Двигатель определение – Двигатель внутреннего сгорания — это… Что такое Двигатель внутреннего сгорания?

Содержание

ДВИГАТЕЛЬ — это… Что такое ДВИГАТЕЛЬ?

  • двигатель — мотор, движок; движущая сила; болиндер, ветряк, пружина, рычаг, сердце, нефтянка Словарь русских синонимов. двигатель 1. мотор 2. см. рычаг Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык …   Словарь синонимов

  • ДВИГАТЕЛЬ — устройство, преобразующее один вид энергии в др. вид или механическую работу; (1) Д. внутреннего сгорания тепловой двигатель, внутри которого происходит сжигание топлива и часть выделившейся при этом теплоты преобразуется в механическую работу.… …   Большая политехническая энциклопедия

  • ДВИГАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ, двигателя, муж. 1. Машина, приводящая что нибудь в движение; механизм, преобразующий какой нибудь вид энергии в механическую работу (тех.). Двигатель внутреннего сгорания. Электрический двигатель. 2. Сила, способствующая прогрессу в… …   Толковый словарь Ушакова

  • ДВИГАТЕЛЬ — энергосиловая машина, преобразующая какую либо энергию в механическую работу. Подразделяют на первичные и вторичные. Первичные (гидротурбины, двигатель внутреннего сгорания и др.) непосредственно преобразуют энергию природных ресурсов (воды,… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Двигатель — энергосиловая машина, преобразующая какую либо энергию в механическую работу. Двигатели подразделяются на первичные и вторичные. Первичные (гидротурбины, двигатель внутреннего сгорания и др.) непосредственно преобразуют энергию природных ресурсов …   Официальная терминология

  • ДВИГАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ, машина, преобразующая различные виды энергии в механическую работу. Работа может быть получена от вращающегося ротора, возвратно поступательно движущегося поршня или от реактивного аппарата. Различают первичные и вторичные двигатели.… …   Современная энциклопедия

  • ДВИГАТЕЛЬ — ДВИГАТЕЛЬ, я, муж. 1. Машина, преобразующая какой н. вид энергии в механическую работу. Д. внутреннего сгорания. Ракетный д. 2. перен., чего. О силе, содействующей росту, развитию в какой н. области (высок.) Труд д. прогресса. Толковый словарь… …   Толковый словарь Ожегова

  • ДВИГАТЕЛЬ — (Engine) машина, работающая по прямому замкнутому циклу и превращающая какой нибудь вид энергии в механическую работу. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 …   Морской словарь

  • двигатель — – машина, преобразующая энергию сгорания горючки в механическую энергию – сердце любого авто. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • двигатель — Машина, преобразующая какой либо вид энергии в механическую работу [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Синонимы мотор EN enginemotor DE Motor FR moteur …   Справочник технического переводчика

  • Двигатель — это… Что такое Двигатель?

            энергосиловая машина, преобразующая какой-либо вид энергии в механическую работу. В зависимости от типа Д. работа может быть получена от вращаюшегося ротора, возвратно-поступательно движущегося поршня или от реактивного аппарата. Д. приводят в действие рабочие машины, транспортные средства сухопутного, водного, воздушного и космического назначения, производственно-технологической установки, коммунальные и бытовые приборы и т. п. Д., непосредственно преобразующие природные энергетические ресурсы (топливо, 1709 энергию ветра, воды и др.) в механическую энергию, называются первичными (паровые, ветряные, гидравлические и др.). Наибольшую группу среди первичных Д. составляют тепловые (См. Тепловой двигатель) двигатели, использующие химическую энергию топлива или атомную энергию. Д., преобразующис энергию первичных Д. в механическую работу, называются вторичными (электрические, пневматические, некоторые типы гидравлических и др.). Устройства, отдающие накопленную механическую энергию, также относят к Д. (инерционные, пружинные, гиревые механизмы). По назначению Д. разделяют на стационарные, т. е. установленные неподвижно; передвижные, используемые на движущихся рабочих машинах; транспортные, применяемые на различных видах транспортных средств. Первым в истории человечества механическим Д. было водяное колесо, применявшееся для оросительных систем в странах Древнего Востока, в Египте, Китае, Индии. В средние века водяные колёса получили распространение в странах Европы как энергетическая база мануфактурного производства.В этот же период широко применялись ветряные Д. Примерно с 13 в. предпринимались попытки создания вечного двигателя (См. Вечный двигатель)
    .
    Переход к машинной технике, начавшийся с середины 18 в., требовал создания Д., не зависящих от местных источников энергии (воды, ветра и т. п.). Первым Д., использующим тепловую энергию топлива, была поршневая пароатмосферная машина прерывного действия, появившаяся в конце 17 — начале 18 вв. (проекты французского физика Д. Папена и английского механика Т. Севери, усовершенствованные в дальнейшем Т. Ньюкоменом в Англии и М. Тривальдом в Швеции). Пароатмосферные Д. значительного распространения не получили. Проект универсального парового Д. был предложен в 1763 русским механиком И. И. Ползуновым
    ,
    который сдвоил в своей машине цилиндры, получил Д. непрерывного действия. Вполне развитую форму универсальной тепловой Д. получил в 1784 в паровой машине (См. Паровая машина)английского механика Дж. Уатта. Внедрение паровых машин обусловило независимость размещения промышленного производства от природных источников энергии и привело к быстрому развитию промышленности на новой энергитической основе. К 1880 мощность использовавшихся в мировом хозяйстве паровых машин превысила 26 млн.
    квт
    ( 35 млн. л. с.)          Во второй половине 19 в. в процессе дальнейшего совершенствования энергетической базы производства были созданы два новых типа тепловых Д.: Паровая турбина и Двигатель внутреннего сгорания (Д. в. с.). В паровых турбинах, получивших распространение после 1884 (патенты английского учёного Ч. Парсонса, шведского изобретателя К. Лаваля), энергия пара преобразуется в энергию вращающегося вала без кривошипно-шатунного механизма. Паровые турбины открыли широкие возможности наращивания мощности единичного агрегата и стали основным Д. крупных электрических станций. С начала 20 в. мощность паровых турбин непрерывно увеличивается, достигнув в 60-х гг. 20 в. 1200 Мвт в одном агрегате.          Первый практически пригодный Д. в. с. был сконструирован в 1860 французским механиком Э. Ленуаром. В 1876 Н. Отто в Германии создал более совершенный 4-тактный газовый Д. По сравнению с паровой машиной Д. в. с., освобожденный от парокотельного агрегата, имел более высокий кпд, был более простым и компактным Д. В 1897 немецкий инженер Р.
    Дизель, работая над повышением эффективности Д., предложил Д. в. с. с воспламенением от сжатия (см. Дизель). Дальнейшее усовершенствование этого Д. позволило применить в качестве дешёвого топлива нефть, в результате чего Д. в. с. становится экономичным стационарным Д. В то же время Д. в. с. получает широкое распространение на транспорте. В 60-е гг. 20 в. около 80% суммарной мощности всех существующих Д. падает на долю транспортных (см. Автомобильный двигатель, Судовой двигатель). Например, общая мощность автомобильных Д. во всех странах мира превысила 11 млрд. квт (15 млрд. л. с.).

