Двигу́н / руші́й вну́трішнього згоря́ннядви́гатель вну́треннего сгора́ния // Російсько-український словник з інженерних технологій = Русско-украинский словарь по инженерным технологиям: [близько 42 тис. термінів] / Марія Ганіткевич, Богдан Кінаш; Технічний комітет стандартизації науково-технічної термінології Міністерства економ. розвитку і торгівлі та Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України. — 2-е вид. — Львів: Вид-во Львівської політехніки, 2013. — 1021 с. — (Термінографічна серія СловоСвіт; № 9). ISBN 978-617-607-385-7. — різновид теплового двигуна, у якому паливна суміш згорає безпосередньо в робочій камері (всередині) двигуна. Продукти згоряння утворюють робоче тіло. Такий двигун є , хімічним, і перетворює енергію згоряння палива на механічну роботу. Існує велика кількість різноманітних двигунів із внутрішнім згорянням, що відрізняються призначенням, та іншими параметрами.

Потужні та легкі, двигуни внутрішнього згоряння дозволили створити не існувавші до цього види транспорту (автомобіль, мотоцикл, гвинтовий і реактивний літаки, вертоліт, ракету, космічний корабель, газотурбохід, судно на повітряній подушці), поліпшити економічність та екологічність  корабельних силових установок і локомотивів. Моторизація призвела до прискорення темпу життя людей, виникнення цілої автомобільної культури (США); у військовій справі дозволила розробити надзвичайно руйнівні машини смерті (танк, винищувач, бомбардувальник, ракети зі звичайною та ядерною боєголовкою, підводний човен із торпедами та інші).

Альтернативне сімейство двигунів зовнішнього згоряння має роздільне паливо та робоче тіло, що зумовлює необхідність порівняно повільної передачі тепла згоряння від продуктів згоряння робочому тілу — тому їхня питома потужність значно нижча. Поряд із двигунами зовнішнього згоряння, двигуни внутрішнього згоряння широко використовуються для вироблення електроенергії, використовуваної електродвигунами та іншими споживачами.

Історія створення

Теплові машини (переважно, парові) з моменту появи відрізнялися великими габаритами та масою, обумовленими застосуванням зовнішнього згоряння (потрібні котли, конденсатори, випарники,теплообмінники, тендери, насоси, водяні резервуари та ін.), водночас основна (функціональна) частина парової машини (поршень і циліндр) порівняно невелика. Тому думка винахідників весь час поверталася до можливості поєднання палива з робочим тілом двигуна, що дозволило згодом значно зменшити габарити та вагу, інтенсифікувати процеси впуску та випуску робочого тіла. .

У створення різних ДВЗ зробили найбільший внесок такі інженери як Джон Барбер (винахід газової турбіни в 1791), Роберт Стріт (патент на двигун на рідкому паливі, 1794), Філіп Лебон (відкриття світильного газу в 1799 році, перший газовий двигун в 1801), Франсуа Ісаак де Ріваз (перший поршневий двигун, 1807), Жан Етьєн Ленуар (газовий двигун Ленуара, 1860), Раймонд Олександрович Корейво, Фрідріх Артурович Цандер, Вернер фон Браун (реактивні та турбореактивні двигуни, починаючи з 1930-х і закінчуючи програмою Аполлон).Перший патент на чотиритактний двигун внутрішнього згоряння отримав ще в 1862 Альфонс Бо де Роша (французький патент № 52593 від 16.01.1862)Mary Bellis The History of the Automobile . Проте, винахідником двигуна внутрішнього згоряння часто називають німецького інженера Ніколауса Отто, який у 1862 році розпочав виробництво й продаж двотактних двигунів. 1866 року Н. Отто та Е. Ланген удосконалили конструкцію двигуна Е. Ленуара, що привело до зростання коефіцієнта корисної дії. У 1876 році Отто сконструював чотиритактний двигун. 1877 року він отримав патентUS365701 A Nicolaus August Otto Gas motor engine на газомоторний двигун. Цей патент було скасовано у 1886 році на користь патенту, виданого Альфонсу Бо де Роша на його конструкцію чотиритактного двигуна. У жовтні 1877 року ще один патент на газомоторний двигун був виданий Ніколаусу Отто і братам Френсісу та Вільяму КроссліUS196473 N. A. Otto, F. W. & W. J. Crossley Gas Motor Engine .

