Поршневи́й двигу́н вну́трішнього згоря́ння або просто поршневи́й двигу́н— двигун внутрішнього згоряння, у якому теплова енергія газів, що розширюються і які утворились в результаті згоряння паливо-повітряної суміші у замкненому об'ємі, перетворюється у механічну роботу поступального руху поршня у циліндрі.
Поршневий двигун внутрішнього згоряння сьогодні є найпоширенішим тепловим двигуном. Він використовується для приводу засобів наземного, повітряного і водного транспорту, військової, сільськогосподарської та будівельної техніки, електрогенераторів, компресорів, водяних насосів, помп, моторизованого інструменту (бензорізок, газонокосарок, бензопилок) та інших машин, як мобільних, так і стаціонарних, і виробляється у світі щорічно в кількості декількох десятків мільйонів одиниць.
Потужність поршневих двигунів внутрішнього згоряння може бути від декількох ват (двигуни авіа-, мото- та судномоделей) до 75000кВт у дизельних суднових двигунів.
За видом пального
Як пальне у поршневих двигунах внутрішнього згоряння використовуються:
тверде паливо (вугілля, торф, деревина), з якого виробляється монооксид вуглецю у газогенераторі, що входить до складу паливної системи двигуна.
За кількістю тактів робочого циклу
Повний цикл роботи двигуна складається з послідовності тактів— односпрямованих поступальних ходів поршня. Розрізняють двотактні та чотиритактні двигуни.
інжекторними з моновпорскуванням (центральне впорскування або одноточкове впорскування) (англ.Single Point injection, Spi; нім.Ein Spritz)— одна форсунка на всі циліндри, розташована, зазвичай, на місці карбюратора (на впускному колекторі). Втратила актуальність через зростання екологічних вимог: починаючи з Євро-3 екологічний стандарт вимагає індивідуального дозування палива для кожного з циліндрів. Система моно вприскування відрізнялась простотою і високою надійністю, перш за все через те, що форсунка розташовується у порівняно комфортному місці у потоці холодного повітря;
інжекторними з розподіленим впорскуванням (багатоточкове впорскування) (англ.multi point injection, MPi)— кожний циліндр обслуговується окремою ізольованою форсункою у впускному колекторі поблизу впускного клапана.
За способом запалювання паливо-повітряної суміші такі двигуни поділяються на:
Компресійні карбюраторні двигуни. В них пальне подається разом з повітрям. Зазвичай в основі пального лежить діетиловий етер, рицинова олія та гас). Займання відбувається від стиснення. Ступінь стиску регулюється контрпоршнем, від якого залежить момент спалахування суміші. Компресійні двигуни використовуються головним чином в авіа- та автомоделях. Компресійні карбюраторні двигуни не є дизельними двигунами.
Жарові карбюраторні двигуни. Схожі за принципом роботи до компресійних, але містять свічку розжарення, ступінь нагрівання якої підтримується за рахунок теплоти згоряння пального у попередньому такті. Такі двигуни також потребують особливого складу пального (зазвичай в його основі— метанол, рицинова олія та нітрометан). Використовуються переважно в авіа- та автомоделях;
Двигуни із внутрішнім сумішоутворенням.
Двигуни із внутрішнім сумішоутворенням мають (як у теорії, так і на практиці) вищі ККД та крутний момент за рахунок вищого ступеня стиску. Такі двигуни, у свою чергу, поділяються на:
Дизельні двигуни, що працюють на дизельному пальному. У цих двигунах стисненню в циліндрах піддається лише повітря, при перебуванні поршня поблизу верхньої мертвої точки при такті стиску в камеру згоряння форсункою впорскується дизельне пальне, яке спалахує при контакті з повітрям, що нагрілося від стиснення до декількох сотень градусів Цельсія.
Калоризаторні двигуни, у яких займання паливо-повітряної суміші відбувається від гарячих частин двигуна, зазвичай— днища поршня або головки розжарення. Такі двигуни у минулому (перша половина XXст.) використовувались у металургії для урухомлення вальцювальних станів та у сільськогосподарській техніці.
