發動機（Engine）是一種能夠把其它形式的能轉化為機械能的裝置。發動機最早誕生在英國，其概念源于英語，本義是指“產生動力的機械裝置”。僅僅經過200年的時間，發動機就從蒸汽動力發展到了燃料動力、電動力直至核動力。未來的發動機則更加傾向于清潔燃料以保護環境。依照種類主要可以將其分為外燃機、內燃機、電動機、液壓機、燃氣輪機和噴氣發動機等。并且通常會用一些基本參數來描述一臺發動機，例如氣缸的排列方式、氣缸數、氣門數、排氣量、最高輸出功率以及最大扭矩等等。在日常生活中最常見的發動機為汽油機和柴油機，其中汽油機具有兩大機構和五大系統，而柴油機相較于汽油機缺少點火系統。一般來講，工作過程中包含4個階段，分別為進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。而航空航天領域中則常用噴氣式發動機，船舶等領域會利用燃氣輪機等。
發展簡史
現代社會的進步離不開發動機，從火車、飛機到火箭、汽車、發電廠，無一例外都需要發動機作為原始的驅動力。僅僅經過了200年的時間，發動機就從蒸汽動力發展到了核動力。過去。術語“發動機”是指包括筒車在內的幾乎所有的機器。嚴格來說，發動機是通過燃燒燃料產生熱能和某種有用運動的裝置，稱為熱機。第一批發動機通過給水加熱以獲得蒸汽；后來，以汽油為燃料的汽油發動機和以柴油為燃料的柴油發動機相繼出現。未來的發動機可能會燃燒氫氣或其他“清潔”燃料來保護環境。
在12、13世紀的西方經歷了一次機械革命，即由“水力”和“風力”所實現的“初級動力”，雖然這種動力功率非常低，每個水輪僅僅2~5馬力，風磨時可以達到5馬力甚至10馬力，但在能源供應緊缺的經濟中，這已然成為一種重要的輔助動力。
人類通過蒸汽機的革命，掌握了新能源的利用技術，同時推動了能源利用技術和相關技術的發展。1769年世界上出現了最早的蒸汽三輪汽車。1875 年熾熱曲管式鍋爐被發明出來，由此大大減小了鍋爐的尺寸，同時消除了鍋爐爆炸的危險。此發明不僅提高了蒸汽車的質量，而且改善了原蒸汽車啟動性差的缺點，并于1902年制造了世界上最快的賽車。因此，蒸汽機被廣泛用作汽車的第一代原動機。從19世紀末到20世紀初，蒸汽車達到了鼎盛時期，然后逐漸被新興的原動機—內燃機所取代。
在1873年，英國科學家利用鉛-鋅電池進行蓄電池和電動機的組合實驗，由此電動機作為一種新型原動機出現在人們的視野當中。1920年的美國迎來了電動汽車的巔峰時期，并且持續到了1939年。直到后來大力發展汽油機，電動車才逐漸因自身的缺點而被淘汰。
定居法國巴黎的科學家里諾在1858年發明了煤氣發動機，并于1860年申請了專利。發動機用煤氣和空氣的混合物代替往復式蒸汽機的蒸汽，使用電池和感應線圈產生電火花，并利用電火花點燃混合物使其爆炸。該發動機具有氣缸，活塞，連桿，飛輪和其他結構。煤氣發動機是內燃機的初始產品，因為它的壓縮比為零。
德國人科學家奧托在1867年受里諾所研制的煤氣發動機啟發，在大量的研究基礎上，制造了一臺臥式氣壓煤氣發動機，并經改進之后于1878年在法國舉辦的國際展覽會上進行展出。1883年8月15日，邁巴赫和梅賽德斯-奔馳集團發明了汽油內燃機。德國科學家魯道夫.狄塞爾在1897年制造出首臺柴油機，期間從設想到實現經歷了20年的時間。瑞士科學家布希在1957年提出了廢氣渦輪增壓理論，利用發動機排出的廢氣能量驅動壓縮機，對發動機進行增壓。20世紀50年代以后，廢氣渦輪增壓技術開始逐步應用于汽車內燃機，大大提高了發動機性能，成為內燃機發展史上的重大突破。德國科學家汪克爾在1957年發明了轉子活塞發動機。德國博世公司在1967年第一次推出了由電子計算機控制的汽油噴射系統。