Перший двотактний бензиновий двигун сконструював Карл Бенц (перший патент отримано у 1879 роціThe History of Carl Benz на сайті"Carl Benz Academy").

Рудольф Дізель у 1897 році сконструював , на який у 1898 році отримав патентUS608845 Rudolf Diesel Internal combustion engine .

Німецькі інженери Готтліб Даймлер та Вільгельм Майбах були серед піонерів конструювання автомобілів та мотоциклів — процесу, який розвивався паралельно із вдосконаленням двигунів. Ними був розроблений .

Таким чином, ДВЗ розвивалися з відставанням від парових машин (так, паровий насос для відкачування води був винайдений Томасом Севері в 1698 році), що було зумовлено відсутністю відповідного пального, матеріалів та технологій. Саму ідею ДВЗ запропонував Християн Гюйгенс ще 1678 року, як паливо нідерландський вчений пропонував використовувати порох. Англієць Етьєн Барбер намагався використати для цього суміш повітря з газом, отриманим при нагріванні деревини.

Класифікація ДВЗ

Пристрій

Поршневі двигуни — камерою згоряння служить циліндр, зворотно-поступальний рух поршня за допомогою кривошипно-шатунного механізму перетворюється на обертання валу. Деякі типи поршневих ДВЗ не мають кривошипно-шатунного механізму (дизель-молот, вогнепальна зброя). Газотурбінні двигуни — для перетворення енергії газів у момент, що крутить, служить ротор із лопатками спеціального профілю. Перед згорянням у камері двигуна повітря стискається компресорною частиною, паливо впорскується в камеру згоряння. Роторно-поршневі двигуни — камеру згоряння обмежує трикутний ротор, що виконує функцію поршня. Реактивні двигуни  - потужність, що розвивається, відразу використовується для поступального руху ракети або літака, додаткове перетворення в крутний момент і трансмісія відсутня (двигун є також рушієм). Тому мають найвищі питомі потужнісні показники; є єдиними двигунами, здатними виводити апарати на орбіту. Турбореактивні двигуни — різновид реактивних, як окислювач використовує атмосферне повітря, що попередньо стискається компресорною частиною. З огляду на це може бути використаний тільки в межах земної атмосфери. Зазвичай їх неточно називають просто реактивними, наприклад, «літак із реактивним двигуном». Можна розглядати турбореактивний двигун і як різновид газотурбінного, тому що він має всі основні його частини, крім вихідного валу. Турбогвинтові двигуни  - газотурбінний, що приводить у рух повітряний гвинт. Застосовуються в авіації, на помірних швидкостях мають вищий ККД, ніж турбореактивні.

За іншими критеріями

за призначенням — на транспортні (автомобільні, суднові, літакові), стаціонарні та спеціальні. за родом застосовуваного палива — бензинові та газові двигуни, що працюють на важкому паливі дизелі. за способом утворення горючої суміші — зовнішнє (карбюраторні та інжекторні двигуни) і внутрішній (в циліндрі ДВЗ у дизелів та іскрових із безпосереднім упорскуванням). за обсягом робочих порожнин і вагогабаритних характеристик — легкі, середні, важкі, спеціальні. влаштування систем охолодження (повітряне, рідинне), та іншим.

Крім наведених вище загальних всім ДВЗ критеріїв класифікації існують критерії, якими класифікуються окремі типи двигунів. Так, поршневі двигуни можна класифікувати за тактністю і робочим процесом, за кількістю і розташуванням циліндрів, колінчастих і розподільних валів, за типом охолодження, за наявності або відсутності крейцкопфа, наддуву того чи іншого типу (атмосферний — без наддуву), за способом запалення, за кількістю карбюраторів, за типом газорозподільного механізму, за напрямом і частотою обертання колінчастого валу, по відношенню діаметра циліндра до ходу поршня, за рівнем швидкохідності (середньої швидкості поршня).