            

    Параллельно с развитием тепловых Д. совершенствовалась конструкция первичных гидравлических Д., особенно гидротурбин (проекты французского инженера Б. Фурнерона, американского А. Пелтона, австрийского В. Каплана и др.). Создание мощных гидротурбин позволило строить гидроэнергетические агрегаты большой мощности (до 600 Мвт) и создавать крупные ГЭС в местностях, где имеются большие реки, водопады и т. п.

             Важнейшие сдвиги в развитии энергетической базы промышленного производства были связаны с изобретением и применением двигателей электрических (См. Двигатель электрический). В 1831 английский физик М. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, а в 1834 русский учёный Б. С. Якоби создал первый электрический Д. постоянного тока, пригодный для практических целей. Однако только с 70-х гг. 19 в. Д. постоянного тока получают широкое применение благодаря созданию источников дешёвой электроэнергии (генераторов постоянного тока) и усовершенствованию конструкции Д. электротехниками А. Пачинотти в Италии и З. Граммом в Бельгии. В 1888—89 русский инженер М. О. Доливо-Добровольский создал трёхфазную короткозамкнутую асинхронную электрическую машину (см. Асинхронный электродвигатель). В последующие годы конструкция электрических машин совершенствовалась, были созданы электрические Д. в широком диапазоне мощностей — от долей
    вт
    до десятков Мвт. Асинхронные электрические Д. просты в изготовлении, надёжны в эксплуатации, что обусловило их широкое распространение в промышленности. Электропривод в 20 в. стал основным фактором развития энергетики, обусловив постепенное её расчленение на две самостоятельные системы. Первичные Д. (например, турбогенераторы, гидрогенераторы) концентрируются преимущественно на тепловых электростанциях и ГЭС, а электрические Д. образуют параллельную систему конечных приёмников тока, установленных на предприятиях различных отраслей народного хозяйства. Электрические Д. получают также широкое применение в бытовом обслуживании (швейные, стиральные, кухонные машины, холодильники, электробритвы и т. п.).          В первой половине 20 в. были созданы новые типы практически пригодных тепловых Д. — Газовая турбина, Реактивный двигатель, Ядерная силовая установка
    .
    Газовые турбины стали основой авиационного двигателестроения (см. Авиационный двигатель), распространяются в локомотивостроении (газотурбовозы), на автомобилях и т. д. Реактивные Д. позволяют реализовать огромные мощности в одном агрегате. Суммарная мощность Д. ракеты, которая в 1961 вывела на орбиту первый космический корабль «Восток», пилотируемый Ю. А. Гагариным, составляла 14 млн. квт (около 20 млн. л. с.), что примерно равно мощности всех электростанций СССР в 1948. Мощность Д. ракеты-носителя «Протон» (1965—68) превышала 45 млн.
    квт
    (около 60 млн. л. с.) (см. также Ракетный двигатель).          В промышленности СССР свыше 85% мощности сосредоточено в электрических Д. и установках. В сельском хозяйстве в 1968 на долю Д. в. с. приходилось около 90% общей мощности Д. (см. Тракторный двигатель). Мощность Д. в народном хозяйстве СССР непрерывно растет. В 1967 мощность выпущенных Д. увеличилась по сравнению с 1960 в 1,8 раза и составила по паровым и гидравлическим турбинам 14,7 млн. квт, по дизелям (без автотракторных) 11 млн. квт. В том же 1967 было выпущено свыше 5 млн. электрических Д. суммарной мощностью около 30 млн. квт.

             Для обеспечения сложных по режиму условий работы применяется комбинирование Д. различных типов, например паровые турбины устанавливаются совместно с Д. в. с. или газовыми турбинами, разрабатываются проекты комбинированных ракетных Д., в которых сочетаются реактивные и жидкостные ракетные Д. (например, турборакетные или ракетно-прямоточные).

             Рост энергосистем, комплексная механизация и автоматизация производства, совершенствование транспорта, расширение космических исследований определяют пути дальнейшего развития Д. Непрерывно увеличивается мощность первичных Д. электрических станций, совершенствуется их конструкция, ведутся работы по созданию установок термоядерного синтеза, Д. внешнего сгорания, новых типов ракетных двигателей (ионных, плазменных, фотонных и др.). Для транспортного двигателестроения важными являются работы по созданию экономичных роторных беспоршневых и роторно-поршневых Д. в. с. (см., например, Ванкеля двигатель), электрических автомобильных и малогабаритных атомных Д. За рубежом (США) ведутся работы по использованию для автомобильного транспорта Д. внешнего сгорания (см.
    Стирлинга двигатель
    ) в комбинации с электрическим Д. Важнейшим направлением развития энергетической техники во второй половине 20 в. является преобразование химической и тепловой энергии топлива при помощи топливных элементов (См. Топливный элемент) и магнитогидродинамических генераторов (См. Магнитогидродинамический генератор) непосредственно в электрический ток для питания Д. Развитие атомной энергетики, реактивной техники, безмашинных генераторов тока в соединении с Д. большой мощности откроет новые перспективы в развитии производительных сил общества.

             Лит. см. при статьях об отдельных видах двигателей.

             А. А. Пархоменко.

    Двигатель внутреннего сгорания — это… Что такое Двигатель внутреннего сгорания?

    Дви́гатель вну́треннего сгора́ния (сокращённо ДВС) — это тип двигателя, тепловой машины, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую энергию.

    Несмотря на то, что двигатель внутреннего сгорания относится к относительно несовершенному типу тепловых машин (громоздкость, сильный шум, токсичные выбросы и необходимость системы их отвода, относительно небольшой ресурс, необходимость охлаждения и смазки, высокая сложность в проектировании, изготовлении и обслуживании, сложная система зажигания, большое количество изнашиваемых частей, высокое потребление горючего и так далее), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы), ДВС очень широко распространены, — например, на транспорте.

    История создания

    В 1799 году французский инженер Филипп Лебон открыл светильный газ. В 1799 году он получил патент на использование и способ получения светильного газа путём сухой перегонки древесины или угля, однако светильный газ годился не только для освещения.

    В 1801 году Лебон взял патент на конструкцию газового двигателя. Принцип действия этой машины основывался на известном свойстве открытого им газа: его смесь с воздухом взрывалась при воспламенении с выделением большого количества теплоты. Продукты горения, стремительно расширяясь, оказывали сильное давление на окружающую среду — таким образом, оставалось только найти способ использования выделившейся энергии. В двигателе Лебона были предусмотрены два компрессора и камера смешивания. Один компрессор должен был накачивать в камеру сжатый воздух, а другой — сжатый светильный газ из газогенератора. Затем газовоздушная смесь поступала в рабочий цилиндр, где воспламенялась. Двигатель был двойного действия, то есть попеременно действовавшие рабочие камеры находились по обе стороны поршня. По существу, Лебон вынашивал мысль о двигателе внутреннего сгорания, однако в 1804 году он погиб, так и не успев воплотить в жизнь своё изобретение.

