Двигатель внутреннего сгорания – это разновидность двигателей, которые превращают энергию жидкого топлива в механическую работу. В качестве топлива для работы двигателей используется бензин или солярка. Подавляющее большинство современных автомобилей, мотоциклов и военной техники оснащены двигателями внутреннего сгорания.
Идея воспользоваться энергией сгорающего топлива для производства механической работы не нова. Ее приписывают аббату Отфейлю, который еще в 1678 году составил проект машины для подъема воды, действующей за счет взрыва пороха в специальной камере. Отфейль предлагал вводить порох в прямоугольный ящик, сообщающийся с трубкой, нижний конец которой был опущен в резервуар с водой. Силу расширения газов, развиваемую при взрыве пороха, Отфейль не имел намерения применить для непосредственного производства механической работы, а он полагал воспользоваться пустотою, которая происходит через охлаждение газов, оставшихся в цилиндре, и вода должна подниматься действием атмосферного давления.
Только с изготовлением Лебоном так называемого «светильного газа» из каменного угля возник вопрос о применении газа к двигателю. Лебон в дополнение к привилегии, взятой в 1799 году на новые способы более выгодного потребления горючих веществ, как для теплоты, так и для света, предлагает проект машины, действующей взрывами смеси светильного газа и воздуха. Он даже высказывает при этом мысль о необходимости сжатия смеси газа и воздуха до взрыва. Самому Лебону не удалось осуществить эти идеи и дать миру удобный двигатель. После Лебона многие изобретатели работали над применением взрывчатых тел и смесей различных газов, но без всяких практических результатов. Это был период изобретения газовых двигателей, и только в 1860 году Ленуару удалось построить газовый двигатель, который быстро распространился в мелких мастерских. Возбуждение, произведенное в промышленном мире этим первым двигателем, работающим правильно, без остановок, не требующим ни топки, ни парового котла, ни кочегара, ни запаса топлива и приводимого в действие мгновенно, одним поворотом крана, было громадное. Не только громадную услугу газовый двигатель Ленуара оказал мелкой промышленности, но его успех вызвал многочисленные усовершенствования, благодаря которым появились двигатели в 80—100 лошадиных сил, которые в состоянии выдержать борьбу с паровыми двигателями.
Первый двигатель внутреннего сгорания был построен в начале 80-х годов девятнадцатого века. Его автором был О. С. Костович – русских изобретатель. К сожалению, двигатель Костовича не получил никакого применения и вскоре о нем забыли. В 1897 году некий конструктор Р. Дизель разработал новую систему двигателя, воспламенение топлива в котором происходило в результате его сжатия в специальной камере. Первый рабочий образец такого двигателя был построен в России на санкт-петербургском заводе. Через несколько лет Дизель начал использовать в качестве топлива нефть. Поэотму современные двигатели внутреннего сгорания, работающие на солярке, называются «дизельными» двигателями.
Дальнейшее развитие двигателей внутреннего сгорания пошло очень стремительно. В начале двадцатого века (примерно в 1901 году) появился первый трактор с двигателем внутреннего сгорания. Братья Райт в 1903 году сконструировали самолет с таким двигателем. В это же время в России было построено речное судно с двигателем внутреннего сгорания, дав начало теплоходам. В 1924 году двигатель внутреннего сгорания был установлен на поезде.
Двигатели внутреннего сгорания имеют довольно сложное устройство, однако, принцип работы их достаточно прост. Прежде чем рассмотреть его работу нужно заметить, что двигатели делятся на четырехтактные и двухтактные. Для начала рассмотрим работу четырехтактного двигателя. Из бака топливо поступает в карбюратор, где смешивается с воздухом, а после передается в камеры сгорания, которые называются цилиндры. Внутри цилиндра находится поршень, который соединен с коленчатым валом. Поршень может подниматься и опускаться внутри цилиндра, тем самым, уменьшая или увеличивая объем свободного пространства, что необходимо для сжатия топлива. Через специальное отверстие топлива заливается в цилиндр, в то время как поршень опускается вниз – это первый такт работы двигателя.
Во время второго такта поршень поднимается к верхней части цилиндра, сжимая горючую смесь. В это же время происходит воспламенение смеси от искры, которую дает свеча, находящаяся в верхней части цилиндра. Во время третьего такта поршень опускается вниз, так как после воспламенения горючей смеси происходит небольшой взрыв, сопровождающийся выделением очень горячего газа. Расширяясь, газ давит на поршень, который в свою очередь заставляет вращаться коленчатый вал. Во время четвертого такта поршень поднимается вверх, выталкивая газы в специальное отверстие, закрываемое клапаном. Во время четвертого такта клапан открывается, пропуская газы, а затем снова закрывается. В двигателе внутреннего сгорания имеется четыре цилиндра, в каждом из которых происходит то или иное действие: впрыскивание горючей смеси, сжатие и воспламенение, расширение газов или выброс газов. Например, если в первом цилиндре происходит впрыскивание топлива, то во втором – воспламенение, в третьем – расширение газов, а в четвертом – выброс газов. Когда первый цилиндре начнется второй такт, то во втором – третий, в третьем – четвертый такт, а в четвертом цилиндре — первый такт.
В двухтактном двигателе внутреннего сгорания весь процесс впуска, сгорания и выброса газов происходит в два раза быстрее, поршень при этом совершает всего два движения. Во время первого такта в цилиндр поступает горючая смесь и воспламеняется. Во время второго такта газы расширяются, поршень начинает двигаться вниз, а газы выводятся из цилиндра через специальное отверстие.