Переваги та недоліки ДВЗ Порівняно з двигунами зовнішнього згоряння ДВЗ:

немає додаткових елементів теплопередачі — паливо саме утворює робоче тіло; компактніше, тому що не має цілого ряду додаткових агрегатів, часто важких та громіздких (паровий котел, конденсатор пари); з цих причин легше і дешевше (питома потужність набагато вища); економічніше через швидкий робочий процес із високою температурою згоряння без додаткової теплопередачі; споживає паливо, що має дуже жорстко задані параметри (випаровуваністю, температурою спалаху пари, щільністю, теплотою згоряння, октановим або цетановим числом), бо від цих властивостей залежить сама працездатність ДВЗ; не має можливості працювати по замкнутому циклу (як двигун Стірлінга), використання зовнішніх джерел теплоти неможливо. не має здатності розвивати крутний момент і потужність поза обертанням у робочих режимах, у переважній більшості випадків потребує передачі, що узгоджує вихідні параметри ДВЗ із навантаженням, і пристрої, що забезпечує запуск (на відміну від парової машини, що має максимум моменту при торканні від нульових оборотів). Майже всі види палива для ДВЗ — невідновлювані ресурси (природний газ і нафтопродукти). Винятки (етиловий спирт, біогаз, генераторний газ) використовуються рідше, зважаючи на зниження вихідних характеристик двигуна (крутного моменту, потужності, швидкості обертання). Водень застосовується через дорожнечу та труднощі зберігання в рідкому вигляді здебільшого для двигунів космічних кораблів, застосування в наземному транспорті поширення не отримало.

Поршневі ДВЗ

Конструкція і принцип дії Механічна система двигуна внутрішнього згоряння сконструйована так, що його робота розбивається на послідовність періодичних циклів, кожен із яких складається з кількох тактів. Один із тактів — робочий, під час цього такту розширення гарячих стиснених газів призводить до руху поршня, інші виконують допоміжні функції, серед яких всмоктування суміші палива із повітрям або тільки повітря, звільнення робочої камери від відпрацьованих газів та продуктів згоряння тощо. Найпоширеніші конструкції двигунів внутрішнього згоряння — двотактні та чотиритактні.

Винахідником одного із двотактних двигунів був українець родом із Галичини Михайло Кос, двигун запатентований під назвою «Кос-мотор».

Серед різноманітних конструкцій двигунів внутрішнього згоряння найчастіше зустрічаються дизельні, інжекторні (з моно- чи розподіленим впорскуванням) та карбюраторні. У дизельних двигунах паливо впорскується безпосередньо в циліндр і загоряється у процесі впорскування за рахунок високого тиску стисненого повітря. В інжекторних — паливо впорскується у впускний колектор двигуна, через який разом із повітрям потрапляє у циліндри. З'явились бензинові інжекторні двигуни, у яких паливо впорскується безпосередньо в циліндр (безпосереднє впорскування). У карбюраторних двигунах використовується спеціальний пристрій, карбюратор, у якому створюється суміш палива та повітря. Стиснена робоча суміш у карбюраторних та інжекторних двигунах потребує примусового запалювання від електричної іскри.

Принцип дії двигуна внутрішнього згоряння можна розглянути на прикладі чотиритактного карбюраторного двигуна. Основним елементом такого двигуна є циліндр, усередині якого відбувається згоряння палива. Як правило, їх кілька. Тому кажуть про одно-, дво-, чотири-, п'яти-, шести-, восьми-, дванадцяти-, шістнадцяти та навіть вісімнадцятициліндрові двигуни. У кожному циліндрі встановлено рухомий поршень.

Чотиритактним двигун називається через те, що його роботу можна розділити на чотири, рівні за часом, частини. Поршень чотири рази пройде по циліндру — двічі вгору і двічі вниз. Такт починається при перебуванні поршня в крайній нижній або верхній точці. У автомобілістів-механіків це називається верхня мертва точка (ВМТ) і нижня мертва точка (НМТ).