Двигун внутрішнього згоряння, тепловий двигун, в якому хімічна енергія палива, що згорає в робочій порожнині, перетворюється в механічну роботу.

Перший практично придатний газовий ДВС був сконструйований французьким механіком Е. Ленуаром (1860). У 1876 німецький винахідник Н. Отто побудував досконаліший 4-тактний газовий ДВС У порівнянні з паромашінной установкою ДВС принципово більш простий, т. К. Усунуто одну ланку енергетичного перетворення - парокотельной агрегат. Це удосконалення зумовило велику компактність ДВС, меншу масу на одиницю потужності, більш високу економічність, але для нього було потрібно паливо кращої якості (газ, нафта).

У 1880-х рр. О. С. Костович в Росії побудував перший бензиновий карбюраторний двигун. У 1897 ньому. інженер Р. Дизель, працюючи над підвищенням ефективності ДВС, запропонував двигун із займанням від стиснення. Удосконалення цього ДВС на заводі Л. Нобеля в Петербурзі (нині «Російський дизель») в 1898-99 дозволило застосувати в якості палива нафту. В результаті цього ДВС стає найбільш економічним стаціонарним тепловим двигуном. У 1901 в США був розроблений перший трактор з ДВС Подальший розвиток автомобільних ДВС дозволило братам О. і У. Райт побудувати перший літак з ДВС, який почав свої польоти в 1903. У тому ж 1903 рус. інженери встановили ДВС на судні «Вандал», створивши перший теплохід. У 1924 за проектом Я. М. Гаккеля в Ленінграді був створений перший задовольняє практичним вимогам поїзної тепловоз.

За родом палива ДВС поділяються на двигуни рідкого палива і газові. За способом заповнення циліндра свіжим зарядом - на 4-тактні і 2-тактні. За способом приготування горючої суміші з палива і повітря - на двигуни з зовнішнім і внутрішнім сумішоутворенням. До двигунів із зовнішнім сумішоутворенням відносяться карбюраторні, в яких горюча суміш з рідкого палива і повітря утворюється в карбюраторі, і газозмішувальні, в яких горюча суміш з газу і повітря утворюється в змішувачі. У ДВС з зовнішнім сумішоутворенням запалювання робочої суміші в циліндрі проводиться електричною іскрою. У двигунах з внутрішнім сумішоутворенням (дизелях) паливо самозаймається при уприскуванні його в стиснене повітря, нагріте до високої температури.

Робочий цикл 4-тактного карбюраторного ДВС відбувається за 4 ходи поршня (такти), т. Е. За 2 обороти колінчастого валу. При 1-м такті - впуску поршень рухається від верхньої мертвої точки (ВМТ) до нижньої мертвої точки (НМТ). Впускний клапан при цьому відкритий

і горюча суміш з карбюратора надходить в циліндр. Протягом 2-го такту - стиснення, коли поршень рухається від НМТ до ВМТ, впускний і випускний клапани закриті і суміш стискається до тиску 0,8-2 Мн / м2 (8-20 кгс / см2). Температура суміші в кінці стиснення складає 200-400 ° C. В кінці стиснення суміш запалюється електричною іскрою і відбувається згорання палива. Від згоряння має місце при положенні поршня, близькому до ВМТ В кінці згоряння тиск в циліндрі становить 3-6 Мн / м2 (30-60 кгс / 1см2), а температура 1600-2200 ° C. 3-й такт циклу - розширення називається робочим ходом; протягом цього такту відбувається перетворення тепла, отриманого від згорання палива, в механічну роботу. 4-й такт - випуск відбувається при русі поршня від НМТ до ВМТ при відкритому випускному клапані. Відпрацьовані гази витісняються поршнем.

Робочий цикл 2 тактного карбюраторного ДВС здійснюється за 2 ходу поршня або за 1 оборот колінчастого вала.

