Двигатель — класс машин преобразования энергии¶

Двигатель — это машина, преобразующая один вид энергии в механическую работу для приведения в движение транспортных средств, стационарных механизмов или оборудования. Термин происходит от латинского motor — «приводящий в движение». Двигатели являются основным источником механической энергии в промышленности, транспорте, энергетике и быту.

¶Классификация

По виду преобразуемой энергии двигатели делятся на:

• Тепловые — преобразуют тепловую энергию сгорания топлива в механическую работу (двигатели внутреннего сгорания, паровые машины, газовые турбины).
• Электрические — преобразуют электрическую энергию в механическую (электродвигатели).
• Гидравлические — используют энергию потока жидкости (гидротурбины, гидромоторы).
• Ветровые — преобразуют кинетическую энергию воздушного потока.
• Реактивные — создают тягу за счёт истечения рабочего тела с высокой скоростью.
• Ядерные — используют энергию деления или синтеза ядерных частиц (в основном на транспорте не применяются, используются в энергетике).

По назначению различают стационарные двигатели (электростанции, заводские механизмы) и транспортные (автомобильные, авиационные, судовые, железнодорожные).

¶Двигатели внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) — тепловой двигатель, в котором сгорание топлива происходит непосредственно в рабочей камере цилиндра. Наиболее распространённая разновидность — поршневой ДВС, работающий по циклам Отто (бензиновые) или Дизеля (дизельные).

Принцип работы поршневого ДВС: в цилиндре происходит последовательность тактов — впуск рабочей смеси, сжатие, рабочий ход (расширение газов) и выпуск отработавших газов. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Основные типы поршневых ДВС:

К поршневым ДВС относятся также роторно-поршневые двигатели (двигатель Ванкеля), в которых вместо поршня используется ротор, вращающийся в корпусе эллиптической формы.

К газотурбинным ДВС относятся авиационные турбореактивные и турбовинтовые двигатели, а также газотурбинные установки на электростанциях и газоперекачивающих компрессорах.

¶Электродвигатели

Электродвигатель — устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую работу на основе явления электромагнитной индукции. Разделяют электродвигатели переменного тока (асинхронные, синхронные) и постоянного тока.

Асинхронный двигатель — наиболее массовый тип электропривода в промышленности. Его изобретение связано с работами русского электротехника Михаила Доливо-Добровольского (1862—1919), предложившего в 1889 году трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Такие двигатели применяются в насосах, вентиляторах, станках, электротранспорте.

Электродвигатели постоянного тока используются там, где требуется широкое регулирование частоты вращения: в электроприводе железнодорожного транспорта, подъёмных механизмов, в электроинструменте.

¶История

История двигателей начинается с паровой машины. В 1769 году французский инженер Николя-Жозеф Кюньо построил первый самоходный экипаж с паровой машиной. В 1784 году Джеймс Уатт получил патент на универсальную паровую машину двойного действия, ставшую прообразом всех современных тепловых двигателей.

Первый работающий двигатель внутреннего сгорания был создан в 1801 году французом Филиппом Лебоном (газовый), а в 1876 году Николаус Отто построил четырёхтактный бензиновый двигатель, ставший основой автомобильных моторов. В 1892 году Рудольф Дизель запатентовал двигатель, работающий на принципе самовоспламенения тяжёлого топлива.

В России первые исследования в области тепловых двигателей проводились в XIX веке на заводах Урала и Санкт-Петербурга. В советский период были созданы отечественные конструкторские школы двигателестроения: конструкторское бюро Владимира Климова (авиационные двигатели), Кутаисский завод имени 60-летия Октября (автомобильные моторы), а также мощная школа дизелестроения под руководством Романа Кулищака и других инженеров.

¶Применение

Двигатели используются повсеместно:

• Транспорт — автомобильные, авиационные, судовые, железнодорожные, космические двигатели.
• Энергетика — турбины электростанций (тепловых, гидравлических, атомных).
• Промышленность — электроприводы станков, конвейеров, насосов, компрессоров.
• Сельское хозяйство — тракторы, комбайны, мотопомпы.
• Бытовая техника — пылесосы, стиральные машины, вентиляторы.

В России производством двигателей занимаются предприятия «КАМАЗ» (дизели), «Автодизель»/ЯМЗ (Ярославский моторный завод), «Пермские моторы» (авиационные газотурбинные двигатели), «Сатурн» и «ОДК-Пермские моторы В.П. Мотылёва» (двигатели для авиации и энергетики).

¶Перспективные направления

Современное двигателестроение развивается в направлении повышения КПД, снижения выбросов и перехода к альтернативным видам топлива. К перспективным технологиям относятся водородные двигатели внутреннего сгорания, топливные элементы, гибридные силовые установки, а также электродвигатели для электромобилей. В России ведутся разработки в области создания двигателей на водородном топливе и совершенствования авиационных двигателей нового поколения (ПД-14, ПД-35, разрабатываемых ОДК).

История русского двигателестроения ведёт от первых паровых машин на Уральских заводах (1810-е годы) до современных газотурбинных двигателей, составляющих основу российской авиации.

Источники:

• Большая советская энциклопедия
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
• «Теория тепловых двигателей», под редакцией В.Ф. Рыжова
• «Двигатели внутреннего сгорания», В.В. Шабалин
• История науки и техники в России (сборник статей)