Двигун автомобіля являє собою сукупність механізмів і систем, що перетворюють теплову енергію палива, що згорає в його циліндрах, в механічну.

У поршневому ДВЗ перетворення енергії відбувається в замкнутому об'ємі, який утворений циліндром, кришкою (головкою) циліндра та поршнем. У двигуні горюча суміш (або повітря) надходить у циліндр через впускний клапан, стискається поршнем і займається. Гази, що розширюються при згорянні, переміщують поршень, який через поршньовий палець та шатун передає зусилля на кривошип колінчастого валу, обертаючи його навколо осі. Відпрацьовані гази витісняються при зворотному русі поршня через випускний клапан. Таким чином, теплова енергія перетворюється на механічну, а зворотно-поступальний рух — у обертальний як найбільш зручний для трансформації вид руху.

При обертанні колінчастого валу поршень двічі за один оборот зупиняється та змінює напрямок руху.

Крайні положення поршня в циліндрі двигуна, в яких поршень змінює напрямок свого руху, називають мертвими точками. Розрізняють верхню мертву точку (ВМТ) та нижню мертву точку (НМТ).

Робочим циклом двигуна внутрішнього згоряння називається сукупність процесів, що повторюються у певній послідовності.

У чотиритактного двигуна кожен такий процес називається тактом і відбувається за одне переміщення поршня.

Робочий цикл чотиритактних двигунів складається з тактів впуску, стиснення, робочого ходу та випуску. Цей цикл відбувається за чотири ходи поршня або два обороти колінчастого валу.

Робочий цикл чотиритактного бензинового двигуна

Перший такт – впуск. Перед початком такту поршень перебуває у ВМТ. Поршень, переміщуючись з ВМТ у НМТ, звільняє об'єм над поршнем, створюючи там розрідження. Випускний клапан при цьому закритий, а відкривається впускний. Під впливом розрідження в циліндр через впускну трубу надходить горюча суміш. У циліндрі вона поєднується з залишковими відпрацьованих газів і перетворюється на робочу суміш. Наприкінці такту впуску тиск усередині циліндра становить 80…90 кПа (0,8…0,9 кгс/см²), температура робочої суміші в кінці такту впуску досягає 80...120°С за умови, що двигун прогрітий до оптимальної температури.

Другий такт – стиснення. При такті стиснення обидва клапани закриті. Поршень переміщується з НМТ у ВМТ, стискаючи робочу суміш у 6…10 разів. За рахунок стиснення температура робочої суміші піднімається до 300...450°С, а тиск досягає 1000...1200 кПа (10...12 кгс/см²).

Третій такт – робочий хід. В кінці такту стиснення при підході поршня до ВМТ через свічку запалювання в циліндр подається електрична іскра, від якої займається робоча суміш у циліндрі. При згорянні робочої суміші температура в камері згоряння піднімається до 2000...2500°С, що призводить до різкого зростання тиску всередині циліндра, який досягає 3...4 МПа (30...40 кгс/см²), тиск передається на днище поршня, далі через поршневий палець і шатун на колінчастий вал, змушуючи його обертатися. Поршень при цьому переміщується від ВМТ до НМТ. Обидва клапани при робочому ході закриті. Це основний такт, при ньому відбувається перетворення теплової енергії на механічну роботу. Після швидкого наростання тиску на початку робочого ходу і передачі тиску на колінчастий вал починається зменшення цього тиску в результаті збільшення об'єму над поршнем. Відбувається зниження температури до 1200…1400°С і тиску до 400…500 кПа (4…5 кгс/см²). Наприкінці робочого ходу відкривається випускний клапан, і відпрацьовані гази через випускну трубу починають виходити в атмосферу.