    В последующие годы изобретатели из разных стран пытались создать работоспособный двигатель на светильном газе. Однако все эти попытки не привели к появлению на рынке двигателей, которые могли бы успешно конкурировать с паровой машиной.

    Честь создания коммерчески успешного двигателя внутреннего сгорания принадлежит бельгийскому механику Жану Этьену Ленуару. Работая на гальваническом заводе, Ленуар пришёл к мысли, что топливовоздушную смесь в газовом двигателе можно воспламенять с помощью электрической искры, и решил построить двигатель на основе этой идеи. Решив возникшие по ходу проблемы (тугой ход и перегрев поршня, ведущий к заклиниванию) продумав систему охлаждения и смазки двигателя, Ленуар создал работоспособный двигатель внутреннего сгорания. В 1864 году было выпущено более трёхсот таких двигателей разной мощности. Разбогатев, Ленуар перестал работать над дальнейшим усовершенствованием своей машины, и это предопределило её судьбу — она была вытеснена с рынка более совершенным двигателем, созданным немецким изобретателем Августом Отто и получившим патент на изобретение своей модели газового двигателя в 1864 году.

    В 1864 году немецкий изобретатель Августо Отто заключил договор с богатым инженером Лангеном для реализации своего изобретения — была создана фирма «Отто и Компания». Ни Отто, ни Ланген не владели достаточными знаниями в области электротехники и отказались от электрического зажигания. Воспламенение они осуществляли открытым пламенем через трубку. Цилиндр двигателя Отто, в отличие от двигателя Ленуара, был вертикальным. Вращаемый вал помещался над цилиндром сбоку. Принцип действия: вращающийся вал поднимал поршень на 1/10 высоты цилиндра, в результате чего под поршнем образовывалось разреженное пространство и происходило всасывание смеси воздуха и газа. Затем смесь воспламенялась. При взрыве давление под поршнем возрастало примерно до 4 атм. Под действием этого давления поршень поднимался, объём газа увеличивался и давление падало. Поршень сначала под давлением газа, а потом по инерции поднимался до тех пор, пока под ним не создавалось разрежение. Таким образом, энергия сгоревшего топлива использовалась в двигателе с максимальной полнотой. В этом заключалась главная оригинальная находка Отто. Рабочий ход поршня вниз начинался под действием атмосферного давления, и после того, как давление в цилиндре достигало атмосферного, открывался выпускной вентиль, и поршень своей массой вытеснял отработанные газы. Из-за более полного расширения продуктов сгорания КПД этого двигателя был значительно выше, чем КПД двигателя Ленуара и достигал 15 %, то есть превосходил КПД самых лучших паровых машин того времени. Кроме того, двигатели Отто были почти в пять раз экономичнее двигателей Ленуара, они сразу стали пользоваться большим спросом. В последующие годы их было выпущено около пяти тысяч штук. Несмотря на это, Отто упорно работал над усовершенствованием их конструкции. Вскоре была применена кривошипно-шатунная передача. Однако самое существенное из его изобретений было сделано в 1877 году, когда Отто получил патент на новый двигатель с четырёхтактным циклом. Этот цикл по сей день лежит в основе работы большинства газовых и бензиновых двигателей.

    Типы двигателей внутреннего сгорания

    Поршневой ДВС Роторный ДВС Газотурбинный ДВС

    ДВС классифицируют:

    а) По назначению — делятся на транспортные, стационарные и специальные.

    б) По роду применяемого топлива — легкие жидкие (бензин, газ), тяжелые жидкие (дизельное топливо, судовые мазуты).

    в) По способу образования горючей смеси — внешнее (карбюратор, инжектор) и внутреннее (в цилиндре ДВС).

    г) По способу воспламенения (с принудительным зажиганием, с воспламенением от сжатия, калоризаторные).

    д) По расположению цилиндров разделяют рядные, вертикальные, оппозитные с одним и с двумя коленвалами, V-образные с верхним и нижним расположением коленвала, VR-образные и W-образные, однорядные и двухрядные звездообразные, Н-образные, двухрядные с параллельными коленвалами, «двойной веер», ромбовидные, трехлучевые и некоторые другие.

    Бензиновые

    Бензиновые карбюраторные

    Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.

    Бензиновые инжекторные

    Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно — рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется под управлением электронного блока управления (ЭБУ), управляющим электрическими бензиновыми вентилями.

    Дизельные, с воспламенением от сжатия

    Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый от сжатия воздух (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топлива происходит его распыливание, а затем вокруг отдельных капель топлива возникают очаги сгорания. Т. к. дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50% в случае с крупными судовыми двигателями.

    Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим крутящим моментом на валу. Дизельное топливо является более дешевым, нежели бензин. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжелых топливах, например, мазутах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счет пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо в случае с инверторными генераторными установками, от присоединенной электромашины, которая при обычной эксплуатации выполняет роль генератора.

    Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера-Сабатэ со смешанным подводом теплоты.

    Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряженностью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах.

    Газовые

    Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:

    • смеси сжиженных газов — хранятся в баллоне под давлением насыщенных паров (до 16 атм). Испарённая в испарителе жидкая фаза или паровая фаза смеси ступенчато теряет давление в газовом редукторе до близкого атмосферному, и всасывается двигателем во впускной коллектор через воздушно-газовый смеситель или впрыскивается во впускной коллектор посредством электрических форсунок. Зажигание осуществляется при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи.
    • сжатые природные газы — хранятся в баллоне под давлением 150—200 атм. Устройство систем питания аналогично системам питания сжиженным газом, отличие — отсутствие испарителя.
    • генераторный газ — газ, полученный превращением твёрдого топлива в газообразное. В качестве твёрдого топлива используются:

    Газодизельные

    Основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.

    Роторно-поршневой

    Предложен изобретателем Ванкелем в начале ХХ века. Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Строился серийно фирмой НСУ в Германии (автомобиль RO-80), ВАЗом в СССР (ВАЗ-21018 «Жигули», ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), в настоящее время строится только Маздой (Mazda RX-8). При своей принципиальной простоте имеет ряд существенных конструктивных сложностей, делающих его широкое внедрение весьма затруднительным. Основные трудности связаны с созданием долговечных работоспособных уплотнений между ротором и камерой и с построением системы смазки.

    В Германии в конце 70х годов ХХ века существовал анекдот: «Продам НСУ, дам в придачу два колеса, фару и 18 запасных моторов в хорошем состоянии».

    • RCV — двигатель внутреннего сгорания, система газораспределения которого реализована за счёт движения поршня, который совершает возвратно-поступательные движения, попеременно проходя впускной и выпускной патрубок.

    Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

    •  — двигатель внутреннего сгорания, представляющий собой комбинацию из поршневой и лопаточной машин (турбина, компрессор), в котором обе машины в соотносимой мере участвуют в осуществлении рабочего процесса. Примером комбинированного ДВС служит поршневой двигатель с газотурбинным наддувом (турбонаддув). Большой вклад в теорию комбинированных двигателей внес советский инженер, профессор А. Н. Шелест.