Процеси стиснення, згоряння і розширення практично аналогічні відповідним процесам 4-тактного ДВС За інших рівних умов 2-тактний двигун повинен бути в 2 рази потужнішим, ніж 4-тактний, т. К. Робочий хід в 2-тактном двигуні відбувається в 2 рази частіше, проте на практиці потужність 2-тактного карбюраторного ДВС часто не тільки не перевищує потужність 4-тактного з тим же діаметром циліндра і ходом поршня, але виявляється навіть нижче. Це обумовлено тим, що значна частина ходу (20-35%) поршень здійснює при відкритих вікнах, коли тиск в циліндрі невелике і двигун практично не виробляє роботи; продування циліндра вимагає витрат потужності на стиск повітря в продувному насосі; очищення простору циліндра від продуктів згоряння газів і наповнення його свіжим зарядом значно гірше, ніж в 4-тактном ДВС.

Робочий цикл карбюраторного ДВС може бути здійснено при дуже великій частоті обертання валу (3000-7000 об / хв). Двигуни гоночних автомобілів і мотоциклів можуть розвивати 15 000 об / хв і більше. Нормальна горюча суміш складається приблизно з 15 частин повітря (по масі) і 1 частини парів бензину. Двигун може працювати на збідненої суміші (18: 1) або збагаченої суміші (12: 1). Занадто багата або занадто бідна суміш викликає сильне зменшення швидкості згоряння і не може забезпечити нормального протікання процесу згоряння. Регулювання потужності карбюраторного ДВС здійснюється зміною кількості суміші, що подається в циліндр (кількісне регулювання). Велика частота обертання і вигідні співвідношення палива і повітря в суміші забезпечують отримання великої потужності в одиниці об'єму циліндра карбюраторного двигуна, тому ці двигуни мають порівняно невеликі габарити і масу [1-4 кг / квт (0,75-3 кг / л. С. )]. Застосування низьких ступенів стиснення обумовлює помірні тиску в кінці згоряння, внаслідок чого деталі можна робити менш масивними, ніж, наприклад, в дизелях. При збільшенні діаметра циліндра кароюраторного ДВС зростає схильність двигуна до детонації, тому карбюраторні ДВС не роблять з великими діаметрами циліндрів (як правило, не більше 150 мм). Прикладом карбюраторного ДВС може служити двигун ГАЗ-21 «Волга». Це 4-циліндровий 4-тактний двигун, що розвиває потужність 55 кВт (75 л. С.) При 4000 об / хв і ступеня стиснення 6,7. Питома витрата палива на найбільш економічному режимі складає 290 г; (кВт.год).

Найбільша потужність 4-тактного карбюраторного ДВС 600 квт (800 л. С.). Мотоциклетні карбюраторні 2-тактні і 4-тактні ДВС мають потужність від 3,5 до 45 кВт (від 5 до 60 л. С.). Авіаційні поршневі двигуни з безпосереднім уприскуванням бензину і іскровим запалюванням розвивають до 1100 квт (1500 л. С.) І більше.

Карбюраторні ДВС являють собою складний агрегат, що включає ряд вузлів і систем.

Остов двигуна - група нерухомих деталей, які є базою для всіх інших механізмів і систем. До остову відносяться блок-картер, голівка (головки) циліндрів, кришки підшипників колінчастого вала, передня і задня кришки блок-картера, а також масляний піддон і ряд дрібних деталей.

Механізм руху - група рухомих деталей, що сприймають тиск газів в циліндрах і перетворюють цей тиск в крутний момент на колінчастому валу двигуна. Механізм руху включає в себе поршневу групу (поршні, шатуни, колінчастий вал і маховик).

Механізм газорозподілу служить для своєчасного впуску горючої суміші в циліндри і випуску відпрацьованих газів. Ці функції виконують кулачковий (розподільний) вал, що приводиться в рух від колінчастого вала, а також штовхачі, штанги і коромисла, що відкривають клапани. Клапани закриваються клапанними пружинами.

