поощряющие производство и использование электродвигателей с более высоким КПД. Хорошо спроектированный двигатель может преобразовывать более 90% входной энергии в полезную мощность на протяжении десятилетий. Когда эффективность двигателя повышается хотя бы на несколько процентных пунктов, экономия в киловатт-часах (и, следовательно, в стоимости) огромна. Электрическую эффективность типичного промышленного асинхронного двигателя можно повысить за счет: 1) снижения электрических потерь в обмотках статора (например, за счет увеличения площади поперечного сечения проводника , совершенствования технологии намотки и использования материалов с более высокими электрическими свойствами). проводимости , например меди ), 2) снижение электрических потерь в катушке ротора или отливке (например, за счет использования материалов с более высокой электропроводностью, например меди), 3) снижение магнитных потерь за счет использования магнитной стали более высокого качества , 4) улучшение аэродинамика и двигателей для уменьшения механических потерь на ветровую тягу, 5) улучшение подшипников для уменьшения потерь на трение 6) минимизация производственных допусков . Дальнейшее обсуждение этой темы см. в разделе « Эффективность премиум-класса» ).

Условно под электродвигателем подразумевается железнодорожный электровоз , а не электродвигатель.

Двигатель с физическим приводом

Некоторые двигатели приводятся в действие потенциальной или кинетической энергией, например, некоторые фуникулеры , гравитационные самолеты и конвейеры канатных дорог используют энергию движущейся воды или камней, а некоторые часы имеют вес, который падает под действием силы тяжести. Другие формы потенциальной энергии включают сжатые газы (например, пневматические двигатели ), пружины ( часовые двигатели ) и эластичные ленты .

Исторические военные осадные машины включали в себя большие катапульты , требушеты и (в некоторой степени) тараны , приводившиеся в действие потенциальной энергией.

Пневматический двигатель

Основная статья: Пневматический двигатель

Пневматический двигатель — это машина, преобразующая 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 осуществляться либо мембранным, либо поршневым приводом, а вращательное движение обеспечивается либо лопастным пневматическим двигателем, либо поршневым пневматическим двигателем. Пневматические двигатели нашли широкий успех в производстве ручных инструментов, и предпринимаются постоянные попытки расширить их использование в транспортной отрасли. Однако пневматические двигатели должны преодолеть недостатки в эффективности, прежде чем они станут жизнеспособным вариантом в транспортной отрасли.

Гидравлический мотор

Основная статья: Гидравлический двигатель

получает Гидравлический двигатель энергию от под давлением жидкости . Этот тип двигателя используется для перемещения тяжелых грузов и привода механизмов.

Гибрид

Некоторые двигательные единицы могут иметь несколько источников энергии. Например, электродвигатель подключаемого гибридного электромобиля может получать электроэнергию либо от батареи, либо от ископаемого топлива через двигатель внутреннего сгорания и генератор.

Производительность

Следующие параметры используются при оценке производительности двигателя.

Скорость

Скорость относится к вращению коленчатого вала в поршневых двигателях, а также к скорости роторов компрессора/турбины и роторов электродвигателей. Измеряется в оборотах в минуту (об/мин).

Упор

Тяга — это сила, действующая на самолет вследствие того, что его пропеллер или реактивный двигатель ускоряют проходящий через него воздух. Это также сила, действующая на корабль вследствие того, что его гребной винт ускоряет протекающую через него воду.

Крутящий момент

Крутящий момент представляет собой вращающий момент на валу и рассчитывается путем умножения силы, вызывающей этот момент, на расстояние от вала.

Мощность

Мощность – это мера того, насколько быстро выполняется работа.

Эффективность

Основная статья: КПД двигателя

Эффективность – это доля полезной энергии, выделяемой по отношению к общему количеству потребляемой энергии.

Уровни звука

Шум автомобиля исходит преимущественно от двигателя на низких скоростях автомобиля, а также от шин и воздуха, проходящего мимо автомобиля 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 их создающие тягу высокоскоростные потоки выхлопных газов взаимодействуют с окружающим неподвижным воздухом.Технология шумоподавления включает в себя глушители (глушители) впускной и выпускной систем на бензиновых и дизельных двигателях, а также шумопоглощающие вкладыши на воздухозаборниках ТРДД.

Двигатели

К особо примечательным типам двигателей относятся:

• Авиационный двигатель
• Автомобильный двигатель
• Модель двигателя
• Двигатель мотоцикла
• Морские силовые двигатели, такие как подвесной мотор
• Внедорожный двигатель — это термин, используемый для обозначения двигателей, которые не используются транспортными средствами на дорогах.
• железнодорожного локомотива Двигатель
• Маршевые двигатели космического корабля, такие как ракетный двигатель
• Тяговый двигатель

См. также

• Авиационный двигатель
• Замена двигателя автомобиля
• Электродвигатель
• Охлаждение двигателя
• Замена двигателя
• Бензиновый двигатель
• двигатель HCCI
• двигатель Хессельмана
• Двигатель с горячей лампочкой
• двигатель ИРИС
• Микромотор
  • Жгутики - биологический двигатель, используемый некоторыми микроорганизмами.
  • Наномотор
  • Молекулярный мотор
  • Синтетический молекулярный двигатель
  • Адиабатический квантовый двигатель
• Многотопливный
• Реакция двигателя
• Твердотельный двигатель
• Хронология технологии тепловых двигателей
• Хронология развития двигателей и двигателей

Ссылки

Источники

• Ландельс Дж., Инженерное дело в древнем мире . ISBN   0-520-04127-5

Внешние ссылки

• Патент США 194 047
• Подробная анимация двигателя
• Рабочий 4-тактный двигатель - анимация, заархивировано 25 апреля 2019 г. на Wayback Machine.
• Анимированные иллюстрации различных двигателей
• 5 способов перепроектировать двигатель внутреннего сгорания
• Статья о малых двигателях SI.
• Статья о компактных дизельных двигателях.
• Типы двигателей