    Циклы работы поршневых ДВС

    Двухтактный цикл Схема работы четырёхтактного двигателя, цикл Отто
    1. впуск
    2. сжатие
    3. рабочий ход
    4. выпуск

    Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.

    Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа, состоящий из четырёх отдельных тактов:

    1. впуска,
    2. сжатия заряда,
    3. рабочего хода и
    4. выпуска (выхлопа).

    Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения. Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW, Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (СААБ), обладающие большей гибкостью характеристики.

    Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ) до 20—30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20—30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД. В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил, увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.

    Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Фербенкс — Морзе, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20—30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах ХХ века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.

    Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.

    В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.

    Дополнительные агрегаты, требующиеся для ДВС

    Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.

    Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки(предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения(для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламениня топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).

    См. также

    Примечания

    Ссылки

    МОТОР — это… Что такое МОТОР?

  • мотор — МОТОР, а, м. 1. Машина, автомобиль. Поймать мотор. Купить мотор. 2. Сердце. мотор шалит. мотор сдает …   Словарь русского арго

  • мотор — авто, моторчик, двигатель, движок, сердце Словарь русских синонимов. мотор 1. см. двигатель. 2. см. автомобиль …   Словарь синонимов

  • МОТОР — МОТОР, мотора, муж. (лат. motor тот, кто двигает). 1. Двигатель (преим. внутреннего сгорания или электрический). Пустить в ход мотор. 2. Экипаж, вагон, снабженный таким двигателем (автомобиль, моторный вагон трамвая в отличие от прицепного;… …   Толковый словарь Ушакова

  • МОТОР — МОТОиРА межрайонный отдел технического осмотра и регистрации автомототранспортных средств; межрайонный отдел технического осмотра и регистрации автотранспорта авто, техн., транспорт МОТОР Источник: http://gibdd.kirov.ru/News.files/PressReliz… …   Словарь сокращений и аббревиатур

  • МОТОР — МОТОР, см. ДВИГАТЕЛЬ …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • МОТОР — МОТОР, а, муж. Двигатель (преимущ. внутреннего сгорания или электрический). Запустить, остановить м. | прил. моторный, ая, ое. Моторное топливо. Моторная лодка (с мотором). Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • Мотор — (от латинского motor приводящий в движение) механизм, преобразующий различные виды энергии в механическую энергию вращения вала. В авиации термин «М.» применяется наряду с термином «двигатель», но охватывает более узкий класс объектов, не… …   Энциклопедия техники

  • мотор — 1) двигло; 2) любой вид авто. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 …   Автомобильный словарь

  • МОТОР — двигатель, использующий тепловую, электрическую или гидравлическую энергию …   Большая политехническая энциклопедия

  • мотор — I. МОТОР I а, м. moteur m. Побудительная причина, двигательная сила. Называя водопад властелином влаги, я его лицетворю, забывая этимологию его, и говорю о том незримом moteur, побудителе водяной суматохи. 28. 8. 1825. П.А. Вяземский Пушкину. //… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • Электрические двигатели: классификация, устройство, принцип работы

    Электрический двигатель 3Электрический двигатель – специальная машина (ее еще называют электромеханическим преобразователем), с помощью которой электроэнергия преобразовывается в механическое движение.

    Побочный эффект такой конвертации – выделение тепла.

    При-этом современные двигатели обладают очень высоким КПД, который достигает 98%, в результате чего их использование экономически более выгодно по сравнению с двигателями внутренного сгорания. Электрические двигатели используются во всех сферах народного хозяйства, начиная от бытового применения, заканчивая военной техникой.

    Электрические двигатели и их разновидности

    Как известно с базового школьного курса физики, ток бывает переменным и постоянным. В бытовой электросети – переменный ток. Батарейки, аккумуляторы и другие мобильные источники питания предоставляют постоянный ток.

     

    Электродвигатели постоянного тока характеризуются хорошими эксплуатационными и динамическими характеристиками.

     Такие изделия широко используются в подъемных машинах, буровых станках, полимерном оборудовании, в некоторых агрегатах экскаваторов.
    Электрический двигатель 1

    По принципу работы электродвигатели переменного тока бывают

    • асинхронными;
    • синхронными.

    Подробное сравнение этих видов машин можно почитать тут. Электрический двигатель 2

    Синхронные двигатели – электрические машины, где скорость вращения ротора полностью идентична частоте магнитного поля. Учитывая эту особенность, такие устройства актуальны там, где необходима стабильная высокая скорость вращения: насосы, крупные вентиляторы, генераторы, компрессоры, стиральные машины, пылесосы, практически все электроинструменты.

    Особое внимание среди синхронных устройств, заслуживают шаговые двигатели. Они обладают несколькими обмотками. Такой подход позволяет с высокой точностью изменять скорость вращения таких электродвигателей.

    Асинхронными двигателями называют такие машины, в которых скорость ротора отличается от частоты движения магнитного поля.

    Нашли свое применение в подавляющем большинстве отраслей народного хозяйства: в приводах дымососов, транспортерах, шаровых мельницах, наждачных, сверлильных станках, в холодильном оборудовании, вентиляторах, кондиционерах, микроприводах.

    Максимальная скорость вращения асинхронных установок – 3000 об/мин.

    Интересное видео о двигателях смотрите ниже:

    Преимущества и недостатки асинхронных двигателей

    Асинхронные электродвигатели могут обладать фазным и короткозамкнутым ротором.

    Короткозамкнутый ротор более распространен.

    Такие двигатели обладают следующими преимуществами:

    • относительно одинаковая скорость вращения при разных уровнях нагрузки;
    • не боятся непродолжительных механических перегрузок;
    • простая конструкция;
    • несложная автоматизация и пуск;
    • высокий КПД (коэффициент полезного действия).

    Электродвигатели с короткозамкнутым контуром требуют большой пусковой ток.

    Если невозможно реализовать выполнение этого условия, то используют устройства с фазным ротором. Они обладают такими достоинствами:

    • хороший начальный вращающий момент;
    • нечувствительны к кратковременным перегрузкам механической природы;
    • постоянная скорость работы при наличии нагрузок;
    • малый пусковой ток;
    • с такими двигателями применяют автоматические пусковые устройства;
    • могут в небольших пределах изменять скорость вращения.

    К основным недостаткам асинхронных двигателей относят то, что изменять их скорость работы можно только посредством изменения частоты электрического тока.

    Кроме того, частота вращения – относительна. Она колеблется в небольших пределах. Иногда это недопустимо.

    Интересное видео об асинхронных электродвигателях смотрите ниже:

    Особенности работы синхронных двигателей

    Все синхронные двигатели обладают такими преимуществами:

    1. Они не отдают и не потребляют реактивную энергию в сеть. Это позволяет уменьшить их габариты при сохранении мощности. Типичный синхронный электродвигатель меньше асинхронного.
    2. В сравнении с асинхронными устройствами, менее чувствительны к скачкам напряжения.
    3. Хорошая сопротивляемость перегрузкам.
    4. Такие электрические машины способны поддерживать постоянную скорость вращения, если уровень нагрузок не превышает допустимые пределы.

