Moteur à combustion interne V6 d'automobile.

Moteur électrique asynchrone.

Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif permettant d'effectuer un mouvement qu'il soit spirituel (religion, syndicat, parti politique) ou physique (rotation, translation, ascension, etc.) à partir d'une énergie (électrique, thermique, etc.). Cet article ne traite que des moteurs générant un déplacement physique et tangible.

Historique

Les moteurs les plus anciens utilisent les forces naturelles, sans ajout de technologies ou presque : des moteurs utilisant une pression (voile, moulin à vent) ; des moteurs à élastique (arc, arbalète, catapulte à torsion, horloge à ressort) ; des moteurs utilisant la gravité (roue à aube sur cours d'eau ou sur réserve d'eau, clepsydre, catapulte à contrepoids, tournebroche à poids, horloge à poids).

Le premier moteur vraiment indépendant de la nature, adaptable en situation, est la machine à vapeur. Ce moteur est basé sur une chaudière produisant de la vapeur d'eau grâce à la combustion d'un carburant, la vapeur comprimée est utilisée, lors de sa détente, pour mouvoir un piston dans un cylindre. Ce mouvement de translation est transformé en rotation par un jeu de bielles. Le couple résultant entraîne un volant d'inertie régulateur de couple puis, une machine ou des roues, via un mécanisme de transmission.

A la fin du XIX siècle, le moteur à combustion interne utilisant directement la chaleur dégagée par la combustion d'un carburant, fut développé et adapté aux premières automobiles. Ce moteur est comme la machine à vapeur, en général, équipé de bielles et pistons, avec comme exception le moteur Wankel qui lui n'a pas de bielles, mais des pistons rotatifs; toutefois la production de chaleur se fait à l'endroit même de la production de travail d’où l'appellation de moteur à combustion interne, en d'autre termes, la combustion du carburant produit directement un travail. Depuis, il poursuit ses progrès en termes de rendement et d'adaptation aux exigences de nos sociétés modernes en particulier aux nouvelles normes antipollution.

Au milieu du XX siècle, devant le besoin croissant de puissance pour propulser les avions militaires, les moteurs à réaction furent activement développés, en particulier, pendant la Seconde Guerre mondiale en parallèle avec les moteurs-fusée pour les missiles. Comme ces deux familles de moteurs ont des rapports poids / puissance (ou puissance massique) sans équivalent, malgré des rendements plutôt faibles, au XXI siècle, ils sont toujours développés activement pour mouvoir avions et fusées.

Transmission et stockage

Il faut distinguer les moteurs, des organes de stockage ainsi que des systèmes ou organes de transmission.

Transmission

Un organe de transmission transmet un mouvement et une force :

un arbre ;

une bielle ;

un cabestan ;

une chaîne ;

un engrenage.

un levier ;

une manivelle ;

un moufle ;

une poulie.

Une transmission peut amplifier certains paramètres du mouvement au détriment d'autres, comme le couple au détriment de la vitesse exemple : un convertisseur de couple hydraulique. Elle peut ajouter plusieurs mouvements ou diviser un mouvement en plusieurs exemple un (pont d'automobile).

Stockage

Un organe de stockage va pouvoir absorber l'énergie d'un mouvement. Il pourra restituer cette énergie plus tard. Il y a toujours des pertes d'énergie dans le processus. Il est parfois difficile de distinguer un moteur d'un organe de stockage : la création d'un mouvement peut correspondre à une restitution après un stockage, comme pour les ressorts.

Pertes

Les organes de transmission ainsi que tous les organes de stockage consomment de l'énergie donc de la puissance qu'il ne peuvent pas eux-mêmes créer : par définition, seul un moteur (ou un engin similaire) ajoute de la puissance au mouvement.

Classification

Moteur à combustion

comprenant :

propulsion à réaction.

Combustion aérobie par utilisation de l'oxygène de l'air: moteur à combustion interne, moteur à explosion, moteur à allumage commandé, etc turboréacteur, statoréacteur, pulsoréacteur et moteur à ondes de détonation pulsées.

moteur à combustion interne, moteur à explosion, moteur à allumage commandé, etc

turboréacteur, statoréacteur, pulsoréacteur et moteur à ondes de détonation pulsées.