經過了長期的發展，核動力漸漸成為了發動機的主要供能方式之一。它不僅能夠長期穩定地供應能源，而且對保護能源、改善人類生活環境起到了重要作用。
2024年12月27日，四川天府輕型動力科技有限公司自主研發的首款600公斤推力渦輪風扇發動機正式點火。作為航空發動機領域的重要突破之一，這款發動機僅用8個月完成研發，具有完全自主知識產權。該發動機采用先進仿真技術和設計制造協同策略，具有長壽命、低油耗、高可靠性等優勢，可廣泛應用于高空高速無人機和靶機動力需求。
種類
外燃機
外燃機是指燃料燃燒發生在氣缸外，即鍋爐內的一種裝置。鍋爐燃燒時釋放的熱能加熱水，將液態流體轉化為蒸汽，再將蒸氣引入氣缸膨脹做功的發動機。外燃機主要包括蒸汽機和蒸汽輪機。18世紀后期，詹姆斯·瓦特改良的蒸汽機成為外燃機的典型代表，其通過燃煤將水加熱生成高壓蒸汽驅動機械運轉，實現了熱能向動能的轉化。1816年，蘇格蘭牧師羅伯特·斯特林發明了一種能源轉換效率很高的外燃機，世人將它稱為“斯特林發動機”。
內燃機
內燃機是一種動力機械，它是通過使燃料在機器內部燃燒，并將其放出的熱能直接轉換為動力的熱力發動機。將其按照燃料可以劃分為柴油機和汽油機，按照氣缸數目可以劃分為單缸式和多缸式，按照冷卻方式可以劃分為風冷和水冷等等。國家為了方便生產、識別和使用各種類型的內燃機，規定了相應的名稱及型號編制規則，其主要包括四大部分。一臺完整的內燃機主要是由兩大機構及五大系統所組成。分別是曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統和啟動系統。同時內燃機具有熱效率高，即油耗率低，經濟性好；功率范圍廣，結構緊湊，重量輕；啟動快、操作簡單等優點，在水陸交通、航空動力、工程機械、軍用艦艇以及農業機械中得到了廣泛地應用。
燃氣輪機
燃氣輪機是一種內燃動力機器，它驅動葉輪高速旋轉并將燃料的能量轉化為有用的功，是一種旋轉葉輪熱機，其主要由三個部分構成：壓縮機、燃燒室、水輪機。燃氣輪機在工作過程中從高溫燃氣中吸取能量，這股能量是由燃燒汽油或者燃燒天然氣所形成的一股壓縮空氣流。從機械角度上說，燃氣輪機要比內燃活塞式發動機簡單。燃氣輪機使用范圍很廣，但由于很難精細地調節輸出的功率，所以汽車和摩托車很少使用燃氣輪機，只有部分賽車裝用過燃氣輪機。
噴氣發動機
噴氣發動機是指靠噴管高速噴出的氣流直接產生反作用推力的發動機，能夠將燃料的化學能轉變為燃氣的動能，并以極高的速度向后噴射，產生推力。廣泛用作飛行器的動力裝置。噴氣發動機分為火箭發動機（自帶氧化劑）和空氣噴氣發動機（利用大氣氧氣）兩大類。火箭發動機是依靠自身攜帶的氧化劑和燃料，燃燒產生高溫高壓的燃氣，再加速噴出產生推力?？諝鈬姎獍l動機是將空氣里面的氧氣作為氧化劑，使燃料在與空氣混合的過程中燃燒產生高溫燃氣，進而高速噴出產生推力。
電動機