    В любой бочке, есть ложка с дегтем. Синхронным электродвигателям присущи такие недостатки:

    • сложная конструкция;
    • затрудненный пуск в ход;
    • довольно сложно изменять скорость вращения (посредством изменения значения частоты тока).

    Сочетание всех этих особенностей делает синхронные двигатели невыгодными при мощностях до 100 Вт. А вот на более высоких уровнях производительности, синхронные машины показывают себя во всей красе.

    Линейный двигатель — Википедия

    Лабораторный синхронный линейный двигатель. На заднем плане статор — ряд индукционных катушек, на переднем плане — подвижный вторичный элемент, содержащий постоянный магнит.

    Лине́йный дви́гатель — электродвигатель, у которого один из элементов магнитной системы разомкнут и имеет развёрнутую обмотку, создающую магнитное поле, а другой взаимодействует с ним и выполнен в виде направляющей, обеспечивающей линейное перемещение подвижной части двигателя. Сейчас разработано множество разновидностей (типов) линейных электродвигателей, например:

    • линейные асинхронные электродвигатели (ЛАД),
    • линейные синхронные электродвигатели,
    • линейные электромагнитные двигатели,
    • линейные магнитоэлектрические двигатели,
    • линейные магнитострикционные двигатели,
    • линейные пьезоэлектрические (электрострикционные) двигатели и др.

    Многие типы линейных двигателей, такие как асинхронные, синхронные или постоянного тока, повторяют по принципу своего действия соответствующие двигатели вращательного движения, в то время как другие типы линейных двигателей (магнитострикционные, пьезоэлектрические и др.) не имеют практического исполнения как двигатели вращательного движения. Неподвижную часть линейного электродвигателя, получающую электроэнергию из сети, называют статором, или первичным элементом, а часть двигателя, получающую энергию от статора, называют вторичным элементом или якорем (название «ротор» к деталям линейного двигателя не применяется, так как слово «ротор» буквально означает «вращающийся», а в линейном двигателе вращения нет).

    Наибольшее распространение в транспорте и для больших линейных перемещений получили асинхронные и синхронные линейные двигатели, но применяются также линейные двигатели постоянного тока и линейные электромагнитные двигатели. Последние чаще всего используются для получения небольших перемещений рабочих органов и обеспечения при этом высокой точности и значительных тяговых усилий.

    Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если мысленно разрезать статор и ротор с обмотками обычного асинхронного двигателя вдоль оси по образующей и развернуть в плоскость. Образовавшаяся плоская конструкция представляет собой принципиальную схему линейного двигателя. Если теперь обмотки статора такого двигателя подключить к сети трёхфазного переменного тока, то образуется магнитное поле, ось которого будет перемещаться вдоль воздушного зазора со скоростью V, пропорциональной частоте питающего напряжения f и длине полюсного деления t: V = 2пf . Это перемещающееся вдоль зазора магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой по обмотке начнут протекать токи. Взаимодействие токов с магнитным полем приведёт к появлению силы, действующей, по правилу Ленца, в направлении перемещения магнитного поля. Ротор — в дальнейшем будем называть его уже вторичным элементом — под действием этой силы начнёт двигаться. Как и в обычном асинхронном двигателе, перемещение элемента происходит с некоторым скольжением относительно поля S = (V — v)/V, где v — скорость движения элемента. Номинальное скольжение линейного двигателя равно 2-6%.[1] Вторичный элемент линейного двигателя не всегда снабжается обмоткой. Одно из достоинств линейного асинхронного двигателя заключается в том, что в качестве вторичного элемента может использоваться обычный металлический лист. Вторичный элемент при этом может располагаться также между двумя статорами, или между статором и ферромагнитным сердечником. Вторичный элемент выполняется из меди, алюминия или стали, причём использование немагнитного вторичного элемента предполагает применение конструктивных схем с замыканием магнитного потока через ферромагнитные элементы. Принцип действия линейных двигателей со вторичным элементом в виде полосы повторяет работу обычного асинхронного двигателя с массивным ферромагнитным или полым немагнитным ротором. Обмотки статора линейных двигателей имеют те же схемы соединения, что и обычные асинхронные двигатели, и подключаются обычно к сети трёхфазного переменного тока. Линейные двигатели очень часто работают в так называемом обращённом режиме движения, когда вторичный элемент неподвижен, а передвигается статор. Такой линейный двигатель, получивший название двигателя с подвижным статором, находит, в частности, широкое применение на электрическом транспорте. Например, статор неподвижно закреплён под полом вагона, а вторичный элемент представляет собой металлическую полосу между рельс, а иногда вторичным элементом служат сами рельсы. Одной из разновидностей линейных асинхронных двигателей являются трубчатый (коаксиальный) двигатель. Статор такого двигателя имеет вид трубы, внутри которой располагаются перемежающиеся между собой плоские дисковые катушки (обмотки статора) и металлические шайбы, являющиеся частью магнитопровода. Катушки двигателя соединяются группами и образуют обмотки отдельных фаз двигателя. Внутри статора помещается вторичный элемент также трубчатой формы, выполненный из ферромагнитного материала. При подключении к сети обмоток статора вдоль его внутренней поверхности образуется бегущее магнитное поле, которое индуцирует в теле вторичного элемента токи, направленные по его окружности. Взаимодействие этих токов с магнитным полем двигателя создаёт на вторичном элементе силу, действующую вдоль трубы, которая и вызывает (при закреплённом статоре) движение вторичного элемента в этом направлении. Трубчатая конструкция линейных двигателей характеризуется аксиальным направлением магнитного потока во вторичном элементе в отличие от плоского линейного двигателя, в котором магнитный поток имеет радиальное направление.

    Схема синхронного линейного двигателя.

    Основной областью применения синхронных двигателей, где их преимущества проявляются особенно сильно, является высокоскоростной электрический транспорт. Дело в том, что по условиям нормальной эксплуатации такого транспорта необходимо иметь сравнительно большой воздушный зазор между подвижной частью и вторичным элементом. Асинхронный линейный двигатель имеет при этом очень низкий коэффициент мощности (cosφ), и его применение оказывается экономически невыгодным. Синхронный линейный двигатель, напротив, допускает наличие относительно большого воздушного зазора между статором и вторичным элементом и работает при этом с cosφ, близким к единице, и высоким КПД, достигающим 96%. Применение синхронных линейных двигателей в высокоскоростном транспорте сочетается, как правило, с магнитной подвеской вагонов и применением сверхпроводящих магнитов и обмоток возбуждения, что позволяет повысить комфортабельность движения и экономические показатели работы подвижного состава.

