В двигателях внутреннего сгорания используется давление расширяющихся
газов, которые образуются при сгорании топлива в цилиндре. По способу
образования горючей смеси - пары топлива и воздух - и по виду
используемого топлива двигатели бывают с внешним смесеобразованием и с
внутренним смесеобразованием. К двигателям с внешним смесеобразованием
относят карбюраторные, работающие на бензине, и газосмесительные,
работающие на горючем газе. К двигателям с внутренним смесеобразованием
относят дизельные двигатели, работающие на дизельном топливе.
В карбюраторных двигателях воспламенение рабочей смеси происходит с
помощью электрического разряда, в дизельных — с помощью высокой степени
сжатия. В результате сгорания рабочей смеси образуются газы, которые
давят на поршень, придавая ему прямолинейное движение. Прямолинейное
движение поршня в дальнейшем с помощью шатуна и коленчатого вала
преобразуется во вращательное движение маховика. Для поддержания работы
двигателя камера сгорания цилиндра периодически очищается от
отработанных газов и наполняется свежим зарядом горючей смеси. Очистку
от отработанных газов и наполнение горючей смесью осуществляют выпускные
и впускные клапаны.
Перемещаясь в цилиндре, поршень совершает возвратно-поступательное
движение. Крайние положения, в которых поршень меняет направление
движения, называют верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой
(НМТ). Расстояние, которое проходит поршень между верхней и нижней
мертвыми точками, называют ходом поршня. Процесс, происходящий в
цилиндре за один ход поршня, называют тактом, а пространство в цилиндре,
освобождаемое поршнем от верхней мертвой точки к нижней, называют
рабочим объемом цилиндра.
Наименьшее пространство в цилиндре, образуемое при нахождении поршня в
верхней мертвой точке, называют объемом камеры сгорания. Рабочий объем
цилиндра и объем камеры сгорания составляют полный объем цилиндра. Сумму
всех рабочих объемов цилиндров называют литражом двигателя. Литраж
двигателя выражается в кубических сантиметрах. Отношение полного объема
цилиндра к объему камеры сгорания называют степенью сжатия, от которой
зависят экономичность и мощность двигателя. Мощность и экономичность
двигателя повышаются с повышением степени сжатия. Сгорание рабочей смеси
происходит при основном рабочем такте, для выполнения которого
необходимо выполнить подготовительные такты: впуск горючей смеси, сжатие
и выпуск отработанных газов (заключительный такт).
При впуске горючей смеси поршень движется от верхней мертвой точки к
нижней, впускной клапан открыт. Вследствие увеличения объема внутри
цилиндра создается разряжение и происходит заполнение цилиндра свежим
зарядом горючей смеси. При сжатии поршень движется от нижней мертвой
точки к верхней. Впускной и выпускной клапаны закрыты, объем под поршнем
уменьшается, рабочая смесь сжимается, благодаря чему улучшается
испарение и перемешивание паров топлива с воздухом.
При рабочем ходе, во время которого происходит сгорание и расширение,
рабочая смесь воспламеняется от электрического разряда в бензиновых
двигателях, а в дизельных двигателях воспламенение происходит из-за
высокой степени сжатия. Расширяющиеся газы давят на поршень, который
перемещается от верхней мертвой точки к нижней. Впускной и выпускной
клапаны при этом закрыты. При высоком давлении газов их температура
достигает 9000 °С. При выпуске поршень двигается от нижней мертвой точки
к верхней, выпускной клапан открыт, отработанные газы из камеры сгорания
цилиндров вытесняются.