Бензинові двигуни з безпосереднім (прямим) впорскуванням, у яких пальне впорскується безпосередньо в циліндр, займання паливо-повітряної суміші відбувається від свічки запалювання.
Існують також двигуни із змішаним сумішоутворенням (газодизельні двигуни), що працюють на суміші природного газу з повітрям. Так як температура запалювання від стиску газо-повітряної суміші становить близько 700°C (дизельне пальне займається при 320–380°C), запалювання проводиться впорскуванням через форсунки невеликої кількості дизельного палива.
Ефективний ККД поршневого ДВЗ не перевищує 60%. Решта теплової енергії розподіляється, в основному, між теплом відпрацьованих газів і нагріванням конструктивних частин двигуна. Оскільки остання частка є суттєвою, поршневі двигуни мають потребу у системі охолодження. Розрізняють такі системи охолодження:
повітряні, що віддають надлишкове тепло у навколишнє повітря через ребристу зовнішню поверхню циліндрів; використовуються у двигунах порівняно невеликої потужності (десятки к.с.), або у потужніших авіаційних двигунах, що працюють у швидкому повітряному потоці;
рідинні, у яких охолоджувальна рідина (вода, олива або антифриз) пропускається через сорочку охолодження (канали у стінках блоку циліндрів), і далі надходить у радіатор охолодження, у якому теплоносій охолоджується зустрічним потоком повітря та/або потоком, що створюється вентилятором.
До основних механізмів і систем поршневого двигуна належать:
З роботою поршневого двигуна внутрішньго сгоряння пов'язані такі параметри.
Верхня мертва точка (ВМТ)— положення поршня при максимальному його віддаленні від осі колінчастого вала в момент коли поршень змінює напрямок руху.
Нижня мертва точка (НМТ)— положення поршня при мінімальному його віддаленні від осі колінчастого вала в момент коли поршень змінює напрямок руху.
Радіус кривошипа— відстань від осі корінної шийки колінчастого вала до осі його шатунної шийки.
Хід поршня— відстань між ВМТ та НМТ, що дорівнює подвоєному радіусу кривошипа колінчастого вала. Кожному ходу поршня відповідає повертання колінчастого вала на кут 180° (пів-оберта).
Такт— частина робочого циклу двигуна, що відбувається при русі поршня з одного крайнього положення в інше.
Об'єм камери згоряння— об'єм простору над поршнем, коли він перебуває у ВМТ.
Робочий об'єм циліндра— це об'єм простору, який звільняється при переміщені поршня з ВМТ до НМТ.
Повний об'єм циліндра— об'єм простору над поршнем при перебуванні його В НМТ. Повний об'єм циліндра дорівнює сумі робочого об'єму циліндра і об'єму камери згоряння.
Робочий об'єм двигуна для багатоциліндрових двигунів— це добуток робочого об'єму на кількість циліндрів.
Ступінь стиску— відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери згоряння.
Більше інформації Вид двигуна, Ступінь стиску ...
Вид двигуна
Ступінь стиску
двигун з іскровим запалюванням
7,5— 13
двигун з наддуванням
14— 18
двигун із самозапалюванням
18— 24
Закрити
Більше інформації Призначення двигуна, Діаметр циліндра мм ...
Bosch. Автомобильный справочник. 3-е изд.— М.: «За рулём», 2012.— 1280 с.
Абрамчук Ф. І., Гутаревич Ю. Ф., Долганов К. Є., Тимченко І. І. Автомобільні двигуни: Підручник.— К.: Арістей, 2006.— 476 с.— ISBN 966-8458-26-5
Двигатели внутреннего сгорания / Под ред. В.Н.Луканина— М.: Высшая школа, 1995.— 953 с.
Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: учебник / В.П.Алексеев, В.Ф.Воронин, Л.В.Грехов и др.; Под общ. редакцией А. С. Орлина, М. Г. Круглова— М.: Машиностроение, 1990.— 288 с.— ISBN 5-217-00117-9