    • Широкое применение линейные двигатели нашли в электрическом транспорте, чему способствовал целый ряд преимуществ этих двигателей: прямолинейность движения вторичного элемента (или статора), что естественно сочетается с характером движения различных транспортных средств, простота конструкции, отсутствие трущихся частей (энергия магнитного поля непосредственно преобразуется в механическую), что позволяет добиться высокой надёжности и КПД. Ещё одно преимущество связано с независимостью силы тяги от силы сцепления колёс с рельсовым путём, что недостижимо для обычных систем электрической тяги. При использовании линейных двигателей исключается буксование колёс электрического транспорта (именно этой причиной был обусловлен выбор линейного двигателя для ММТС), а ускорения и скорости движения средств транспорта могут быть сколь угодно высокими и ограничиваться только комфортабельностью движения, допустимой скоростью качения колёс по рельсовому пути и дороге, и динамической устойчивостью ходовой части транспорта и пути.
    • Линейные асинхронные двигатели применяются для привода механизмов транспортировки грузов различных изделий. Такой конвейер имеет металлическую ленту, которая проходит внутри статоров линейного двигателя, являясь вторичным элементом. Применение линейного двигателя в этом случае позволяет снизить предварительное натяжение ленты и устранить её проскальзывание, повысить скорость и надёжность работы конвейера.
    • Линейный двигатель может применяться для машин ударного действия, например сваезабивных молотов, применяемых при дорожных работах и строительстве. Статор линейного двигателя располагается на стреле молота и может перемещаться по направляющим стрелы в вертикальном направлении с помощью лебёдки. Ударная часть молота является одновременно вторичным элементом двигателя. Для подъёма ударной части молота двигатель включается таким образом, чтобы бегущее поле было направлено вверх. При подходе ударной части к крайнему верхнему положению двигатель отключается и ударная часть опускается вниз на сваю под действием силы тяжести. В некоторых случаях двигатель не отключается, а реверсируется, что позволяет увеличить энергию удара. По мере заглубления сваи статор двигателя перемещается вниз с помощью лебёдки. Электрический молот прост в изготовлении, не требует повышенной точности изготовления деталей, нечувствителен к изменению температуры и может вступать в работу практически мгновенно.
    • Линейный двигатель показал высокие характеристики и на металлорежущем оборудовании. Так на шлифовальных станках 3В130Ф4 установлен именно линейный двигатель для изменения положения бабки шлифовальной. На электроэрозионных станках и станках лазерной резки, так же устанавливают линейные двигатели
    • Станки для набор электрических схем также требуют решений на линейных двигателях.
    • Разновидностью линейного двигателя можно считать магнитогидродинамический насос. Такие насосы применяются для перекачки электропроводящих жидкостей и в том числе жидких металлов, и широко применяются в металлургии для транспортировки, дозировки и перемешивания жидкого металла, а также на атомных электростанциях для перекачки жидкометаллического теплоносителя. Магнитогидродинамические насосы могут быть постоянного или переменного тока. Для насоса постоянного тока первичным элементом — статором двигателя постоянного тока — является С-образный электромагнит. В воздушный зазор электромагнита помещается трубопровод с жидким металлом. С помощью электродов, приваренных к стенкам трубопровода, через жидкий металл пропускается постоянный ток от внешнего источника. Часто обмотка возбуждения включается последовательно в цепь электродов. При возбуждении электромагнита на металл в зоне прохождения постоянного тока начинает действовать электромагнитная сила аналогично тому, как она действовала на проводник с током, помещённым в магнитное поле. Под действием этой силы металл начнёт перемещаться по трубопроводу. Преимуществами МГД-насосов являются отсутствие движущихся механических частей и возможность герметизации канала транспортировки металла.[2]
    • Вертикальные линейные двигатели используются для лифтов в высотных зданиях, что позволяет обойтись без затраты энергии на подъём троса кабины лифта.

    Линейные двигатели высокого и низкого ускорения[править | править код]

    Все линейные двигатели можно разделить на две категории:

    • двигатели низкого ускорения
    • двигатели высокого ускорения

    Двигатели низкого ускорения используются в общественном транспорте (маглев, монорельс, метрополитен) как тяговые, а также в станках (лазерных, водорезных, сверлильно-фрезерных) и другом технологическом оборудовании в промышленности. Двигатели высокого ускорения весьма небольшие по длине, и обычно применяются, чтобы разогнать объект до высокой скорости, а затем выпустить его (см. пушка Гаусса). Они часто используются для исследований гиперскоростных столкновений, а также, гипотетически, могут использоваться в специальных устройствах, таких, как оружие или пусковые установки космических кораблей.

    Линейные двигатели широко используются также в приводах подачи металлорежущих станков и в робототехнике. Для повышения точности позиционирования часто используются линейные датчики положения.

    1. ↑ Линейные асинхронные двигатели — Принцип действия
    2. ↑ Линейные электродвигатели

    Вечный двигатель — Википедия

    У этого термина существуют и другие значения, см. Perpetuum Mobile.

    Ве́чный дви́гатель (лат. Perpetuum Mobile) — воображаемое неограниченно долго действующее устройство, позволяющее получать большее количество полезной работы, чем количество сообщённой ему извне энергии (вечный двигатель первого рода) или позволяющее получать тепло от одного резервуара и полностью превращать его в работу (вечный двигатель второго рода)[2][3]. Этот тип машины невозможен, так как он нарушил бы первый или второй закон термодинамики[4][5][6][7]. Эти законы термодинамики применяются независимо от размера системы. Например, движения и вращения небесных тел, таких как планеты, могут казаться вечными, но на самом деле они подвержены многим процессам, которые медленно рассеивают их кинетическую энергию, таким как солнечный ветер, сопротивление межзвездной среды, гравитационное излучение и тепловое излучение, поэтому они не будут продолжать двигаться вечно[8][9].

    Таким образом, машины, которые извлекают энергию из конечных источников, не будут работать бесконечно, потому что ими управляет энергия, запасённая в источнике, которая в конечном итоге будет исчерпана. Типичным примером являются устройства, работающие благодаря океаническим течениям, чья энергия в конечном итоге поступает от Солнца, которое само со временем сгорит. Были предложены машины, приводимые в действие более неясными источниками, но на них распространяются те же неизбежные законы, и в конечном итоге они будут прекращены.

    В 2017 году были открыты новые состояния материи, темпоральные кристаллы, в которых в микроскопическом масштабе атомы компонентов находятся в непрерывном повторяющемся движении, что удовлетворяет буквальному определению «вечного движения»[10][11][12][13]. Однако, они не представляют собой вечные двигатели в традиционном смысле и не нарушают термодинамические законы, потому что они находятся в своем квантовом основном состоянии, поэтому никакая энергия не может быть извлечена из них; у них есть «движение без энергии».

    Современная классификация вечных двигателей

    • Вечный двигатель первого рода — неограниченно долго действующее устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.
    • Вечный двигатель второго рода — неограниченно долго действующая машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики[14].

