Двигун внутрішнього згорання, тепловий двигун, в якому хімічна енергія палива, що згорає в робочій порожнині, перетвориться в механічну роботу.
Перший практично придатний газовий Д. ст с. був сконструйований французьким механіком Е. Ленуаром (1860). У 1876 німецький винахідник Н. Отто побудував досконаліший 4-тактний газовий Д. ст с. В порівнянні з паромашинной установкою Д. ст с. принципово простіший, оскільки усунена одна ланка енергетичного перетворення — парокотельний агрегат. Це удосконалення зумовило велику компактність Д. ст с., меншу масу на одиницю потужності, вищу економічність, але для нього було потрібно паливо кращої якості (газ, нафта).
В 1880-х рр. О. С. Костовіч в Росії побудував перший бензиновий карбюраторний двигун. У 1897 йому.(німецький) інженер Р. Дизель, працюючи над підвищенням ефективності Д. ст с., запропонував двигун із займанням від стискування. Удосконалення цього Д. ст с. на заводі Л. Нобеля в Петербурзі (нині «Російський дизель») в 1898—99 дозволило застосувати як паливо нафту. В результаті цього Д. ст с. стає найбільш економічним стаціонарним тепловим двигуном. У 1901 в США був розроблений перший трактор з Д. ст с. Подальший розвиток автомобільних Д. ст с. дозволило братам О. і В. Райт побудувати перший літак з Д. ст с., що почав свої польоти в 1903. У тому ж 1903 русявий.(російський) інженери встановили Д. ст с. на судні «Вандал», створивши перший теплохід. У 1924 за проектом Я. М. Гаккеля в Ленінграді був створений що перший задовольняє практичним вимогам поїздовий тепловоз.
По роду палива Д. ст с. розділяються на двигуни рідкого палива і газові. За способом заповнення циліндра свіжим зарядом — на 4-тактниє і 2-тактниє. За способом приготування горючої суміші з палива і повітря — на двигуни із зовнішнім і внутрішнім смесеобразованієм. До двигунів із зовнішнім смесеобразованієм відносяться карбюраторні, в яких горюча суміш з рідкого палива і повітря утворюється в карбюраторі, і газозмішувачі, в яких горюча суміш з газу і повітря утворюється в змішувачі. У Д. ст с. із зовнішнім смесеобразованієм запалення робочої суміші в циліндрі виробляється електричною іскрою. У двигунах з внутрішнім смесеобразованієм (дизелях ) паливо займається при уприскуванні його в стисле повітря, нагріте до високої температури.
Робітник цикл 4-тактного карбюраторного Д. ст с. здійснюється за 4 ходи поршня (такту), тобто за 2 звороти колінчастого валу. При 1-м-коді такті — впусканні поршень рухається від верхньої мертвої точки (ст м. т.) до нижньої мертвої точки (н. м. т.). Впускний клапан при цьому відкритий ( мал. 1 ) і горюча суміш з карбюратора поступає в циліндр. Протягом 2-го такту — стискування, коли поршень рухається від н. м. т. кв.м. т., впускний і випускний клапани закриті і суміш стискується до тиск 0,8—2 Мн/м 2 (8—20 кгс/см 2 ) . Температура суміші в кінці стискування складає 200—400°c. В кінці стискування суміш запалала електричною іскрою і відбувається згорання палива. Згорання має місце при положенні поршня, близькому кв.м. т. В кінці згорання тиск в циліндрі складає 3—6 Мн/м 2 (30—60 кгс/1см 2 ), 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 ст м. т. при відкритому випускному клапані. Відпрацьовані гази витісняються поршнем.
Робочий цикл 2- тактного карбюраторного Д. ст с. здійснюється за 2 ходи поршня або за 1 зворот колінчастого валу ( мал. 2 ). Процеси стискування, згорання і розширення практично аналогічні відповідним процесам 4-тактного Д. ст с. За інших рівних умов 2-тактний двигун має бути в 2 рази потужнішим, ніж 4-тактний, оскільки робочий хід в 2-тактном двигуні відбувається в 2 рази частіше, проте на практиці потужність 2-тактного карбюраторного Д. ст с. часто не лише 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 невеликий і двигун практично не виробляє роботи; продування циліндра вимагає витрат потужності на стискування повітря в продувальному насосі; очищення простору циліндра від продуктів згорання газів і наповнення його свіжим зарядом значно гірші, ніж в 4-тактном Д. ст с.
Робочий цикл карбюраторного Д. ст с. може бути здійснений при дуже великій частоті обертання валу (3000—7000 об/мін ) . Двигуни гоночних автомобілів і мотоциклів можуть розвивати 15 000 об /мін і більш. Нормальна горюча суміш складається приблизно з 15 частин повітря (по масі) і 1 частини пари бензину. Двигун може працювати на збідненій суміші (18 : 1) або збагаченій суміші (12 : 1). Дуже багата або дуже бідна суміш викликає сильне зменшення швидкості згорання і не може забезпечити нормального протікання процесу згорання. Регулювання потужності карбюраторного Д. ст с. здійснюється зміною кількості суміші, що подається в циліндр (кількісне регулювання). Велика частота обертання і вигідні співвідношення палива і повітря в суміші забезпечують здобуття 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.)]. Вживання низьких мір стискування обумовлює помірний тиск в кінці згорання, унаслідок чого деталі можна робити менш масивними, чим, наприклад, в дизелях. При збільшенні діаметру циліндра кароюраторного Д. ст с. зростає схильність двигуна до детонація, тому карбюраторні Д. ст с. не роблять з великими діаметрами циліндрів (як правило, не більше 150 мм ) . Прикладом карбюраторного Д. ст с. може служити двигун ГАЗ-21 «Волга». Це 4-циліндровий 4-тактний двигун, що розвиває потужність 55 квт (75 л. с. ) при 4000 об/мін і мірах стискування 6,7. Питома витрата палива на найбільш економічному режимі складає 290 г; ( квт . ч ) .
