Двигун внутрішнього згоряння, теплової двигун , В якому хімічна енергія палива, що згорає в робочій порожнині, перетворюється в механічну роботу.
Перший практично придатний газовий Д. в. с. був сконструйований французьким механіком Е. Ленуаром (1860). У 1876 німецький винахідник Н. Отто побудував досконаліший 4-тактний газовий Д. в. с. У порівнянні з паромашінной установкою Д. в. с. принципово більш простий, т. к. усунуто одну ланку енергетичного перетворення - парокотельной агрегат. Це удосконалення зумовило велику компактність Д. в. с., 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 Д. в. с., запропонував двигун із займанням від стиснення. Удосконалення цього Д. в. с. на заводі Л. Нобеля в Петербурзі (нині «Російський дизель») в 1898-99 дозволило застосувати в якості палива нафту. В результаті цього Д. в. с. стає найбільш економічним стаціонарним тепловим двигуном. У 1901 в США був розроблений перший трактор з Д. в. с. Подальший розвиток автомобільних Д. в. с. дозволило братам О. і У. Райт побудувати перший літак з Д. в. с., який почав свої польоти в 1903. У тому ж 1903 рус. інженери встановили Д. в. с. 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 Д. в. с. 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 Д. в. с. із 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 Д. в. с. відбувається за 4 ходи поршня (такти), т. е. за 2 обороти колінчастого валу. При 1-м такті - впуску поршень рухається від верхньої мертвої точки (ст. М. Т.) До нижньої мертвої точки (н. М. Т.). Впускний клапан при цьому відкритий (рис. 1) і горюча суміш з карбюратора надходить в циліндр. Протягом 2-го такту - стиснення, коли поршень рухається від н. м. т. кв. м. т., 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 кв. м. т. 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 н. м. т. до в. м. т. при відкритому випускному клапані. Відпрацьовані гази витісняються поршнем.
Робочий цикл 2 тактного карбюраторного Д. в. с. здійснюється за 2 ходу поршня або за 1 оборот колінчастого вала (рис. 2). Процеси стиснення, згоряння і розширення практично аналогічні відповідним процесам 4-тактного Д. в. с. 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 Д. в. с. 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 Д. в. с.
Робочий цикл карбюраторного Д. в. с. може бути здійснений 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 Д. в. с. 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 Д. в. с. зростає схильність двигуна до детонації , Тому карбюраторні Д. в. с. не роблять з великими діаметрами циліндрів (як правило, не більше 150 мм). Прикладом карбюраторного Д. в. с. 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 Д. в. с. 600 квт (800 л. С.). Мотоциклетні карбюраторні 2-тактні і 4-тактні Д. в. с. 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 Д. в. с. 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 Д. в. с. 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 Д. в. с. 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 Д. в. с. За принципом сумішоутворення і займання газові двигуни поділяються на: Д. в. с. із зовнішнім сумішоутворенням і іскровим запалюванням, в яких робочий процес аналогічний процесу карбюраторного двигуна; Д. в. с. із зовнішнім сумішоутворенням і запаленням струменем рідкого палива, запалюється від стиснення; Д. в. с. 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 (див. газобалонний автомобіль ).
Економічність роботи Д. в. с. 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 Д. в. с. близько 44%.
Основною перевагою Д. в. с., 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 Д. в. с., можуть вільно переміщатися і розташовуватися в будь-якому місці. Це зумовило широке застосування Д. в. с. на транспортних засобах (автомобілях, с.-г. та будівельно-дорожніх машинах, самохідної військовій техніці і т. п.).
Вдосконалення Д. в. с. йде по шляху підвищення їх потужності, надійності і довговічності, зменшення маси і габаритів, створення нових конструкцій (див., наприклад, Ванкеля двигун ). Можна намітити також такі тенденції в розвитку Д. в. с., як поступове заміщення карбюраторних Д. в. с. дизелями на автомобільному транспорті, застосування багатопаливних двигунів , Збільшення частоти обертання і ін.
Літ .: Двигуни внутрішнього згоряння, т. 1-3, М .. 1957-62; Двигуни внутрішнього згоряння, М., 1968.
Д. Н. вирубок, В. П. Алексєєв.
Мал. 1. Робочий цикл 4-тактного карбюраторного двигуна.
Мал. 2. Схема роботи 2-тактного карбюраторного Д. в. с. з кривошипно-камерної продувкою: вгорі - стиснення і наповнення кривошипно камери; внизу - продування і випуск; 1 - свічка запалювання; 2 - поршень; 3 - продувні вікно; 4 - випускне вікно; 5 - кривошипна камера; 6 - карбюратор; 7 - впускний вікно; 8 - головка циліндра; 9 - циліндр.