Система мастила - система агрегатів і каналів, що підводять мастило до поверхонь, що труться. Масло, що знаходиться в масляному піддоні, подається насосом у фільтр грубої очистки і далі через головний масляний канал в блок-картері під тиском надходить до підшипників колінчастого і кулачкового валів, до шестерням і деталей механізму газорозподілу. Мастило циліндрів, штовхачів та інших деталей проводиться масляним туманом, що утворюється при розбризкуванні масла, що випливає з зазорів в підшипниках обертаються деталей. Частина масла відводиться по паралельних каналах у фільтр тонкого очищення, звідки зливається назад в піддон.

Система охолодження може бути рідинної та повітряної. Рідинна система складається з сорочок циліндрів і головок, заповнених рідиною (водою, антифризом і т. П.), Насоса, радіатора, в якому рідина охолоджується потоком повітря, створюваним вентилятором, і пристроїв, що регулюють температуру води. Повітряне охолодження здійснюється обдувом циліндрів і головок вентилятором або потоком повітря (на мотоциклах).

Система харчування здійснює приготування горючої суміші з палива і повітря в пропорції, відповідної режиму роботи, і в кількості, що залежить від потужності двигуна. Система складається з паливного бака, топливоподкачивающего насоса, паливного фільтра, трубопроводів і карбюратора, що є основним вузлом системи.

Система запалювання служить для освіти в камері згоряння іскри, воспламеняюшей робочу суміш. У систему запалювання входять джерела струму - генератор і акумулятор, а також переривач, від якого залежить момент подачі іскри. У систему включається розподільник струму високої напруги по відповідним циліндрах. В одному агрегаті з переривником знаходяться конденсатор, який поліпшує роботу переривника, і котушка запалювання, з якою знімається висока напруга (12-20 кв). У той час, коли ДВС не мали електричного запалювання, застосовувалися запальні калоризатори.

Система пуску складається з електричного стартера, шестерень передачі від стартера до маховика, джерела струму (акумулятора) і елементів дистанційного керування. У функції системи входить обертання валу двигуна для пуску.

Система впуску й випуску складається з трубопроводів, повітряного фільтра на впуску і глушника шуму на випуску.

Газові ДВС працюють здебільшого па природному газі і газах, одержуваних при виробництві рідкого палива. Крім того, можуть бути використані: газ, що генерується в результаті неповного згоряння твердого палива, металургійні гази, каналізаційні гази тощо. Застосовуються як 4-тактні, так і 2-тактнис газові ДВС За принципом сумішоутворення і займання газові двигуни поділяються на: ДВС з зовнішнім сумішоутворенням і іскровим запалюванням, в яких робочий процес аналогічний процесу карбюраторного двигуна; ДВС з зовнішнім сумішоутворенням і запаленням струменем рідкого палива, запалюється від стиснення; ДВС з внутрішнім сумішоутворенням і іскровим запалюванням. Газові двигуни, що використовують природні гази, застосовуються на стаціонарних електростанціях, компресорних газоперекачувальних установках і т. П. Скраплені бутано-пропанові суміші використовуються для автомобільного транспорту.

Економічність роботи ДВС характеризується ефективним ккд, який є відношенням корисної роботи до кількості тепла, що виділяється при повному згорянні палива, витраченого на отримання цієї роботи. Максимальний ефективний ккд найбільш досконалих ДВС близько 44%.

Основною перевагою ДВС, так само як і ін. Теплових двигунів (наприклад, реактивних двигунів), перед двигунами гідравлічними і електричними є незалежність від постійних джерел енергії (водних ресурсів, електростанцій і т. П.), В зв'язку з чим установки, обладнані ДВС , можуть вільно переміщатися і розташовуватися в будь-якому місці. Це зумовило широке застосування ДВС на транспортних засобах (автомобілях, с.-г. та будівельно-дорожніх машинах, самохідної військовій техніці і т. П.).

Удосконалення ДВС йде по шляху підвищення їх потужності, надійності і довговічності, зменшення маси і габаритів, створення нових конструкцій. Можна намітити також такі тенденції в розвитку ДВС, як поступове заміщення карбюраторних ДВС дизелями на автомобільному транспорті, застосування багатопаливних двигунів, збільшення частоти обертання і ін.

Велика Радянська Енциклопедія