Найбільша потужність 4-тактного карбюраторного Д. ст с. 600 квт (800 л. с.). Мотоциклетні карбюраторні 2-тактниє і 4-тактниє Д. ст с. мають потужність від 3,5 до 45 квт (від 5 до 60 л. с.). Авіаційні поршневі двигуни з безпосереднім уприскуванням бензину і іскровим запаленням розвивають до 1100 квт (1500 л. с.) і більш.
Карбюраторні Д. ст с. є складним агрегатом, що включає ряд вузлів і систем.
Остов двигуна — група нерухомих деталей, що є базою для всіх останніх механізмів і систем. До остову відносяться блок-картер, голівка (голівки) циліндрів, кришки підшипників колінчастого валу, передня і задня кришки блоку-картера, а також масляний піддон і ряд дрібних деталей.
Механізм руху — група рухомих деталей, що сприймають тиск газів в циліндрах і перетворюють це тиск в момент, що крутить, на колінчастому валу двигуна. Механізм руху включає поршневу групу (поршні, шатуни, колінчастий вал і маховик).
Механізм газорозподілу служить для своєчасного впускання горючої суміші в циліндри і випуску відпрацьованих газів. Ці функції виконують кулачковий (розподільний) вал, що приводиться в рух від колінчастого валу, а також штовхальники, 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 грубого очищення і далі через головний масляний канал в блоці-картері під тиском поступає до підшипників колінчастого і кулачкового валів, до шестерень і деталей механізму газорозподілу. Мастило циліндрів, штовхальників і інших деталей виробляється масляним туманом, що утворюється при розбризкуванні масла витікаючого із зазорів в підшипниках деталей, що обертаються. Частина масла відводиться по паралельних каналах у фільтр тонкого очищення, звідки зливається назад в піддон.
Система охолоджування може бути рідинною і повітрям. Рідинна система складається з сорочок циліндрів і голівок, заповнених рідиною (водою, антифризом і т. п.), що охолоджує, насоса, радіатора, в якому рідина охолоджується потоком повітря, створюваним вентилятором, і пристроїв регулюючих температуру води. Повітряне охолоджування здійснюється обдуванням циліндрів і голівок вентилятором або потоком повітря (на мотоциклах).
Система живлення здійснює приготування горючої суміші з палива і повітря в пропорції, відповідній режиму роботи, і в кількості, залежній від потужності двигуна. Система складається з паливного бака, топлівоподкачивающего насоса, паливного фільтру, трубопроводів і карбюратора, що є основним вузлом системи.
Система запалення служить для освіти в камері згорання іскри, воспламеняюшей робочу суміш. У систему запалення входять джерела струму — генератор і акумулятор, а також переривник, від якого залежить момент подачі іскри. У систему включається розподільник струму високої напруги по відповідних циліндрах. У одному агрегаті з переривником знаходяться конденсатор, поліпшуючий роботу переривника, і котушка запалення, з якою знімається висока напруга (12—20 кв ) . В той час, коли Д. ст с. не мали електричного запалення, 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 впускання і випуску полягає з трубопроводів, повітряного фільтру на впусканні і глушника шуму на випуску.
Газові Д. ст с. працюють переважно па природному газі і газах, що отримуються при виробництві рідкого палива. Крім того, можуть бути використані: газ, що генерується в результаті неповного згорання твердого палива, металургійні гази, каналізаційні гази і ін. Застосовуються як 4-тактниє, так і 2-тактнис газові Д. ст с. За принципом смесеобразованія і займання газові двигуни розділяються на: Д. ст с. із зовнішнім смесеобразованієм і іскровим запаленням, в яких робочий процес аналогічний процесу карбюраторного двигуна; Д. ст с. із зовнішнім смесеобразованієм і запаленням струменем рідкого палива, займистого від стискування; Д. ст с. з внутрішнім смесеобразованієм і іскровим запаленням. Газові двигуни, що використовують природні гази, застосовуються на стаціонарних електростанціях, компресорних газоперекачуючих установках і тому подібне Зріджені бутано-пропановиє суміші використовуються для автомобільного транспорту (див. Газобалонний автомобіль ) .
Економічність роботи Д. ст с. характеризується ефективним ккд(коефіцієнт корисної дії), який є відношенням корисної роботи до кількості тепла, що виділяється при повному згоранні палива, витраченого на здобуття цій роботи. Максимальний ефективний ккд(коефіцієнт корисної дії) найбільш досконалих Д. ст с. близько 44%.
Основною перевагою Д. ст с., так само як і ін. теплових двигунів (наприклад, реактивних двигунів ) , перед двигунами гідравлічною і електричною є незалежність від постійних джерел енергії (водних ресурсів, електростанцій і т. п.), в зв'язки з чим установки, обладнані Д. ст с., можуть вільно переміщатися і розташовуватися в будь-якому місці. Це зумовило широке вживання Д. ст с. на транспортних засобах (автомобілях, з.-х.(сільськогосподарський) і будівельно-дорожніх машинах, самохідній військовій техніці і т. п.).
Вдосконалення Д. ст 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. ст с., як поступове заміщення карбюраторних Д. ст с. дизелями на автомобільному транспорті, вживання багатопаливних двигунів, збільшення частоти обертання і ін.
Літ.: Двигуни внутрішнього згорання, т. 1—3 М.. 1957—62; Двигуни внутрішнього згорання, М., 1968.
