Двигатель работает неприрывно. Неприрывно надо его заряжать горючей смесью. как это происходит? Допустим, что при пуске двигателя стартером, т.е. при поворачивании коленчатого вала, колено его движется вниз и увлекает за собой шатун с поршнем. Газ, находящийся над поршнем, расширяется, так как объем, в котором он размещался, по мере удаления поршня вниз увеличивается. В цилиндре создается давление меньше атмосферного, то есть образуется разрежение. Впускной клапан открывается, и наружный воздух устремляется в цилиндр. По пути он насыщается парами бензина в особом приборе - карбюраторе. Смесь паров бензина с воздухом заполняет цилиндр.
Самое верхнее положение поршня в цилиндре называется верхней мертвой точкой, а самое нижнее его положение - нижней мертвой точкой. Расстояние между верхней и нижней мертвыми точками называется ходом поршня. Чтобы поршень прошел от верхней мертвой точки до нижней, коленчатый вал должен повернуться на пол-оборота.
Процесс заполнения цилиндра горючей смесью в течение хода поршня вниз называется тактом впуска. Цилиндр заряжен, но "стрелять" он не может. поршень находится у нижней мертвой точки (рис. 1). Ниже он не пойдет. Если мы подожжем сейчас смесь, поршень двигаться не будет и механической работы мы не получим. Да и смесь еще не готова к горению, она занимает слишком большой объем.
Перед тем как смесь поджигать, ее сжимают (рис. 2). После такта впуска маховик продолжает вращаться. Қоленчатый вал поворачивается, и колено его начинает подниматься. Поршень движется вверх. Оба клапана в это время закрыты. Газы не имеют выхода. Объем, который они занимали раньше, становится все меньше и меньше. Давление в цилиндре увеличивается, температура повышается. Это происходит до тех пор, пока поршень не придет в верхнюю мертвую точку. После этого сжатие прекра- тится. К этому моменту температура газа поднимется до 300-350°, а давление — до 8-10 атмосфер.
После сжатия газа его объем будет в несколько раз меньше, чем до сжатия. Если разделим объем газа, в котором он размещался до сжатия, на объем, который он занимает после сжатия, получим величину, называемую степеныо сжатия. Она показы- вает, во сколько раз сжата смесь. Чем сильнее сжата смесь, тем выше ее температура, тем с большей силой давят газы на пор- шень, больше энергии газов превращается в механическую работу. В современных бензиновых двигателях степень сжатия доводится до 6-8.
Процесс сжатия смеси называется тактом сжатия.
Если в сжатой смеси появляется искра, смесь воспламеняется. Для поджигания смеси используют электрическую искру. Температура при вспышке внутри цилиндра поднимается до 2000-2500°. Газы при такой температуре стремятся расшириться. Давление их доходит до 30-40 атмосфер. При горении газы давят на поршень с огромной силой и перемещают его с большой скоростью вниз, совершая работу (рис. 3). Оба клапана все еще закрыты.
Процесс сгорания и расширения смеси называется тактом расширения, или рабочим ходом. Он происходит на про- тяжении перемещения поршня от верхней мертвой точки до нижней. Коленчатый вал так же, как и в предыдущем такте, делает пол-оборота. По мере того как поршень приближается к нижней мертвой точке, газы занимают все больший и больший объем, давление их падает до 2-5 атмосфер, а температура до 1000-1200°.
Поршень пришел в нижнюю мертвую точку. Расширяться газам больше некуда. Да и горение смеси уже закончилось. Вместо рабочей смеси остались отработавшие газы. Их надо удалять. Теперь открывается выпускной клапан. Газы быстро устремляются в отверстие, до этого закрытое клапаном. Поршень в это время двигается вверх, подталкивает их (рис. 4). Цилиндр очищается от газов. Это - такт выпуска. И здесь, как и в других тактах, процесс происходит за пол-оборота коленчатого вала.
Мы начали рассматривать работу двигателя с такта впуска. Поршень двигался вниз. Для того чтобы цилиндр заполнился горючей смесью, поршень должен был прийти в нижнюю мерт- вую точку, а коленчатый вал повернуться на половину оборота, т. е. на 180°. При сжатии поршени шел вверх, ко- ленчатый вал на протяжении этого процесса делал поворот также на 180°. Для того чтобы были произведены такты впуска и сжа- тия, коленчатый вал должен повернуться на полный оборот, т. е. на 360°. Рабочий ход и выпуск также совершаются за один оборот коленчатого вала. Все эти процессы, вместе взятые, носят название рабочего цикла двигателя.
Весь рабочий цикл происходит за четыре такта. Двигатели, работающие по этому процессу, называются четырехтактными двигателями внутреннего сгорания.