電動機是一種把電能轉換為機械能的機電能量轉換器。電動機結構簡單、能量轉換率高、控制性能優越，在生活中得到了廣泛地應用。按照用途劃分，可將其分為工業用電動機、民用電動機以及特殊用途電動機。按照工作原理不同，可以將其劃分為直流電動機以及交流電動機。
液壓機
液壓機是利用帕斯卡原理，利用油或者水作為介質，采用靜壓力傳遞作為工作條件，使得滑塊不斷進行上、下往復運動。將其按照工作介質來劃分可以分為以油為工作介質的油壓機和以水為工作介質的水壓機。
基本參數
氣缸的排列方式
直列式排列
5缸以下的發動機氣缸大多采用直列式，一部分6缸發動機也存在直列式。直列式發動機的氣缸是一字排開的，其缸蓋、缸體和曲軸的結構簡單，制造成本也很低，具有良好的扭矩特性，工作時消耗較少的燃油，尺寸緊湊，這種緊湊的體積使其能適應更靈活的整車布局，還便于布置增壓器類裝置，得到了廣泛地應用，但是其功率較低。
V形排列
在一些6缸或者8缸及以上的發動機當中，氣缸一般是分成兩列進行排列，其軸線呈V形夾角。V形排列的發動機結構更加緊湊，適合多缸數的發動機，但是其缸體結構復雜，加工成本較高。
水平對置式排列
針對航空用的活塞發動機，其中存在一種將曲軸左右方向相對的放置方式，這種氣缸的配置形式叫做水平對置式發動機。與其他形式相比，這種氣缸配置形式的氣缸數量多，慣性力平衡好、振動小、部件少、結構簡單。對于功率范圍為36.75~220.5kW的航空發動機，現在幾乎所有的水平對置發動機都被采用，大多數輕型飛機也配備了這種類型的發動機。
臥式排列
由于固定的高度限制，不能夠采用直列式的排布方式，大多會采用臥式排列。
氣缸數
發動機的常用氣缸數一般為3、4、5、6、8缸。在1升以下的發動機一般用3缸，1~2.5升的發動機一般用4缸，而3升左右的發動機一般采用6缸。
氣門數
國內發動機大多采用兩個氣門，其中一個為進氣門，另一個為排氣門。國外品牌汽車發動機一般采用每缸4氣門結構，即2個進氣門和2個排氣門，提高了進排氣效率。有些汽車發動機采用每缸5氣門結構，即3個進氣門，2個排氣門，其主要目的是增加排氣量，使得燃燒更加徹底。
排氣量
排氣量是針對不同型號的G4FG發動機規定的排氣標準，一般是指各個氣缸工作容積的總和。而汽缸工作容積則是指活塞從上止點到下止點所掃過的氣體容積，又稱為單缸排量，它取決于缸徑和活塞行程。排氣量通常根據每公里排放的廢氣量來計算。排氣量愈大，汽車的功率也隨之愈大，在同樣的時間內排出的氣體也就越多，但污染也就更大。發動機排量比缸徑和缸數更能體現發動機動力的大小。
最高輸出功率
一般用千瓦（KW）或者馬力（HP）來表示發動機的最高輸出功率，1馬力大概等于0.75千瓦。發動機的輸出功率與轉速有很大關系，隨著轉速的提高，發動機的功率也隨之增加，但在達到一定轉速后，功率反而會呈現下降趨勢。
最大扭矩
最大扭矩指發動機從曲軸端輸出的扭矩，其一般出現在發動機的中、低速范圍內，扭矩會隨著轉速的增加而減小。
效率特性
發動機的效率可以由幾種不同的方式進行表達，效率的數字表達為輸出比輸入。發動機中較常考慮的是機械效率、體效率和熱效率。其中機械效率是制動功率與指示效率的對比；體積效率是指實際上進入燃燒室的燃油混合氣量與該轉速下的理論進氣量的比較；熱效率是指燃料中所含有的能量和發動機實際輸出的能量的對比。
速度特性
發動機的性能指標隨著轉速變化的關系，稱為發動機的速度特性。速度特性包括部分負荷速度特性和外特性。外特性是發動機所能夠達到的最高性能。
