Александр Горкин - Энциклопедия «Техника» (с иллюстрациями)

ДÁТЧИК, то же, что измерительный преобразователь .

ДВИ́ГАТЕЛЬ, энергосиловая машина, преобразующая какую-либо энергию в механическую работу. Двигатели бывают первичные и вторичные. Первичные двигатели преобразуют энергию природных ресурсов (воды, ветра, топлива и др.) в механическую энергию. Такими двигателями являются двигатели внутреннего сгорания, гидравлические турбины, ветродвигатели и др. К вторичным двигателям относятся двигатели, которые получают энергию от первичных двигателей (электрический двигатель) или от преобразователей и накопителей энергии (инерционные двигатели, пружинные механизмы и др.).

Первыми двигателями были водяное колесо и ветровое колесо, или ветряк. Они применялись на мукомольных мельницах, в оросительных системах, в мануфактурном производстве в странах Древнего Востока, Египте, Китае, Индии, позднее и в европейских странах. Изобретённая в 18 в. паровая машина открыла эру тепловых двигателей. Использование в паровых машинах химической энергии топлива обусловило независимость их размещения от природных источников энергии (ветра, воды), что способствовало быстрому развитию промышленности на новой энергетической основе. Во 2-й пол. 19 в. появились два новых тепловых двигателя – паровая турбина и двигатель внутреннего сгорания . Они сразу же получили повсеместное признание. Уже в нач. 20 в. паровые турбины использовались в качестве главных судовых двигателей на военных кораблях, но преимущественное распространение они получили как первичные двигатели для привода электрогенераторов на крупных тепловых электростанциях. Двигатели внутреннего сгорания, в том числе и дизельные, наиболее мобильные и энергонезависимые источники механической энергии. Благодаря этому они стали основным типом двигателя практически на всех видах транспорта, и особенно в автомобилях. В 70-х гг. 19 в. появились первые двигатели электрические , сначала постоянного тока, а с 80-х гг. – переменного. Применение электродвигателей существенно изменило энергетическую базу промышленности, создало условия для механизации и автоматизации производства. В 1-й пол. 20 в. созданы новые типы тепловых двигателей – газовая турбина и реактивный двигатель . Газовые турбины пришли на смену паровым на боевых кораблях, их устанавливают на локомотивах, применяют в авиационных реактивных двигателях, используют в сочетании с паровыми турбинами на парогазотурбинных электростанциях. Реактивные двигатели делятся на две группы: воздушно-реактивные и ракетные двигатели. Воздушно-реактивные двигатели, в т. ч. турбореактивные и турбовинтовые, – основной тип авиационных двигателей, применяются на самолётах и вертолётах гражданской и военной авиации. Благодаря им современные самолёты способны летать со скоростью, в 2–3 раза превышающей скорость звука. Ракетные двигатели на жидком или твёрдом топливе используются практически в ракетах, а также в качестве ускорительных (стартовых) двигателей на боевых самолётах.

ДВИ́ГАТЕЛЬ ВНУ́ТРЕННЕГО СГОРÁНИЯ(ДВС), тепловой двигатель, в котором часть химической энергии топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую энергию. По роду топлива различают жидкостные и газовые ДВС; по рабочему циклу – непрерывного действия, двух – и четырёхтактные; по способу приготовления горючей смеси – с внешним (напр., карбюраторные) и внутренним (напр., дизели) смесеобразованием; по виду преобразователя энергии – поршневые, турбинные, реактивные и комбинированные. Коэффициент полезного действия 0.4–0.5.

Первый поршневой двигатель внутреннего сгорания сконструирован французским изобретателем Э. Ленуаром в 1860 г. Традиционно термин «двигатели внутреннего сгорания» применяют преимущественно к поршневым двигателям. Во всех тепловых двигателях сжигают топливо и преобразуют выделившееся тепло в механическую работу. Для сжигания топлива необходим окислитель – кислород. Поставщиком кислорода во всех двигателях внутреннего сгорания, кроме ракетных, служит сжатый воздух. Рабочим телом в них являются продукты сгорания топлива. Для сжигания топлива в двигателе готовят рабочую смесь, смешивая топливо с воздухом. В двигателях с внешним смесеобразованием рабочую смесь готовят в смесителе и подают в цилиндр, где её принудительно поджигают электрической искрой. Такие двигатели работают с низкой степенью сжатия рабочей смеси. В двигателях с внутренним смесеобразованием топливо и воздух не смешивают заранее, а отдельно подают в рабочий цилиндр. Там они смешиваются и образуют рабочую смесь.

В четырёхтактных двигателях каждый рабочий цикл совершается один раз за четыре такта (или за два оборота вала), а в двухтактных – один раз за два такта (или за один оборот вала).

Рис. 1. Четырёхтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания:

1 – коленчатый вал; 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – впускной клапан; 4 – свеча зажигания; 5 – выпускной клапан; 6 – поршень; 7 – цилиндр

Главная деталь четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания (рис. 1) – цилиндр 7 , в головке которого расположены впускной 3 и выпускной 5 клапаны и свеча 4 для зажигания рабочей смеси. В цилиндре движется поршень 6 . Его возвратно-поступательное движение преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 1 с помощью кривошипно-шатунного механизма 2 . Для обеспечения наиболее полного сгорания топлива его перемешивают с воздухом в пропорции 1: 15 (на одну часть паров бензина должно приходиться 15 частей воздуха). В такте I рабочего цикла происходит всасывание рабочей смеси в цилиндр (рис. 2). В такте II рабочая смесь сжимается. В такте III сгорает рабочая смесь и образующиеся при этом газы давят на поршень и совершают механическую работу, перемещая его сверху вниз. Движение поршня передаётся валу двигателя через кривошипно-шатунный механизм. В такте IV продукты сгорания выталкиваются в атмосферу через выпускной клапан. Работу четырёхтактного карбюраторного двигателя обеспечивает система газораспределения, состоящая из впускных и выпускных клапанов, открывающих их кулачков и закрывающих пружин.

Рис. 2. Работа четырёхтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания:

I – всасывание; II – сжатие; III – зажигание, рабочий ход; IV – выпуск

Двухтактные двигатели устроены проще (рис. 3). В них всасывание горючей смеси и предварительное её сжатие до небольшого давления происходит вне цилиндра двигателя.