Combustion anaérobie (utilisation d'un comburant embarqué) : moteur-fusée.

moteur-fusée.

Moteur chimique sans combustion

Dans ces moteurs, une réaction chimique est exploitée directement pour produire du travail ou du mouvement ; la chaleur est un sous-produit (utile ou nuisible, selon le cas) :

flagelle et cil vibratile ;

muscle ;

moteur moléculaire.

Moteur à champ

Moteur à gravité

Systèmes assimilés :

roue à aube sur cours d'eau ou sur réserve d'eau ;

clepsydre ;

catapulte à contrepoids ; tournebroche et horloge à poids ;

moteur d'entraînement de lentille de phare ;

planeur, montgolfière ;

bathyscaphe: poussée d'Archimède.

Moteur électromagnétique

moteur rotatif ;

moteur linéaire ;

électroaimant.

moteur ionique ;

accélérateur MHD.

Un moteur MHD pour magnétohydrodynamique met en mouvement un fluide conducteur (ou ionisé) par le biais d'un champ magnétique et d'un champ électrique. Ceux-ci permettraient d'atteindre de très hautes vitesses dans l'air (proches de Mach 12 en air dense, franchissant ainsi le mur du son mais aussi le mur de la chaleur) et dans l'eau. Il n'existe cependant aucune application connue.

Moteur à élastique

Moteur à élastique solide

On parle d'élastique ou de ressort :

arc ;

arbalète ;

baliste ;

moteur à élastique de modèle réduit ou de jouet ;

ressort de montre, de chronomètre ou de métronome mécanique ;

horloge à balancier.

Moteur à fluide élastique

Un fluide compressible joue le rôle d'un élastique. Le stockage d'air comprimé est exactement équivalent à un élastique gazeux. Certains moteurs pneumatiques pourraient aussi être classés ici.

Moteur à pression

Ce moteur utilise comme source de mouvement la différence de pression entre deux sources.

Moteur à liquide

Du fait de l'incompressibilité des liquides utilisés, on peut penser qu'un moteur à liquide est plutôt un organe de transmission qu'un moteur, car il n'ajoute pas de puissance. Dans un système hydraulique, le seul moteur qui fournit l'énergie au système est appelé la pompe hydraulique.

pompe hydraulique ;

moteur hydraulique ;

vérin hydraulique.

Moteur à air comprimé

Un moteur à air comprimé est un composant d'un système pneumatique. On injecte de l'air préalablement comprimé dans une sorte de turbine, qui entraîne l'axe moteur. Le déplacement est obtenu par le changement de pression d'un gaz. Il existe plusieurs méthodes pour changer la pression d'un gaz, souvent utilisées en combinaison :

mécanique : un compresseur permet d'augmenter la pression d'un fluide,

thermique : Les moteurs thermiques utilisent une la variation rapide de température d'un mélange inflammable pour créer une variation de pression.

chimique : la réaction exothermique d'un produit explosif crée une augmentation rapide de la pression.

Mise en mouvement d'un solide :

turbine ;

moulin à vent ou éolienne ;

Moteur à air comprimé ;

vérin pneumatique ;

machine à vapeur tel que turbine à vapeur ou moteur pop-pop ;

moteur à air chaud tel que moteur Ericsson ou moteur Stirling.

Mise en mouvement d'un liquide :

baromètre ;

pompe à liquide.

Mise en mouvement du gaz :

pompe à gaz ;

propulsion à réaction.

Combustion aérobie par utilisation de l'oxygène de l'air: moteur à combustion interne, Moteur à explosion, Moteur à allumage commandé, etc turboréacteur, statoréacteur, pulsoréacteur et moteur à ondes de détonation pulsées.

moteur à combustion interne, Moteur à explosion, Moteur à allumage commandé, etc

turboréacteur, statoréacteur, pulsoréacteur et moteur à ondes de détonation pulsées.

Combustion anaérobie (utilisation d'un comburant embarqué) : moteur-fusée.

moteur-fusée.

