Если в цилиндр ввести заряд горючей смеси, необходимый для поддержания горения, а затем его зажечь электрической искрой, выделится большое количество тепла и давление в цилиндре повысится. Давление расширяющихся газов передастся во все стороны, в том числе и на поршень, заставляя его перемещаться. Так как поршень шарнирно соединен с верхней головкой шатуна при помощи пальца, а нижняя головка шатуна подвижно закреплена на шейке коленчатого вала, то при перемещении поршня вместе с шатуном вращается коленчатый вал и закрепленный на его конце маховик. При этом прямолинейное движение поршня при помощи шатуна и коленчатого вала преобразуется во вращательное движение маховика.
Первый такт – впуск – поршень перемещается от верхней мертвой точки (в.м.т.) к нижней мертвой точки (м.н.т.), клапан впускного отверстия открыт, а выпускного – закрыт. В цилиндре создается разряжение, и горючая смесь заполняет его. Следовательно, такт впуска служит для наполнения цилиндра свежим зарядом горючей смеси.
Второй такт – сжатие – поршень перемещается от н.м.т. к в.м.т., оба отверстия закрыты клапанами. Объем рабочей смеси уменьшается в 6,5-7,0 раз, температура повышается до 300-400°C, в результате чего давление в цилиндре повышается до 10-12 кГ/см2. Такт сжатие служит для лучшего перемешивания рабочей смеси и подготовки ее к воспламенению.
Третий такт – сгорание и расширение газов. В конце такта сжатия между электродами свечи возникает электрическая искра, которая воспламеняет рабочую смесь. Выделено при сгорании рабочей смеси тепло нагревает газы до температуры 2200-2500°C; при этом газы расширяются и создают давление в 35-40 кГ/см2, под действием которого поршень перемещается вниз от в.м.т. к н.м.т. Оба отверстия закрыты клапанами. Движение поршня при этом также называют рабочим ходом. При рабочем ходе действующее на поршень давление газов через поршневой палец и шатун передается на кривошип, создавая на коленчатом валу крутящий момент. Рабочий ход поршня служит для преобразования тепловой энергии сгорания топлива в механическую работу.
Четвертый такт – выпуск – поршень перемещается вверх от н.м.т. к в.м.т. Впускное отверстие закрыто. Отработавшие газы выпускаются из цилиндра в атмосферу. Назначение такта выпуска – очистить цилиндр от отработавших газов.
При работе двигателя процессы, происходящие в цилиндре, беспрерывно повторяются в указанном порядке.
Рабочим циклом двигателя называется совокупность процессов, происходящих в цилиндре в определенной последовательности – впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск.
Поршень, перемещаясь в цилиндре, достигает то верхнего, то нижнего крайних положений. Крайние положения, в которых поршень меняет направление движения, соответственно называются верхней и нижней мертвыми точками
Расстояние, которое приходит поршень между мертвыми точками, называется ходом поршня. За каждый ход поршня коленчатый вал повернется на Ѕ оборота, или на 180°. Процесс, происходящий внутри цилиндра за один ход поршня, называется тактом.
При перемещении поршня от верхней мертвой точки к нижней в цилиндре освобождается пространство, которое называется рабочим объемом цилиндра.
Когда поршень находится в верхней мертвой точке, над ним наименьшее пространство, называемое объемом камеры сгорания.
Рабочий объем цилиндра и объем камеры сгорания, вместе взятые, составляют полный объем цилиндра. В многоцилиндровых двигателях сумма рабочих объемов всех цилиндров выражается в литрах и называется литражом двигателя.
Одним из важных показателей двигателя является его степень сжатия, определяемая отношением полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. С повышением степени сжатия двигателя повышается его экономичность и мощность.