| 30 млн. квт.
Для обеспечения сложных по режиму условий работы применяется комбинирование Д. различных типов, напр. паровые турбины устанавливаются совместно с Д. в. с. или газовыми турбинами, разрабатываются проекты комбинированных ракетных Д., в к-рых сочетаются реактивные и жидкостные ракетные Д. (напр., тур-боракетные или ракетно-прямоточные).
Рост энергосистем, комплексная механизация и автоматизация произ-ва, совершенствование транспорта, расширение космич. 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., напр., Ванкеля двигатель), электрич. автомобильных и малогабаритных атомных Д. За рубежом (США) ведутся работы по использованию для автомобильного транспорта Д. внешнего сгорания (см. Стирлинга двигатель) в комбинации с электрич. Д. Важнейшим направлением развития энер-гетич. техники во второй пол. 20 в. является преобразование хим. и тепловой энергии топлива при помощи топливных элементов и магнитогидродинамических генераторов непосредственно в электрич. ток для питания Д. Развитие атомной энергетики, реактивной техники, безмашинных генераторов тока в соединении с Д. большой мощности откроет новые перспективы в развитии производит. сил общества.
Лит. см. при статьях об отдельных видах двигателей. А. А. Пархоменко.
ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, тепловой двигатель, в к-ром хим. энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механич. работу. Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован франц. механиком Э. Ленуаром (1860). В 1876 немецкий изобретатель Н. Отто построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в. с. По сравнению с паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более прост, т. к. устранено одно звено энергетич. преобразования - пароко-тельный агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с., меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).
В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 нем. инж. Р. Дизель, работая над повышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого Д. в. с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне "Русский дизель") в 1898-99 позволило применить в качестве топлива нефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с Д. в. с. Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям О. и У. Райт построить первый самолёт с Д. в. с., начавший свои полёты в 1903. В том же 1903 рус. инженеры установили Д. в. с. на судне "Вандал", создав первый теплоход. В 1924 по проекту Я. М. Гаккеля в Ленинграде был создан первый удовлетворяющий практич. требованиям поездной тепловоз.
По роду топлива Д. в. с. разделяются на двигатели жидкого топлива и газовые. По способу заполнения цилиндра свежим зарядом - на 4-тактные и 2-тактные. По способу приготовления горючей смеси из топлива и воздуха - на двигатели с внеш. и внутр. смесеобразованием. К двигателям с внеш. смесеобразованием относятся карбюраторные, в к-рых горючая смесь из жидкого топлива и воздуха образуется в карбюраторе, и газосмесительные, в к-рых горючая смесь из газа и воздуха образуется в смесителе. В Д. в. с. с внеш. смесеобразованием зажигание рабочей смеси в цилиндре производится электрич. искрой. В двигателях с внутр. смесеобразованием (дизелях) топливо самовоспламеняется при впрыскивании его в сжатый воздух, нагретый до высокой темп-ры.
Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного Д. в. с. совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. При 1-м такте - впуске поршень движется от верхней мёртвой точки (в. м. т.) к нижней мёртвой точке (н. м. т.). Впускной клапан при этом открыт (рис. 1) и горючая смесь из карбюратора поступает в цилиндр. В течение 2-го такта - сжатия, когда поршень движется от н. м. т. к в. м. т., впускной и выпускной клапаны закрыты и смесь сжимается до давления 0,8-2 Мн/м2 (8-20 кгс/см2). Темп-pa смеси в конце сжатия составляет 200-400°С. В конце сжатия смесь воспламеняется электрич. искрой и происходит сгорание топлива. Сгорание име-
Рис. 1. Рабочий цикл 4-тактного карбюраторного двигателя.
[0730-1.jpg]
ет место при положении поршня, близком к в. м. т. В конце сгорания давление в цилиндре составляет 3-6 Мн/м2 (30-60 кгс/см2), а темп-ра 1600-2200°С.3-й такт цикла - расширение наз. рабочим ходом; в течение этого такта происходит преобразование тепла, полученного от сгорания топлива, в механич. работу.4-й такт - выпуск происходит при движении поршня от н. м. т. к в. м. т. при открытом выпускном клапане. Отработавшие газы вытесняются поршнем.