Moteur insolite

Plusieurs personnes prétendent avoir fabriqué un « moteur magnétique » ou « moteur à aimants ». Ce type de moteur serait en mesure à partir d'aimants naturels uniquement, de produire de l'énergie. Ce type de moteur, n'a non seulement aucune base théorique solide, mais n'a, de plus, jamais fait la preuve de son fonctionnement.

V型发动机的结构图。

引擎，是将任何形式的能量转化为机械能的装置。其中，将燃料能量转化为机械能量的装置称为引擎（英语：Engine）或动力机，亦可以机一字来代称（如：热机）；将电能、流体动能、压缩空气的内能转化为机械能的装置称为电动机或马达，中国大陆也称作发动机。本条目只介绍其中把燃料能量转化为机械能量的装置。

引擎可以用来驱动交通工具前进，或是作为其他装置如发电机的动力来源。

历史与分类

根据《现代汉语词典》等重要工具书，发动机是指把热能、电能等变为机械能的机器，用来带动其他机械工作。如电动机、蒸汽机、涡轮机、内燃机、风车。也叫动力机。电动机属于发动机。本词条发动机主要指热力发动机。 关于引擎的类型目前还没有公认的分类标准，但大多数发动机的工作原理都是利用特定物质（例如煤油、汽油、柴油或是煤炭）所蕴含的化学能，经燃烧作用产生热能与气体，并利用它们产生力量推动机械设备运转与工作。 使用外燃机为动力的蒸汽火车 利用燃料燃烧产生的热加热做功介质，再利用介质膨胀做功的发动机，被称为外燃机。外燃机的燃烧过程发生在汽缸之外，例如一个外置的锅炉中。锅炉内燃烧产生的热气经管线导入汽缸或涡轮机（Turbine）内，推动活塞或涡轮扇叶来产生推力。西元一世纪，古希腊的希罗描述了以蒸汽为动力的汽转球。然而这只是一种娱乐玩具，并没有真正的起到取代人力劳动的功效。十八世纪，欧洲发生了以蒸汽机的发明为标志的第一次工业革命。1698年，萨弗里发明了用于矿井抽水的蒸汽机：矿工之友。1705年，纽可门开发出实用大气蒸汽机。然而这些蒸汽机都需要向汽缸喷洒冷水造成蒸汽冷凝，汽缸的热量在反复冷却与加热中被浪费。1769年，詹姆斯·瓦特获得了独立冷凝器蒸汽机的专利。同年，居诺制成三轮蒸汽汽车。1802年，特里维西克制造了使用蒸汽机的实验性火车。1807年，罗伯特·富尔顿制成以蒸汽机为动力的船克莱蒙脱号。 利用燃料燃烧后在有限空间内自身的膨胀直接做功的发动机，被称为内燃机。内燃发动机中最常见的是往复式发动机：燃烧后的气体推动活塞进行往复运动，活塞再透过曲轴（crank）将原本直线往复的动力输出转为旋转运动，是今日汽车与机车上最常见到的动力型式，早期螺旋桨飞机，部分小型船只和某些情况下用来驱动发电机的发动机也都采用这种形式。旋转式发动机又可分为喷气发动机和转子发动机。 1876年，德国的尼古拉斯·奥托以蒸汽机为基础，根据罗夏提出的原理发明了实用的单缸四冲程煤气发动机，主要作为工厂的动力来源。1879年，德国的卡尔·本茨试验成功二冲程汽油发动机，并利用其制造出了三轮汽车。1885年，戴姆勒将四冲程汽油机装在了自行车上从而发明了摩托车。蒸汽火车需要不断加水、加煤，工作过程中也会不断喷出烟尘。所以各国都在实验能否以新动力驱动火车。1894年，德国研制出了采用汽油内燃机的火车。但是这种火车耗油太大，不够经济。1897年，鲁道夫·狄塞尔发明了柴油机。柴油机比汽油机更加适合于大型机械。虽然人类也有过利用蒸汽机制造飞机的尝试，然而蒸汽机由于自身重量太大，不适于作为飞机动力。直到内燃机诞生后动力飞机的出现才成为现实。1903年，莱特兄弟以汽油机为动力使世界上第一架飞机——飞行者一号飞上天空。同年，世界上第一艘柴油动力轮船投入使用。1924年，柴油内燃机被用于火车。由于人们对速度的不断追求，内燃机作为飞机动力的局限性越来越大。1939年，第一架以喷气式发动机为动力的he178升空。1957年，汪达尔发明转子发动机，除了往复式活塞运动方式以外，内燃机又多了一种工作形式。1959年，劳斯莱斯公司开发的世界上第一款涡轮风扇发动机康维MK-508定型。 火箭发动机可算一种特殊的内燃机，其最大的特点在于其使用的氧化剂来源于自身的携带而不是从空气中获得，这就使得装备了火箭发动机的火箭可以在大气层外飞行，或是保证发动机在反应剧烈来不及获得氧气的情况下依然可以工作。 宋朝，黑火药被用作火箭推进剂在军事上得到运用。但是固体火箭的比冲不足，不适合于宇宙航行。1926年，罗伯特·戈达德成功发射了第一架液体火箭。1957年，苏联将人类首个人造卫星送上太空。