    И первое, и второе начала термодинамики были введены как постулаты после многократного экспериментального подтверждения невозможности создания вечных двигателей. Из этих начал выросли многие физические теории, проверенные множеством экспериментов и наблюдений, и у учёных не остаётся никаких сомнений в том, что данные постулаты верны, и создание вечного двигателя невозможно. В частности, второе начало термодинамики может быть сформулировано как один из следующих (эквивалентных) постулатов:

    1. Постулат Кельвина — невозможно создать периодически действующую машину, совершающую механическую работу только за счёт охлаждения теплового резервуара.
    2. Постулат Клаузиуса — самопроизвольный переход теплоты от более холодных тел к более горячим невозможен.

    Демон Максвелла и броуновский храповик, если бы такие устройства были осуществимы, позволили бы реализовать вечный двигатель второго рода. Однако доказано, что работа таких систем как замкнутых (без обмена энергией с внешней средой) невозможна[уточнить].

    Видеоурок: вечный двигатель

    История

    Индийский или арабский вечный двигатель с небольшими косо закреплёнными сосудами, частично наполненными ртутью

    Попытки исследования места, времени и причины возникновения идеи вечного двигателя — задача весьма сложная. Не менее затруднительно назвать и первого автора подобного замысла. К самым ранним сведениям о Perpetuum mobile относится, по-видимому, упоминание, которое мы находим у индийского поэта, математика и астронома Бхаскары, а также отдельные заметки в арабских рукописях XVI в., хранящихся в Лейдене, Готе и Оксфорде[15]. В настоящее время прародиной первых вечных двигателей по праву считается Индия. Так, Бхаскара в своём стихотворении, датируемом примерно 1150 г., описывает некое колесо с прикреплёнными наискось по ободу длинными, узкими сосудами, наполовину заполненными ртутью. Принцип действия этого первого механического перпетуум мобиле был основан на различии моментов сил тяжести, создаваемых жидкостью, перемещавшейся в сосудах, помещённых на окружности колеса. Бхаскара обосновывает вращение колеса весьма просто: «Наполненное таким образом жидкостью колесо, будучи насажено на ось, лежащую на двух неподвижных опорах, непрерывно вращается само по себе»[16]. Первые проекты вечного двигателя в Европе относятся к эпохе развития механики, приблизительно к XIII веку. К XVI—XVII векам идея вечного двигателя получила особенно широкое распространение. В это время быстро росло количество проектов вечных двигателей, подаваемых на рассмотрение в патентные ведомства европейских стран.

    Среди рисунков Леонардо Да Винчи была найдена гравюра с чертежом вечного двигателя, но в целом он скептически относился к идее вечного двигателя.[16]

    Неудачные конструкции вечных двигателей из истории

    Рис. 1. Одна из древнейших конструкций вечного двигателя

    На рис. 1 показана одна из древнейших конструкций вечного двигателя. Она представляет зубчатое колесо, в углублениях которого прикреплены откидывающиеся на шарнирах грузы. Геометрия зубьев такова, что грузы в левой части колеса всегда оказываются ближе к оси, чем в правой. По замыслу автора, это, в согласии с законом рычага, должно было бы приводить колесо в постоянное вращение. При вращении грузы откидывались бы справа и сохраняли движущее усилие.

    Однако, если такое колесо изготовить, оно останется неподвижным. Причина этого факта заключается в том, что хотя справа грузы имеют более длинный рычаг, слева их больше по количеству. В результате моменты сил справа и слева оказываются равны.

    Рис. 2. Конструкция вечного двигателя, основанного на законе Архимеда

    На рис. 2 показано устройство ещё одного двигателя. Автор решил использовать для выработки энергии закон Архимеда. Закон состоит в том, что тела, плотность которых меньше плотности воды, стремятся всплыть на поверхность. Поэтому автор расположил на цепи полые баки и правую половину поместил под воду. Он полагал, что вода будет их выталкивать на поверхность, а цепь с колёсами, таким образом, бесконечно вращаться.

    Здесь не учтено следующее: выталкивающая сила — это разница между давлениями воды, действующими на нижнюю и верхнюю части погруженного в воду предмета. В конструкции, приведённой на рисунке, эта разница будет стремиться вытолкнуть те баки, которые находятся под водой в правой части рисунка. Но на самый нижний бак, который затыкает собой отверстие, будет действовать лишь сила давления на его правую поверхность. И она будет уравновешивать или превосходить силу, действующую на остальные баки.

    Патенты и авторские свидетельства на вечный двигатель

    В 1775 году Парижская академия наук приняла решение не рассматривать проекты вечного двигателя из-за очевидной невозможности их создания[17]. Патентное ведомство США не выдаёт патенты на perpetuum mobile уже более ста лет[18]. Тем не менее, в Международной патентной классификации сохраняются разделы для гидродинамических (раздел F03B 17/04) и электродинамических (раздел H02K 53/00) вечных двигателей.

    Известные «изобретатели» вечных двигателей

    Проект вечного двигателя Орфиреуса

    Псевдовечный двигатель

    Псевдовечный двигатель (даровой двигатель, мнимый вечный двигатель[19], псевдо-вечный двигатель[20]) — механизм, способный работать неопределённо долго (до износа своих составных частей) без вмешательства человека, но, в отличие от вечного двигателя, не нарушающий законов термодинамики. Энергию он черпает из окружающей среды (например, это может быть энергия Солнца или радиоактивного распада).

    Разновидности

    Известны псевдовечные двигатели, использующие: энергию периодических суточных колебаний атмосферного давления[21][22];; энергию теплового расширения вследствие суточных колебаний температуры[23][22]; энергию распада радия[24]; энергию магнитного поля постоянного магнита[25]; солнечную энергию (магнитно-тепловой двигатель)[26][27].

    Экономическая эффективность

    Я. И. Перельман[23] и Н. В. Гулиа[22] пишут, что даровые двигатели экономически невыгодны для промышленного применения из-за малой стоимости производимой энергии по сравнению с капитальными вложениями в их создание и обслуживание.

    Например, для завода часов на сутки работы нужна энергия 1,5{\displaystyle 1{,}5} Дж. Если этот механизм проработает 10{\displaystyle 10} лет, то за свой срок службы он выработает энергии 1,5⋅365⋅10=5500{\displaystyle 1{,}5\cdot 365\cdot 10=5500} Дж. При стоимости механизма в 10{\displaystyle 10} долларов себестоимость производства одного киловатт-часа энергии с его помощью составит 3,6⋅1065500⋅10=6,5{\displaystyle {\frac {3{,}6\cdot 10^{6}}{5500}}\cdot 10=6{,}5} тыс. долларов[22].

    В. М. Бродянский считает этот вывод неверным, поскольку стоимость устройства не пропорциональна его размерам[20].

    Пример псевдовечного двигателя 2-го рода

    Анализ конкретной конструкции вечного двигателя 2-го рода может представлять собой нетривиальную задачу, особенно если речь идёт о конструкции сложной или такой, принцип действия которой на первый взгляд вообще непонятен, либо потоки энергии и их источник неочевидны. Зафиксируем, например, один конец работающей на изгиб биметаллической пластины, а ко второму концу подвесим груз и поместим получившуюся конструкцию на открытый воздух. За счёт колебаний температуры пластина будет изгибаться/распрямляться, а груз подниматься и опускаться, то есть устройство будет совершать работу. Заменив груз на храповой механизм, получим механический привод, способный выполнять полезную работу за счёт извлечения энергии из единственного теплового резервуара — окружающей среды. Но поскольку окружающая среда попеременно выступает в качестве то нагревателя, то охладителя, противоречие со вторым законом термодинамики отсутствует. Таким образом, рассмотренная конструкция представляет собой не вечный, а псевдовечный двигатель 2-го рода[28].