功能結構及原理
內燃機
生活中的典型發動機是汽油機和柴油機，其中汽油機由”兩大機構、五大系統“組成，分別是曲柄連桿機構、配氣機構、燃料供給系統、冷卻系統、潤滑系統、點火系統和啟動系統。柴油機由”兩大機構、四大系統“組成（不包含點火系統）。
功能結構
發動機的主要運動機構之一便是曲柄連桿機構，其將作用于活塞上的力轉變為曲軸向外輸出的扭矩，并且將活塞的往復運動轉為曲軸的旋轉運動，可以驅動汽車車輪的旋轉。具體來講，柴油機中的曲柄連桿機構主要由機體組、活塞連桿組、曲軸飛輪組所構成。
配氣機構的作用是根據發動機各氣缸的工作循環和點火順序，定期打開和關閉進、排氣門，使新鮮的可燃混合氣體（汽油機）或空氣（柴油機）及時進入氣缸，廢氣及時排出。同時，當閥門關閉時，可以密封氣缸中的高壓氣體。目前，應用最為廣泛的氣體分配機構是氣門—凸輪式氣體分配機構，簡稱氣門式配氣機構。
燃料供給系統是內燃機中的關鍵性技術，其主要將空氣和燃料按比例地混合起來以獲得最佳的燃燒反應。柴油機和汽油機具有兩種完全不同的混合氣形成方式。該系統中的主要包括噴油嘴、噴油器、輸油泵、調速器、燃燒室等。柴油機采用將燃料和空氣在氣缸內相遇并且混合的內部混合氣形成方式，在其氣缸外部分別有一個空氣供給系統和燃料供給系統。汽油機采用的是讓空氣和燃料在氣缸之外就相遇，并且均勻地將其混合成具有理想比例的可燃混合物再輸送進氣缸的外部混合氣形成方式。
4. 冷卻系統
內燃機中的冷卻系統主要用于將內部的高溫機件進行降溫處理，使其熱量迅速地擴散到大氣中去。而冷卻系統又可以劃分為風冷系統和水冷系統。風冷系統是將高溫零部件的熱量直接擴散到大氣當中。其主要部件為：風扇、溫度調節裝置以及導流罩等。水冷系統將高溫零部件的熱量先傳遞給水，再由水將其擴散到大氣當中，其主要部件為：水泵、風扇、分水管、散熱器和在氣體缸和汽缸蓋中鑄出的水套。
發動機的潤滑系統主要包括機油泵、油底殼、機油濾清器、集濾器等部件。其作用是可以在發動機工作時，將足量的清潔潤滑油（或稱為機油）連續輸送到各運動部件的摩擦面，摩擦面之間形成油膜，實現液體潤滑，從而降低摩擦阻力，降低功耗，減少部件磨損，達到提高發動機工作可靠性和耐久性的目的。依據發動機中各個運動件不同的工作條件，可以采用不同的潤滑方式：飛濺潤滑、壓力潤滑、潤滑脂潤滑。
點火系統是汽油機上面獨有的一個系統，主要部件包括：蓄電池、點火開關、點火線圈、火花塞等。其主要功能是按照一定的時間間隔往氣缸內添加電火花以將其中的可燃混合氣進行點燃，點火方式也從最早的磁電機點火、熱管點火、蓄電池點火發展到今天的電子點火。
中小型的內燃機啟動方式有柴油機的汽油啟動，人力啟動、電動機啟動和輔助發電機啟動。啟動系統的主要部件包括：蓄電池、啟動機和啟動繼電器等。其主要功能是將靜止的內燃機進行啟動并變成自行運轉狀態。
工作原理
汽油機中活塞在曲軸和連桿的驅動下從上止點移動到下止點，曲軸同時帶動活塞運動，通過正時齒輪帶動配氣機構運動，此時凸輪軸的進氣凸輪將通過配氣機構的傳動機構打開進氣門， 隨著活塞的向下運動，活塞上方的氣缸容積增加，形成一定的真空度，化油器中形成的可燃混合物被吸入氣缸。柴油機的進氣沖程中被吸入的則是空氣。