外燃机

蒸汽机是最主要的外燃机。对于活塞式蒸汽机而言，它主要利用水蒸气在低温中冷凝产生的相对于大气压力的负压、水在高温下蒸发的压力来推动活塞或是两者兼具。纽可门制造的蒸汽机就属于第一类，这类蒸汽机浪费了液态水转化为蒸汽过程中的能量，压力较小（不超过大气压），因而效率、动力都很低，但同是也很安全，不易发生爆炸。这类发动机一开始也只是在燃料丰富的煤矿内用作抽水。而增加了冷凝装置的蒸汽机则把汽缸内蒸汽引导入冷凝器内进行冷凝而不用对汽缸整体进行冷却。双动式蒸汽机使用高压蒸汽，通过换气阀使高压蒸汽从活塞的两个方向轮流驱动活塞运动。多涨式蒸汽机是将已经做过功，仍然有一定温度的蒸汽导入到另一个活塞中继续工作的一种活塞蒸汽机。对于旋转式蒸汽机而言，利用高温蒸汽的动能推动叶轮旋转是其主要工作方式。现在火力发电站、核电站都普遍采用这种工作方式。也可以经由太阳能加热水来产生动力发电。或者是装载在船上作为船只动力来源。

斯特林发动机是一种利用封闭工质在冷热环境转换时的体积变化来做功的外燃机。因此它可以利用各种气体作为工作物质。简易斯特林发动机往往采用空气为工质，而大型斯特林发动机往往采用氢气或氦气做工质。

内燃机

涡轮喷气发动机：涡轮喷气发动机是最早的一种喷气式发动机。涡轮喷气式发动机的出口燃气直接在喷管中膨胀做功，根据使用压气机的类型还可进一步分为轴流式和离心式，根据转子的数量则又可以分为单转子和多转子型。涡轮喷气发动机是其他喷气发动机的基础。对于涡轮喷气式发动机来说，要想增大其功率，可以提高空气压缩比。也就是让燃烧产生的气体温度更高，但是如此一来，喷射出的气体的速度也会大幅提高。这部分高速气体的动能将会被浪费掉。因此为了提高涡轮喷气式发动机的工作效率，产生了其他一些类型的喷气式发动机。

涡轮风扇发动机：与涡轮喷气式发动机相比，涡轮风扇式发动机多了一套低压涡轮，燃气在此处进一步膨胀做功，带动外函道风扇。外函道风扇高速运转，将一部分燃料能量转化为空气的动能。对速度要求不高的飞机如客运飞机等采用高函道比涡轮风扇发动机。而战斗机等高速飞机则使用低函道比涡轮风扇发动机。由于涡扇发动机的出口仍然包含未经燃烧的空气，因此战斗机发动机如f100等都在涡轮风扇发动机后加了一段加力燃烧室。当需要额外推力时，可向加力燃烧室内喷射燃料进一步燃烧产生动力。但加力燃烧段的效率较为低下。涡轮风扇发动机比涡轮喷气式发动机空气流量大、效率高、耗油率低、噪音低。目前，干线民航客机、运输机普遍使用涡轮风扇发动机取代涡轮喷气发动机。

