Кривошипно-шатунний механізм (КШМ) перетворює прямолінійний зворотно-поступальний рух поршнів в обертальний рух колінчастого вала.

Складається кривошипно-шатунний механізм з двох груп деталей:

• нерухомі

• рухомі

До нерухомих деталей належать блок-картер (картер у двигунів з повітряним охолодженням) з опорами колінчастого вала, циліндром (гільзою циліндра), піддон картера, головка циліндра (головка блоку циліндрів), корінні підшипники, ущільнення. Нерухомі деталі є остовом двигуна, основою, де розташовуються рухомі деталі кривошипно-шатунного і газорозподільного механізмів та виконуються робочі цикли.

До рухомих деталей належать поршень з поршневими кільцями, поршневий палець, шатун, колінчастий вал і маховик. Також до рухомих деталей відносяться балансирні вали, які застосовуються на багатьох моделях двигунів для зниження вібрацій.

Принцип дії

Пряма схема: Поршень під впливом тиску газів здійснює поступальний рух у бік колінчастого валу. За допомогою кінематичних пар «поршень-шатун» і «шатун-вал» поступальний рух поршня перетворюється на обертальний рух колінчастого валу. Колінчастий вал складається з:

• шатунних шийок

• корінних шийок

• противагів

Зворотна схема: Колінчастий вал під дією прикладеного зовнішнього крутного моменту здійснює обертальний рух, який через кінематичний ланцюг «вал-шатун-поршень» перетворюється на поступальний рух поршня.

Типи та види КШМ

• Центральний КШМ, у якого вісь циліндра перетинається з віссю колінчастого валу.

• Зміщений КШМ, у якого вісь циліндра зміщена щодо осі колінчастого валу на величину а;

• V-подібний КШМ (у тому числі з причіпним шатуном), у якого два шатуни, що працюють на лівий та правий циліндри, розміщені на одному кривошипі колінчастого валу.

За співвідношенням ходу та діаметра поршня розрізняють:

• короткохідні КШМ (діаметр циліндра більший ніж хід поршня, S/D<1);

• довгохідні (довгоходові) КШМ (хід поршня більший ніж діаметр циліндра, S/D>1).

Довгохідний двигун відрізняється пологою характеристикою крутного моменту в широкому діапазоні частот обертання двигуна. Крутний момент є наслідком досить великого плеча важеля, на якому додається зусилля від довгого шатуна, і саме це дозволяє довгохідному двигуну розвивати високе тягове зусилля при низьких частотах обертання двигуна з досягненням максимуму, після якого момент починає знижуватися. Враховуючи те, що двигун найбільш ефективно працює при максимальному крутному моменті стає очевидним, що бажано мати максимально пологу характеристику крутного моменту. У цьому плані довгохідний двигун перевершує інші. Де довгохідний двигун програє, то це в ефективній потужності. Вона мала за низьких частот обертання двигуна, різко зростає по кривій і знижується при високих швидкостях. Для отримання максимальних потужнісних показників необхідний двигун, що працює з максимально можливою частотою обертання, і в цьому випадку довгий хід менш зручний: висока швидкість поршня накладає обмеження, при перевищенні якого відбувається або пошкодження, або прискорене зношування двигуна, а це, у свою чергу, обмежує запас наявної потужності

Короткохідний двигун може працювати при більш високих швидкостях, ніж довгохідний того ж об'єму, і, отже, за певний проміжок часу відбувається більша кількість робочих ходів (підвищується потужність). Недолік полягає в тому, що менший хід означає зменшення плеча важеля колінчастого валу, а це, у свою чергу, призводить до менш пологої характеристики крутного моменту. Таким чином, короткохідні двигуни потужніші, але у вузькому діапазоні частот обертання двигуна.

В багатьох випадках оптимальний варіант - компроміс між двома цими крайнощами - так званий "квадратний" двигун (конструкція двигуна, в якій діаметр циліндра дорівнює ходу поршня). На практиці багато сучасних двигунів близькі до "квадратної" схеми з невеликими відхиленнями, зумовленими конкретними вимогами до їх використання.