Четвертий такт – випуск відпрацьованих газів. При такті випуску відпрацьовані гази через випускну трубу виходять в атмосферу. Поршень при цьому переміщається з НМТ до ВМТ. Однак повністю очистити циліндр від вихлопних газів не вдається. Частина відпрацьованих газів залишається в циліндрі і змішується з наступним зарядом горючої суміші. Коли поршень приходить у ВМТ, закривається випускний клапан і робочий цикл повторюється. Наприкінці такту випуску тиск у циліндрі знижується до 110...120 кПа (1,1...1,2 кгс/см²), а температура до 700...850°С.

Робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна

Робочий цикл чотиритактного дизельного двигуна, як і бензинового, складається з чотирьох тактів, що повторюються: впуск, стиснення, робочий хід і випуск.

Однак цей процес має суттєві відмінності, що полягають у характері протікання, заповненні циліндра свіжим зарядом, способі сумішоутворення і займання горючої суміші, так як у дизелів паливо подається в циліндр не у вигляді готової горючої суміші, а в дрібнорозпиленому стані.

Перший такт – впуск. Перед початком впуску поршень знаходиться у ВМТ і починає рух до НМТ. Випускний клапан при цьому закритий, а відкривається впускний. Поршень, переміщаючись з ВМТ до НМТ, звільняє об'єм над поршнем, створюючи там розрідження. Під впливом розрідження в циліндр надходить повітря. У циліндрі повітря змішується з залишковими відпрацьованими газами. Наприкінці такту впуску тиск всередині циліндра становить 90...95 кПа (0,9...0,95 кгс/см²), температура повітря в кінці такту впуску становить 50...80°С (у прогрітого двигуна).

Другий такт – стиснення. Після закінчення такту впуску та закриття впускного клапана поршень починає переміщатися з НМТ у ВМТ, стискаючи чисте повітря. До кінця такту в результаті стиснення температура повітря становить 600...700°С, а тиск - 4...5 МПа (40...50 кгс/см²). Таке підвищення температури та тиску обумовлено високим ступенем стиснення у дизельних двигунів (16...25 і вище). Висока температура та тиск необхідні для займання палива, що впорскується в циліндр двигуна в кінці такту стиснення насосом високого тиску через форсунку. Для надійної роботи двигуна температура стисненого повітря в циліндрі повинна бути значно вищою за температуру самозаймання палива.

Третій такт – робочий хід. Наприкінці такту стиснення насос високого тиску впорскує через форсунку дизельне паливо під тиском близько 18…20 Мпа (180…200 кгс/см²). Тиск упорскування повинен значно перевищувати тиск повітря, стисненого в камері згоряння, щоб забезпечити тонке розпилення палива та розподіл його по об'єму камери згоряння. Від величини тиску упорскування та форми камери згоряння залежить якість приготування горючої суміші. Струмінь палива при виході з розпилювальних отворів сопла дробиться на дрібні частинки. Розпорошенню та швидкому випаровуванню палива сприяє спеціальна форма камери згоряння, завдяки якій струмінь палива та повітря в камері згоряння приходять у вихровий рух. Під дією високої температури (600...700°С) відбувається самозаймання робочої суміші. Гази, що утворюються при згорянні, створюють тиск на днище поршня 6…8 Мпа (60…80 кгс/см²) при температурі 1800…2000°С. Поршень під тиском газів переміщається від ВМТ до НМТ і здійснює механічну роботу. До кінця робочого ходу температура в циліндрі знижується до 1100…1300°С, а тиск до 300…400 кПа (3…4 кгс/см²).

Четвертий такт – випуск. Робочий хід закінчується, коли поршень доходить до НМТ та відкривається випускний клапан. Відпрацьовані гази під дією внутрішнього тиску через випускний клапан і випускну трубу виходять в атмосферу. Поршень починає рух від НМТ до ВМТ, витісняючи залишкові відпрацьовані гази. Впускний клапан закритий. Наприкінці такту випуску тиск у циліндрі знижується до 110...120 кПа (1,1...1,2 кгс/см²), а температура до 700...800°С.

При подальшому обертанні колінчастого валу перераховані вище такти повторюються в тій же послідовності.