涡轮螺旋桨发动机：与涡轮风扇发动机较为类似，燃气膨胀做功，驱动低压涡轮带动螺旋桨转动。然而螺旋桨的转速比风扇低的多，因此需要一套减速机构将涡轮的轴功率输出至螺旋桨，同时涡轮螺旋桨发动机没有喷气机构，能量基本都用做轴功率。涡轮螺旋桨发动机的油耗比涡轮风扇发动机更低。然而由于其速度较慢，基本上只用在运输机及短程客机上。

涡轮轴发动机：与涡轮螺旋桨发动机十分相近，主要区别在于更多的能量被用作轴功率的输出。多用作直升飞机的动力装置。

冲压发动机：冲压发动机没有压气装置。它利用进气道的复杂形状，将高速运动的空气压缩，再与燃料混合后燃烧。冲压发动机结构简单，推重比大。然而由于只有在一定速度下时冲压发动机才能正常工作，无法从静止状态启动。所以要幺飞行器采用冲压发动机和其他发动机组成的混合发动机为动力，要幺飞行器由其他载具牵引，达到一定速度后再启动冲压发动机。

火箭发动机

固体火箭发动机结构简单，机械零部件少。因此使用起来更加快捷方便。不同于在使用时装填燃料的液体火箭发动机，固体火箭发动机的燃料可以贮藏在发动机内长期存放，有利于载具的随时使用。同样由于结构简单，固体火箭发动机可靠性较高。固体燃料的密度大于液体燃料，因此节省下贮存燃料的空间，降低整体质量。综合这些优点，固体火箭发动机的成本要低于同功率的液体火箭发动机。不过，固体燃料的推力较低。也正因此，固体火箭发动机在较长的一段时间内都无法运用在宇宙航行使用的大型运载工具之上。固体火箭发动机点燃之后就将一直工作下去，无法控制推力或是反复点火，因此无法具备良好的操控性能，工作过程中产生的高温也要求固体火箭发动机不能长期工作。固体燃料自身性能受外界影响也使得固体火箭发动机性能不够稳定。同时，固体燃料燃烧后会产生较多的残余物质，一方面会对环境造成危害，另一方面对于军事用途来说，则会暴露载具的运动轨迹。综合以上这些因素，固体火箭发动机往往用于火箭弹、导弹的动力装置，航天器的辅助动力装置如逃逸发动机、分离发动机、减速发动机和各种民用设施如探空火箭、人工降雨火箭等。

液体火箭发动机需要燃料输送系统来将燃料室内的燃料输送至燃烧室，因此结构较固体火箭发动机复杂。但是采用自燃型燃料（如偏二甲肼）的发动机则可以省去点火装置。而像煤油-液氧组合的燃料系统则需要将燃料冷藏，等到发射时才向机体内灌注；液体燃料的灌注往往是不可逆的，所以必须等到完全有把握时才能进行发射准备工作。这些缺点都限制了液体燃料火箭在军事上的运用。然而，液体燃料推重比大，能够反复点火的特点对于宇宙航行来说十分有利。此外，还有采用固体燃料、液体氧化剂，液体燃料、固体氧化剂等多种形式的固液混合燃料火箭发动机。

电能火箭发动机利用电能将工作物质加速喷射出去以获得动能。工作物质可以是通过激光、微波或射频波照射获得的等离子体，也可以是分子气体。电能往往来自于太阳能电池或是核同位素温差电池。常见的电火箭发动机包括离子推进器、霍尔推进器、磁等离子推进器等。与化学能火箭发动机相比，电火箭发动机所需要的工作物质少，整体质量轻巧。然而现有的电火箭发动机技术所能提供的推力都远远小于化学能火箭发动机。这使得电火箭发动机只能在没有空气阻力的太空航行中运用。不过由于电火箭发动机的工作时间可以比化学火箭发动机长久的多，所以在深空探测方面如新视野号探测计划更加具有优势。

核能火箭发动机的能源并不来自于自身的燃料，而是依靠核裂变、核聚变或衰变产生的能量。核反应产生的能量加热工作物质（通常为液态氢）产生推力。核能火箭发动机消耗的核燃料少，然而存在放射性和推重比是其主要缺点。