Рабочий цикл 2-тактного карбюраторного Д. в. с. осуществляется за 2 хода поршня или за 1 оборот коленчатого вала (рис. 2). Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам 4-тактного Д. в. с. При прочих равных условиях 2-тактный двигатель должен быть в 2 раза более мощным, чем 4-такт-ный, т. к. рабочий ход в 2-тактном двигателе происходит в 2 раза чаще, однако на практике мощность 2-тактного карбюраторного Д. в. с. часто не только не превышает мощность 4-тактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значит. часть хода (20-35%) поршень совершает при открытых окнах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы; продувка цилиндра требует затрат мощности на сжатие воздуха в продувочном насосе; очистка пространства цилиндра от продуктов сгорания газов и наполнение его свежим зарядом значительно хуже, чем в 4-тактном Д. в. с.
[0730-2.jpg]
Рис. 2. Схема работы 2-тактногокарбюраторного Д. в. с. скривошипно-камерной продувкой: вверху - сжатие и наполнение кривошипной камеры; внизу - продувка и выпуск; 1 - свеча зажигания; 2 - поршень; 3 - продувочное окно; 4 - выпускное окно; 5 - кривошипная камера; 6 - карбюратор; 7- впускное окно; 8- головка цилиндра; 9- цилиндр.
Рабочий цикл карбюраторного Д. в. с. может быть осуществлён при очень большой частоте вращения вала (3000- 7000 об/мин). Двигатели гоночных автомобилей и мотоциклов могут развивать 15 000 об/мин и более. Нормальная горючая смесь состоит примерно из 15 частей воздуха (по массе) и 1 части паров бензина. Двигатель может работать на обеднённой смеси (18 : 1) или обогащённой смеси (12 : 1). Слишком богатая или слишком бедная смесь вызывает сильное уменьшение скорости сгорания и не может обеспечить нормального протекания процесса сгорания. Регулирование мощности карбюраторного Д. в. с. осуществляется изменением количества смеси, подаваемой в цилиндр (количественное регулирование). Большая частота вращения и выгодные соотношения топлива и воздуха в смеси обеспечивают получение большой мощности в единице объёма цилиндра карбюраторного двигателя, поэтому эти двигатели имеют сравнительно небольшие габариты и массу [1-4 кг/квт (0,75-3 кг/л. с.)]. Применение низких степеней сжатия обусловливает умеренные давления в конце сгорания, вследствие чего детали можно делать менее массивными, чем, напр., в дизелях. При увеличении диаметра цилиндра карбюраторного Д. в. с. возрастает склонность двигателя к детонации, поэтому карбюраторные Д. в. с. не делают с большими диаметрами цилиндров (как правило, не более 150 мм). Примером карбюраторного Д. в. с. может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга". Это 4-цилиндровый 4-тактный двигатель, развивающий мощность 55 квт (75 л. с.) при 4000 об/мин и степени сжатия 6,7. Удельный расход топлива на наиболее экономичном режиме составляет 290 г/(квт*ч).
Наибольшая мощность 4-тактного карбюраторного Д. в. с. 600 квт (800 л. с.). Мотоциклетные карбюраторные 2-такт-ные и 4-тактные Д. в. с. имеют мощность от 3,5 до 45 квт (от 5 до 60 л.с.). Авиац. поршневые двигатели с непосредств. впрыском бензина и искровым зажиганием развивают до 1100 квт (1500л. с.) и более.
Карбюраторные Д. в. с. представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.
Остов двигателя - группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.
Механизм движения - группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).
Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.
Система смазки - система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей. Часть масла отводится по параллельным каналам в фильтр тонкой очистки, откуда сливается обратно в поддон.
Система охлаждения может быть жидкостной и воздушной. Жидкостная система состоит из рубашек цилиндров и головок, заполненных охлаждающей жидкостью (водой, антифризом и т. п.), насоса, радиатора, в к-ром жидкость охлаждается потоком воздуха, создаваемым вентилятором, и устройств, регулирующих темп-ру воды. Воздушное охлаждение осуществляется обдувом цилиндров и головок вентилятором или потоком воздуха (на мотоциклах).
Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топ-ливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.
Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока- генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от к-рого зависит момент подачи искры. В систему включается распределитель тока высокого напряжения по соответствующим цилиндрам. В одном агрегате с прерывателем находятся конденсатор, улучшающий работу прерывателя, и катушка зажигания, с к-рой снимается высокое напряжение (12- 20 кв). В то время, когда Д. в. с. не имели электрич. зажигания, применялись запальные калоризаторы.
Система пуска состоит из электрич. стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления. В функции системы входит вращение вала двигателя для пуска.
Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске.
Газовые Д. в. с. работают большей частью на природном газе и газах, получаемых при производстве жидкого топлива. Кроме того, могут быть использованы: газ, генерируемый в результате неполного сгорания твёрдого топлива, металлургич. газы, канализационные газы и пр. Применяются как 4-тактные, так и 2-тактные газовые Д. в. с. По принципу смесеобразования и воспламенения газовые двигатели разделяются на: Д. в. с. с внеш. смесеобразованием и искровым зажиганием, в к-рых рабочий процесс аналогичен процессу карбюраторного двигателя; Д. в. с. с внеш. смесеобразованием и зажиганием струёй жидкого топлива, воспламеняющегося от сжатия; Д. в. с. с внутр. смесеобразованием и искровым зажиганием. Газовые двигатели, использующие природные газы, применяются. на стационарных электростанциях, компрессорных газоперекачивающих установках и т. п. Сжиженные бутано-пропановые смеси используются для автомобильного транспорта (см. Газобаллонный автомобиль).
Экономичность работы Д. в. с. характеризуется эффективным кпд, к-рый представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, затраченного на получение этой работы. Максимальный эффективный кпд наиболее совершенных Д. в. с. ок. 44%.
Осн. преимуществом Д. в. с., так же как и др. тепловых двигателей (напр., реактивных двигателей), перед двигателями гидравлич. и электрич. является независимость от постоянных источниковэнергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные Д. в. с., могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Д. в. с. на транспортных средствах (автомобилях, с.-х. и строительно-дорожных машинах, самоходной воен. технике и т. п.).
Совершенствование Д. в. с. идёт по пути повышения их мощности, надёжности и долговечности, уменьшения массы и габаритов, создания новых конструкций (см., напр., Ванкеля двигатель). Можно наметить также такие тенденции в развитии Д. в. с., как постепенное замещение карбюраторных Д. в. с. дизелями на автомобильном транспорте, применение многотопливных двигателей, увеличение частоты вращения и др.
Лит.: Двигатели внутреннего сгорания, т. 1 - 3, М., 1957-62; Двигатели внутреннего сгорания, М., 1968.
Д. Н. Вырубов, В. П. Алексеев.
ДВИГАТЕЛЬ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ, см.Дизель.
ДВИГАТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, машина, преобразующая электрич. энергию в механическую. Д. э. - осн. вид двигателя в пром-сти (см. Электропривод), на транспорте (см. Тяговый электродвигатель), в быту и т. д. По роду тока различают постоянного тока электродвигатели, осн. преимущество к-рых заключается в возможности экономичной и плавной регулировки частоты вращения, и двигатели переменного тока. К последним относятся: синхронные электродвигатели, у к-рых частота вращения жёстко связана с частотой питающего тока; асинхронные электродвигатели, частота вращения к-рых уменьшается с ростом нагрузки; коллекторные электродвигатели с плавной регулировкой частоты вращения в широких пределах. Наиболее распространены асинхронные Д. э.; они просты в произ-ве и надёжны в эксплуатации (особенно короткозамк-нутые). Их гл. недостатки: значит. потребление реактивной мощности и невозможность плавного регулирования частоты вращения. Во многих мощных электроприводах применяют синхронные Д. э. В тех случаях, когда необходимо регулировать частоту вращения, пользуются Д. э. постоянного тока и значительно реже в этих случаях применяют более дорогие |
