После того как поршень минует нижнюю мертвую точку, он пойдет вверх. В это время впускной клапан закрывается. Двигаясь вверх, поршень все больше и больше сжимает смесь. Когда он придет в верхнюю мертвую точку, такт сжатия будет закончен. Давление смеси к этому времени достигнет семи, а в некоторых двигателях даже десяти атмосфер. Чем выше давление, тем больше мощность двигателя.
Самое верхнее положение поршня в цилиндре называют верхней мертвой точкой, а самое нижнее – нижней мертвой точкой. Когда поршень достигнет этих точек, он как бы на одно мгновение останавливается, теряет свою скорость, «замирает» на одном месте. После мертвой точки он начинает двигаться в обратном направлении: с верхней – вниз, с нижней – вверх.
Известно, что при сжатии газ нагревается. К концу такта сжатия температура смеси в цилиндре повысится до 350-400 градусов.
Между дном поршня, достигшего верхней мертвой точки, и головкой, закрывающей цилиндр сверху, остается небольшое пространство, где находится сжатая смесь. Пространство это получило название камеры сжатия или камеры сгорания, потому что в ней-то в основном и происходит горение смеси. Рабочий объем цилиндра вместе с объемом камеры сжатия составляет полный объем цилиндра. А если разделить полный объем цилиндра на объем камеры сгорания, то получим отвлеченную величину – степень сжатия, показывающую, во сколько раз сжата смесь.
Рабочий процесс четырехтактного четырехцилиндрового двигателя (второй полуоборот). Коленчатый вал делает второй полуоборот, повернулся на 360°. В первом цилиндре после рабочего хода начинается выпуск. А в четвертом идет такт сжатия. Во втором цилиндре происходит рабочий такт, а в третьем, после окончания выпуска, – такт впуска.
Выше мы уже могли убедиться, что мощность двигателя прямо зависит от того, какому давлению подверглась смесь или, другими словами, какова степень сжатия.
Итак, поршень достиг верхней мертвой точки. Смесь сжата, нагрелась и полностью подготовлена к сгоранию. Остается только воспламенить ее. Теплота превратится в работу.
Горит смесь моментально. Температура и давление при этом резко повышаются, достигая соответственно 2000-2500 градусов и 30-40 атмосфер. Образовавшиеся при горении газы под таким давлением действуют на поршень, и он устремляется вниз, с силой поворачивая коленчатый вал. Газ произвел полезную работу, поэтому и процесс назвали рабочим тактом. Только при этом такте получается полезная работа.
Рабочий процесс четырехтактного четырехцилиндрового двигателя (третий полуоборот). Коленчатый вал повернулся на 540°. Первый цилиндр успел очиститься от отработавших газов, поршень его идет вниз, происходит заполнение горючей смесью. В четвертом цилиндре поршень также идет вниз. Какой же там такт? Очевидно, рабочий. Во втором и третьем цилиндрах поршни движутся вверх. Во втором – идет выпуск, в третьем – сжатие.
Когда поршень придет к нижней мертвой точке, откроется выпускной клапан, соединяющий цилиндр с атмосферой, и газы, выполнившие свою работу, станут уходить наружу. Вращаясь теперь по инерции, коленчатый вал будет толкать шатун вверх. Поршень, увлекаемый шатуном, подталкивает газы, ускоряя очистку цилиндра. К моменту, когда он придет в верхнюю мертвую точку, цилиндр полностью очистится и будет готов к приему очередной порции горючей смеси.
Рабочий процесс четырехтактного четырехцилиндрового двигателя (четвертый полуоборот). Коленчатой вал повернулся на 720°. Поршни первого и четвертого цилиндров идут вверх, в первом происходит сжатие, в четвертом – выпуск. Во втором цилиндре идет заполнение горючей смесью, в третьем – рабочий такт. За два оборота произошел полный рабочий цикл во всех цилиндрах, а дальше все повторится сначала.
Процесс, когда поршень идет вверх и выталкивает газы, назвали тактом выпуска. На нем собственно рабочий цикл и заканчивается, а дальше все повторяется сначала. Такие двигатели, в которых рабочий процесс совершается за четыре движения поршня между мертвыми точками, назвали четырехтактными.
Как мы уже установили, за один такт коленчатый вал поворачивается на полоборота, или на 180 градусов. Следовательно, за весь рабочий цикл коленчатый вал сделал два оборота.