太阳能火箭发动机并不是太阳帆。它通过反射镜将太阳能聚焦在推力室中，加热工作物质产生推力。太阳能火箭发动机难以获得足够大的推力，目前只是处于研究阶段。

问题

柴油发动机排放的黑色烟雾 当前发动机主要以不可再生的化石燃料为能量来源，由此产生了三个主要问题：资源消耗、环境污染、温室气体排放。 发动机的效率普遍比较低下。根据卡诺定理，理想热机的效率取决于高温热源和低温热源之间的温度比。因此，提升高温热源温度，降低低温热源温度就成了理论上提高效率的解决办法。发动机排放的废气往往温度太高，大量的热被包含在其中而浪费掉。对于内燃机而言，可以通过加装废气涡轮增压系统的办法来回收部分能量。而对于温度更高的燃气轮机来说，其废气甚至可以作为蒸汽轮机的高温热源，由此而组成的燃气-蒸汽联合系统是一种效率十分高的动力来源。 外燃机的燃烧是开放的，燃烧过程产生的热只有少数会传递到汽缸供做功使用。除此以外，燃料不能充分燃烧也是发动机效率低下的一个主要原因。要提高燃烧效率，可从提高燃料与氧化剂的接触方面入手。固体燃料的燃烧不如液体燃料的燃烧充分，液体燃料的燃烧又不如气体燃料的燃烧充分。因此，可以通过粉末化固体燃料，雾化液体燃料的方法来提高其燃烧效率。即便是气体燃料，它与氧化剂的混合过程、方式，点燃位置、方式也会对燃烧效率产生巨大影响。这方面的复杂过程是各国都非常关注的课题。发动机各机械部件之间的摩擦也会浪费能量，合理添加润滑油可以减少这一部分的能量损耗。对于作为交通工具动力来源的发动机来说，减轻自身重量也是一种间接节约燃料的办法。因此越来越多的发动机采用铝镁合金、钛合金和各种复合材料。在降低部分性能的情况下，用某些省油的发动机来替代现有的发动机也是一种节约能源的方法。比如，在对航速要求不高的短途直线支线飞机中使用螺旋桨内燃机替代喷气发动机。 污染可以分为固体污染、水污染、大气污染与噪声污染。对于燃烧煤的外燃机来说，产生污染（比如：伦敦型烟雾）的原因主要为燃料不能充分燃烧所产生的燃烧产物（煤灰），以及燃料中的杂质（主要为硫）的燃烧产物。而对燃烧汽油和柴油的内燃机来说，除了上述类型的污染物，氮气与氧气在汽缸内高温下反应所产生的氮氧化合物是一种更重要的污染来源（比如：洛杉矶型烟雾）。由此可见，提升燃料燃烧率是一种既可以节约资源，又可以减少污染的方法。另一方面，在发动机废气出口处加装过虑、催化反应装置将有害物质转化为无害物质也是一种减少污染的重要途径。为了减少汽油发动机的爆震，需要在燃料中加入抗暴剂。在很长的一段时间里，四乙基铅都是一种常用的汽油抗暴剂。因此导致汽车尾气中含有有害的铅元素，这也是空气中铅的主要来源。由于铅的毒性，到20世纪末，世界上大多数国家已经停止生产与销售含铅汽油。喷气式发动机和火箭发动机的数量虽然较少，但由于工作高度高，产生的氮氧化物更容易破坏臭氧层。喷气发动机和火箭发动机的噪声污染也远大于其他类型的发动机。 燃烧化石燃料的发动机所产生的二氧化碳是温室气体的一个重要来源。飞机使用的喷气发动机所产生的凝结水蒸气也会造成温室效应。减少温室效应，一方面可以减少燃料消耗以降低二氧化碳排放。还可以采用其他燃料如含生物柴油来取代现有燃料，采用使用混合动力的发动机来减少温室气体排放。 为了降低发动机怠速时的排放，有人采用升高进气温度，减少汽缸吸入的空气质量，减少喷油量，在空燃比不变的情况下，降低排放，降低油耗。