Энциклопедия «Техника» (с иллюстрациями) - Александр Горкин

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.

Рис. 3. Двухтактный карбюраторный двигатель внутреннего сгорания:

1 – коленчатый вал; 2 – кривошипно-шатунный механизм; 3 – цилиндр; 4 – насос; 5 – топливо, воздух; 6 – впускные окна; 7 – свеча зажигания; 8 – продувочные окна; 9 – продукты сгорания; 10 – поршень

Сложную систему газораспределения в этих двигателях заменяют три ряда окон 6.8 на боковой поверхности цилиндра 3. Через эти окна выпускаются отработанные газы, всасывается рабочая смесь в картер двигателя и продувается цилиндр от остатков продуктов сгорания. Окна открывает и закрывает сам поршень 10 (своей образующей поверхностью) при движении в цилиндре. В такте I (рис. 4) при движении поршня снизу вверх сначала происходит сжатие порции горючей смеси в цилиндре, а затем и засасывание свежей порции горючей смеси из карбюратора в картер двигателя. Когда сжатие рабочей смеси заканчивается, её воспламеняют электрической искрой. В такте II происходит расширение продуктов сгорания 9. Они толкают поршень вниз, т. е. происходит рабочий ход. В конце хода поршня сверху вниз отработанные газы выпускают в атмосферу. В карбюраторных двигателях, работающих на лёгком жидком топливе (бензине), смесеобразование осуществляется в специальном устройстве – карбюраторе. Двигатели внутреннего сгорания широко применяются в промышленности, на автомобильном, авиационном, морском и железнодорожном транспорте.

Рис. 4. Работа двухтактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания:

I – сжатие; II – зажигание, рабочий ход

ДВИ́ГАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКИЙ, машина электрическая, преобразующая электрическую энергию в механическую. Различают электрические двигатели постоянного и переменного тока. Основное преимущество двигателей постоянного тока заключается в возможности экономной и плавной регулировки частоты вращения, вследствие чего они получили распространение на рельсовом и безрельсовом электрифицированном транспорте, в подъёмных кранах, на прокатных станах, в устройствах автоматики и т. п. В системах автоматического регулирования и в электроприборах бытового назначения получили распространение электроприводы с микродвигателями постоянного тока. Основное их достоинство – значительно большие, чем у микродвигателей переменного тока, диапазон и точность регулирования.