В четырехтактном карбюраторном двигателе рабочий цикл совершается за два полных оборота коленчатого вала, или четыре хода поршня, и состоит из тактов впуска, сжатия, расширения (рабочий ход) и выпуска.
Такт впуска. Во время такта впуска цилиндр заполняется горючей смесью. При этом кривошип коленчатого вала поворачивается на пол- оборота, а поршень перемещается от в. м. т. до н. м. т.; впускной клапан открыт, а выпускной закрыт. При движении поршня вниз объем над ним увеличивается и в цилиндре получается разрежение, вследствие чего в цилиндр всасывается горючая смесь. Горючая смесь, поступающая в цилиндр двигателя, смешивается с отработавшими газами, оставшимися в небольшом количестве в камере сгорания от предыдущего цикла. Смесь, получившаяся при этом, называется рабочей смесью.
Когда кривошип приходит в нижнее положение, а поршень дойдет до н. м. т., впускной клапан закрывается.
Вследствие сопротивления впускной системы потоку смеси и некоторых других причин в конце такта впуска давление в цилиндре получается ниже атмосферного и равно примерно 0,7—0,8 кг/см2, уменьшаясь при увеличении числа оборотов двигателя. Это ограничивает полноту заполнения полости цилиндра смесью.
Такт сжатия. При такте сжатия происходит сжатие рабочей смеси для обеспечения более быстрого ее сгорания и получения большего давления газов в цилиндре.
При сжатии смеси поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты. Чем больше степень сжатия, тем сильнее сжимается рабочая смесь и тем выше при сгорании давление газов на поршень и экономичнее работа двигателя.
Однако предельные значения степени сжатия для карбюраторных двигателей ограничиваются свойствами применяемого топлива (бензина) и в основном его антидетонационной стойкостью.
Чрезмерно высокая степень сжатия может привести к особому детонационному воспламенению смеси и нарушению нормального процесса ее сгорания, которое будет происходить с очень большими скоростями и резкими местными повышениями давления в цилиндре. Все это нарушит нормальную работу двигателя, снизит его мощность и экономичность и повысит износы,двигателя.
Во избежание нарушения нормальных условий сгорания рабочей смесц в карбюраторных двигателях рабочая смесь сжимается не более чем в 6—9 раз, т. е. степень сжатия равна 6—9. Причем для более высоких степеней сжатия требуется применение топлива с хорошими антидетонационными свойствами, т. е. с высоким октановым числом.
Повышение степени сжатия двигателя также возможно за счет повышения числа его оборотов, уменьшения рабочего объема цилиндров, улучшения формы камеры сжатия и применения для изготовления деталей: двигателя (поршней и головки) легких алюминиевых сплавов, способствующих хорошему отводу тепла из полости камеры сжатия.
К концу такта сжатия давление в цилиндре возрастает примерно до 8—12 кГ/см2, а температура смеси доходит до 450—500°С.
Такт расширения (рабочий ход). При рабочем ходе поршень в Цилиндре перемещается под действием давления газов, приводя во вращение коленчатый вал двигателя.
В конце такта сжатия, когда поршень приходит в в. м. т., в цилиндр подается электрическая искра, поджигающая сжатую рабочую смесь. Смесь сгорает очень быстро, с выделением большого количества тепла. При этом вследствие сильного нагревания газов, получившихся при сгорании, давление в цилиндре резко возрастает, и поршень с большой силой перемещается вниз от в. м. т. до н. м. т., приводя во вращение через шатун коленчатый вал. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты.
В момент сгорания рабочей смеси температура газов повышается до 1800— 2000°С, а давление до 25—30 кГ/см2. При движении поршня к н. м. т. газы расширяются и давление и температура их в цилиндре постепенно уменьшаются. В конце рабочего хода давление в цилиндре падает до 3—4 кГ1см2г а температура снижается до 1100—800°С.
Такт выпуска. При такте выпуска происходит очищение цилиндра от отработавших газов. При этом поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т., впускной клапан закрыт, а выпускной открыт. При движении поршня к в. м. т. оставшиеся в цилиндре после сгорания и расширения отработавшие газы выталкиваются через выпускной клапан в атмосферу. Так как удалить полностью отработавшие газы из цилиндра не представляется возможным, давление в конце такта выпуска доходит до 1,05—1,15 кГ/см2. Температура отработавших газов составляет 700—800°С.
При дальнейшем вращении коленчатого вала снова происходит такт впуска, затем такт сжатия, рабочий ход и такт выпуска и т. д. Таким образом, при работе двигателя все указанные такты будут беспрерывно чередоваться в такой же последовательности.
Таким образом, в четырехтактном одноцилиндровом двигателе коленчатый вал вращается под действием давления газов только при рабочем ходе. При совершении же вспомогательных тактов противодавление действующих на поршень газов создает сопротивление вращению вала, для преодоления второго необходимо к валу приложить внешнее вращающее усилие.
Для повышения равномерности вращения коленчатого вала и осуществления вспомогательных тактов на коленчатом валу устанавливают маховик, представляющий собой тяжелый чугунный диск, закрепленный на конце коленчатого вала.
Так как маховик имеет значительный вес, он накапливает энергию при рабочем ходе и продолжает вращаться по инерции и после окончания рабочего хода. Вместе с маховиком вращается и коленчатый вал, который перемещает поршень в течение всех вспомогательных тактов: выпуска, впуск и сжатия рабочей смеси. При последующем рабочем ходе маховик снова накапливает механическую энергию и отдает ее при следующих вспомогательных тактах, вращаясь по инерции. При наличии маховика вращение коленчатого вала совершается более равномерно. Маховик способствует также переводу деталей кривошипно-шатунного механизма через положения, соответствующие мертвым точкам поршня.