    См. также

    Примечания

    1. Перельман Я. И. В поисках вечного двигателя (Въ поискахъ вѣчнаго двигателя). — «Природа и люди», 1915, № 32, с. 508—510. На странице 509.
    2. ↑ Большая российская энциклопедия
    3. ↑ [[Большая советская энциклопедия]], 3-е изд. (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения 13 мая 2018. Архивировано 13 мая 2018 года.
    4. Derry, Gregory N. What Science Is and How It Works (неопр.). — Princeton University Press, 2002. — С. 167. — ISBN 978-1400823116.
    5. Roy, Bimalendu Narayan. Fundamentals of Classical and Statistical Thermodynamics (англ.). — John Wiley & Sons, 2002. — P. 58. — ISBN 978-0470843130.
    6. ↑ Definition of perpetual motion (неопр.). Oxforddictionaries.com (22 ноября 2012). Дата обращения 27 ноября 2012.
    7. ↑ Sébastien Point, Free energy: when the web is freewheeling, Skeptikal Inquirer, January February 2018
    8. Taylor, J. H.; Weisberg, J. M. Further experimental tests of relativistic gravity using the binary pulsar PSR 1913 + 16 (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1989. — Vol. 345. — P. 434—450. — DOI:10.1086/167917. — Bibcode: 1989ApJ…345..434T.
    9. Weisberg, J. M.; Nice, D. J.; Taylor, J. H. Timing Measurements of the Relativistic Binary Pulsar PSR B1913+16 (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2010. — Vol. 722, no. 2. — P. 1030—1034. — DOI:10.1088/0004-637X/722/2/1030. — Bibcode: 2010ApJ…722.1030W. — arXiv:1011.0718v1.
    10. Grossman, Lisa Death-defying time crystal could outlast the universe (неопр.). newscientist.com. New Scientist (18 января 2012). Архивировано 2 февраля 2017 года.
    11. Cowen, Ron «Time Crystals» Could Be a Legitimate Form of Perpetual Motion (неопр.). scientificamerican.com. Scientific American (27 февраля 2012). Архивировано 2 февраля 2017 года.
    12. Powell, Devin. Can matter cycle through shapes eternally? (англ.) // Nature. — 2013. — ISSN 1476-4687. — DOI:10.1038/nature.2013.13657. Архивировано 3 февраля 2017 года.
    13. Gibney, Elizabeth. The quest to crystallize time (англ.) // Nature. — 2017. — Vol. 543, no. 7644. — P. 164—166. — ISSN 0028-0836. — DOI:10.1038/543164a. — Bibcode: 2017Natur.543..164G. Архивировано 13 марта 2017 года.
    14. Ю. Румер, М. Рывкин. §9. Круговые процессы. Цикл Карно // Термодинамика, статистическая физика и кинетика. — Рипол Классик, 1977. — ISBN 9785458513012.
    15. ↑ ВЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Наиболее ранние сведения о вечных двигателях
    16. 1 2 Стефанова А. Суета сует, или краткая летопись изысканий вечного движения // Мир измерений. 2013. № 6. С. 62-64.
    17. ↑ Histoire de l’Académie royale des sciences, 1775, p. 61, 65
    18. ↑ «Вечный двигатель» Архивная копия от 26 апреля 2018 на Wayback Machine PrimeInfo
    19. ↑ Вечный двигатель // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
    20. 1 2 Бродянский В.М. Вечный двигатель: прежде и теперь. — М., 2001. — С. 225.
    21. ↑ Перельман, 1972, с. 104—105.
    22. 1 2 3 4 Гулиа Н. В. Удивительная физика. — М., ЭНАС-КНИГА, 2014. — ISBN 978-5-91921-236-2. — с. 270—274
    23. 1 2 Перельман, 1972, с. 114—116.
    24. Я. И. Перельман Занимательная физика. Книга 2.
    25. Томилин А. К., Аксенова Н. В., Шевчук А. С. Анализ одного «вечного» двигателя // Молодой ученый. — 2015. — № 10. — С. 330—333.
    26. Пресняков А. Г. Авторское свидетельство СССР от 28.02.1978 г. Магнитно-тепловой двигатель
    27. ↑ Алиев Ш. М., Каммилов И. К., Алиев М. Ш. Преобразователь солнечной энергии в механическую на основе магнитно-теплового двигателя // ДАН РФ 2009 № 3
    28. ↑ Александров Н. Е. и др., ч. 2, 2012, с. 108.

    Литература

    • Александров Н. Е., Богданов А. И., Костин К. И. и др. Основы теории тепловых процессов и машин. Часть II / Под ред. Н. И. Прокопенко. — 4-е изд. (электронное). — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2012. — 572 с. — ISBN 978-5-9963-0834-7.
    • Бродянский В. М. Вечный двигатель — прежде и теперь. От утопии — к науке, от науки — к утопии. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 256 с. — (Научно-популярная библиотека школьника). — ISBN 5-283-00058-3.
    • Вознесенский Н. Н. О машинах вечного движения. М., 1926.
    • Ихак-Рубинер Ф. Вечный двигатель. М., 1922.
    • Кирпичёв В. Л. Беседы по механике. М.: ГИТЛ, 1951.
    • Лермантов В. В. Вечное движение // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
    • Мах Э. Принцип сохранения работы: История и корень его. СПб., 1909.
    • Михал С. Вечный двигатель вчера и сегодня / Пер. с чеш. И. Е. Зино; Предисл. А. Т. Григорьяна. — М.: Мир, 1984. — 256 с. — (В мире науки и техники). — 100 000 экз.
    • Орд-Хьюм А. Вечное движение. История одной навязчивой идеи. М.: Знание, 1980.
    • Перельман Я. И. Занимательная физика. Кн. 1 и 2. М.: Наука, 1979.
    • Петрунин Ю. Ю. Почему идея вечного двигателя не существовала в античности?  (недоступная ссылка с 16-05-2018 [613 дней]) // Петрунин Ю. Ю. Призрак Царьграда: неразрешимые задачи в русской и европейской культуре. — М.: КДУ, 2006, с. 75-82.
    • Савельев И. В. Курс общей физики в 3-х томах. Том 1. Механика. Молекулярная физика. — 12-е изд., стереотип. — СПб.—М.—Краснодар: Лань, 2016. — 432 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-0630-2. Архивная копия от 22 сентября 2017 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 16-05-2018 [613 дней])
    • Вечный двигатель // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
    • Я. И. Перельман. Занимательная физика. Книга 1. — М.: Наука, 1972. — 215 с.

    Ссылки

    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о