Дія поршневого двигуна внутрішнього згоряння засноване на використанні роботи теплового розширення нагрітих газів під час руху поршня від ВМТ до НМТ. Нагрівання газів у положенні ВМТ досягається в результаті згоряння в циліндрі палива, змішаного з повітрям. При цьому підвищується температура газів і тиску.
Так як тиск під поршнем дорівнює атмосферному, а в циліндрі воно набагато більше, то під дією різниці тисків поршень буде переміщатися вниз, при цьому гази - розширюватися, здійснюючи корисну роботу. Щоб двигун постійно виробляв механічну енергію, циліндр необхідно періодично заповнювати новими порціями повітря через впускний клапан і паливо через форсунку або подавати через впускний клапан суміш повітря з паливом. Продукти згоряння палива після їх розширення видаляються з циліндра через впускний клапан. Ці завдання виконують механізм газорозподілу, керуючий відкриттям і закриттям клапанів, і система подачі палива.
Стиснення. Після заповнення циліндра горючою сумішшю при подальшому обертанні колінчастого вала (другий півоберт) поршень переміщується від НМТ до ВМТ при закритих клапанах. У міру зменшення обсягу температура і тиск робочої суміші підвищуються.
Розширення або робочий хід. В кінці такту стиснення робоча суміш запалюється від електричної іскри і швидко згоряє, внаслідок чого температура і тиск утворюються газів різко зростає, поршень при цьому переміщується від ВМТ до НМТ. У процесі такту розширення шарнірно пов'язаний з поршнем шатун здійснює складний рух і через кривошип приводить в обертання колінчастий вал. При розширенні гази здійснюють корисну роботу, тому хід поршня при третьому півоберту колінчастого вала називають робочим ходом. В кінці робочого ходу поршня, при знаходженні його близько НМТ відкривається випускний клапан, тиск в циліндрі знижується до 0.3 - 0.75 МПа, а температура до 950 - 1200 С.
Випуск. При четвертому півоберту колінчастого вала поршень переміщається від НМТ до ВМТ. При цьому випускний клапан відкритий, і продукти згоряння виштовхуються з циліндра в атмосферу через випускний газопровід.
Робочий цикл чотиритактного дізеляВпуск. При русі поршня від ВМТ до НМТ внаслідок утвориться розрядження з воздухоочистителя в порожнину циліндра через відкритий впускний клапан надходить атмосферне повітря. Тиск повітря в циліндрі становить 0.08 - 0.095 МПа, а температура 40 - 60 С.
Стиснення. Поршень рухається від НМТ до ВМТ; впускний і випускний клапани закриті, внаслідок цього переміщається вгору поршень стискає надійшов повітря. Для займання палива необхідно, щоб температура стисненого повітря була вище температури самозаймання палива. При ході поршня до ВМТ циліндр через форсунку впорскується дизельне паливо, що подається паливним насосом.
Випуск. Поршень переміщається від НМТ у ВМТ і через відкритий випускний клапан 6 відпрацьовані гази виштовхуються з циліндра. Тиск газів знижується до 0.11 - 0.12 МПа, а температура до 500-700 С. Після закінчення такту випуску при подальшому обертанні колінчастого вала робочий цикл повторюється в тій же послідовності.
Принцип дії двотактного двігателяДвухтактние двигуни відрізняються від чотиритактних тим, що у них наповнення циліндрів горючою сумішшю або повітрям здійснюється на початку ходу стиснення, а очищення циліндрів від відпрацьованих газів в кінці ходу розширення, тобто процеси випуску та впуску відбуваються без самостійних ходів поршня. Загальний процес для всіх типів двотактних двигунів - продування, тобто процес видалення відпрацьованих газів з циліндра за допомогою потоку горючої суміші або повітря. Тому двигун даного виду має компресор (продувний насос).
Розглянемо роботу двотактного карбюраторного двигуна з кривошипно-камерної продувкою. У цього типу двигунів відсутні клапани, їх роль виконує поршень, який при своєму переміщенні закриває впускні, випускні і продувні вікна. Через ці вікна циліндр в певні моменти повідомляється з впускним і випускним трубопроводами та кривошипно камерою (картер), яка не має безпосереднього сполучення з атмосферою. Циліндр в середній частині має три вікна: впускний, випускний і пневматичні, яке повідомляється клапаном з кривошипно камерою двигуна. Робочий цикл в двигуні здійснюється за два такти:
Стиснення. Поршень переміщається від НМТ до ВМТ, перекриваючи спочатку продувні, а потім випускне вікно. Після закриття поршнем випускного вікна в циліндрі починається стиск раніше надійшла в нього горючої суміші. Одночасно в кривошипно камері внаслідок її герметичності створюється розрядження, під дією якого з карбюратора через відкрите вікно впускний поступає горюча суміш в кривошипну камеру.
Робочий хід. При положенні поршня близько ВМТ стисла робоча суміш запалюється електричною іскрою від свічки, в результаті чого температура і тиск газів різко зростають. Під дією теплового розширення газів поршень переміщується до НМТ, при цьому розширюються гази здійснюють корисну роботу. Одночасно опускається поршень закриває впускний вікно і стискає що знаходиться в кривошипно камері горючу суміш. Коли поршень дійде до випускного вікна, воно відкривається і починається випуск відпрацьованих газів в атмосферу, тиск в циліндрі знижується. При подальшому переміщенні поршень відкриває продувні вікно і стиснута в кривошипно камері горюча суміш перетікає по каналу, заповнюючи циліндр і здійснюючи продування його від залишків відпрацьованих газів.
Робочий цикл двотактного дизельного двигуна відрізняється від робочого циклу двотактного карбюраторного двигуна тим, що у дизеля в циліндр надходить повітря, а не горюча суміш, і в кінці процесу стиснення впорскується мелкораспиленное паливо. Потужність двотактного двигуна при однакових розмірах циліндра і частоті обертання валу теоретично в два рази більше чотиритактного за рахунок більшої кількості робочих циклів. Однак неповне використання ходу поршня для розширення, найгірше звільнення циліндра від залишкових газів і витрати частини вироблюваної потужності на привід продувочного компресора призводять практично до збільшення потужності тільки на 60. 70%.