汽油機中隨著曲軸的運動，活塞從下止點被推到上止點，此時氣缸蓋上的進氣門和排氣門同時關閉，氣缸成為一個密封的空間，隨著活塞的向上運動，活塞上方的氣缸容積逐漸縮小， 使混合物被壓縮而溫度升高，當壓縮到上止點時，凸輪軸控制的點火系統向火花塞提供高壓電，形成強烈的電火花點燃可燃混合物，促進活塞做功。柴油機的壓縮沖程中被壓縮的仍然是空氣。
壓縮沖程結束后，在活塞即將到達上止點時，霧狀的高壓柴油會被噴進氣缸并且與被壓縮的高溫空氣相互混合后開始燃燒。此時由于進氣門和排氣門都是關閉狀態，所以燃燒時的高壓、高溫氣體將推動活塞自上止點向下止點移動，通過連桿推動曲軸轉動，當活塞達到下止點時，工作沖程結束。
當做功沖程結束時，活塞再次從下止點向上止點移動，排氣門開啟，將燃燒后的廢氣排到氣缸之外，曲軸繼續轉動，當活塞剛剛經過上止點時，排氣門關閉，排氣沖程結束。
噴氣式發動機
一般來講，噴氣式發動機主要應用于航空及航天領域內，其是把吸入的空氣進行壓縮，并與燃料相互混合，形成高溫高壓氣體后噴出，進而產生強大的反作用力。
工作原理
火箭噴氣式發動機
航天器在大氣層外進行變軌運動，周圍的環境是沒有空氣（氧氣）的，所以其會依靠本身攜帶的推進器（氧化劑和燃燒劑）產生噴射物質。所以其不僅可以在大氣中適用，也同樣適用于外層空間環境。按照燃料可以將其分為液體燃料發動機和固體酒精發動機。
空氣噴氣式發動機
空氣噴氣式發動機以外界空氣作為工質，并且將空氣中的氧氣作為助燃劑。其種類可以分為脈沖式、渦輪式以及沖壓式。
電動機
電動機是實現電能和機械能相互轉換的裝置，是發電機和電動機的總稱。發電機將機械能轉換為電能，電動機將電能轉換為機械能。根據電流，電機可分為兩大類：直流電機和交流電機。交流電動機可又可分為同步電動機和異步電動機。
功能結構
其中三相異步電動機主要是由定子和轉子兩大部分所構成。定子是電動機的非旋轉部分，其作用是產生旋轉磁場。它由機床底座、定子鐵芯、定子繞組組成。底座是電機的支撐部分，由鑄鐵或鑄鋼制成。轉子是電機的旋轉部分，在旋轉磁場的作用下獲得轉彎扭矩，帶動生產機械一起旋轉。根據結構的不同，轉子還可以分為鼠籠式和繞線式兩種。轉子由旋轉軸、轉子鐵芯、轉子繞組、風扇等組成。
工作原理
旋轉磁場與靜止的轉子存在相對運動，在轉子導體中產生的感應電動勢，并且在形成閉合回路的轉子導體中產生感應電流。而異步電動機的控制一般包括啟動控制、停止控制以及調速控制等。調速控制又包括變極調速、變頻調速以及變轉差率調速等。
燃氣輪機
功能結構
燃氣輪機是一種內燃動力機器，它驅動葉輪高速旋轉并將燃料的能量轉化為有用的功，是一種旋轉葉輪熱機。其是由壓縮機、燃燒室、燃氣輪機及相應的輔助設備組成的成套動力單元。
工作原理
燃氣輪機在工作過程中從外部吸收空氣，壓縮之后再送入燃燒室，與此同時燃料也進入與其混合并在定壓下燃燒，其可以為氣體或者液體燃料。產生的高溫高壓油氣在定壓下進行燃燒，生成的高溫高壓煙氣進入燃氣輪機膨脹做工，進而推動動力葉片高速旋轉。
參考資料 >
引擎(發動機).新浪汽車.2024-03-18
汽車發動機是由什么材料制成的?.EMP Tech Co.,Ltd.2024-03-18
首臺600公斤推力渦扇發動機成功點火 填補國內技術空白.人民日報客戶端.2024-12-30
【汀人事】金東寒院士出任上海大學校長，系第十八屆中央候補委員.微信公眾平臺.2025-05-10