Принцип действия четырехтактного двигателя построен на работе кругового рабочего процесса. Первой фазой является впуск в цилиндры (это всасывание за счет открытых клапанных устройств воздуха. а вместе с топливом из впускного коллектора. Здесь всасывается как правило уже приготовленная топливовоздушная смесь, например в карбюраторе, но для впрыска, работающего по точно такому же циклу- впрыскивание необходимой дозы топлива в самой верхней части положения поршня в цилиндре. Поршень в этой фазе идет вниз от верхней мертвой точки его положения до нижней мертвой точки. Вторая фаза для карбюраторного смесеобразования – это сжатие: приготовленной топливовоздушной смеси внутри цилиндра до необходимого давления. В системах впрыска подача дозы топлива может осуществляться уже в этой фазе, т.е. это зависит от регулировок систем электронной подачи топлива. Для дизеля – это принципиально важная фаза. т.к. после нее здесь происходит самовоспламенение топливовоздушной смеси, оказавшейся внутри от сжатия, т.е. ее самовозгорание за счет давления сжатия. Этот принцип имеет начало от схемы Ривса, которая имела принцип работы от взрыва топлива внутри цилиндра при его сильном сжатии. В этой фазе поршень двигается от нижней мертвой точки к верхней принудительно коленчатым валом двигателя с маховиком (т.е. по инерции). Третьей фазой этих типов двигателей является непосредственно сгорание находящейся внутри цилиндров, приготовленной топливо-воздушной смеси (для искровых двигателей это происходит от подачи искры воспламенения на свечу зажигания, или с помощью калильных свечей, имеющих высокую температуру нижней их части). При сгорании топлива газовая смесь внутри цилиндра расширяется при высоком давлении независимо от типа процесса воспламенения. Поэтому осуществляется рабочий ход-поршень двигается с высоким ускорением от верхней мертвой точки к нижней и при этом он осуществляет работу, преобразующуюся во вращение коленчатого вала двигателя. Это непосредственно работа двигателя. которая осуществляется лишь в одной фазе всего цикла работы. Четвертой фазой является выпуск отработавших газов – при сгорании газы сперва под высоким давлением двигают поршень вниз, а когда открывается выпускной клапан – они удаляются в выпускную систему, т.е. в атмосферу, причем с помощью принудительного дополнительного вытеснения поршнем, двигающимся в этой фазе снизу вверх. Данный цикл работы двигателя повторяется бесконечное число раз, пока двигатель работает, т.е. осуществляется действие всех его систем при подаче топлива для работы. Это и есть круговой рабочий процесс для данного типа двигателя.
Четырехтактный цикл для двигателя внутреннего сгорания осуществляется таким образом за 2 оборота коленчатого вала двигателя и имеет 4 возвратно-поступательных хода поршня вверх-вниз внутри цилиндра. В отличие от него двухтактный цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала. поэтому он менее экономичен, но имеет повышенную удельную мощность и применяется в основном для мотоциклов и лишь изредка—для большегрузных дизелей. Организация работы цикла двухтактного двигателя осуществляется за счет принципа смесеобразования другого типа – это в основном бесклапанные механизмы. Их основой являются продувочные окна в гильзе цилиндров по ходу движения поршня, которые осуществляют в нужный момент впуск и выпуск топливо-воздушной смеси и отработавших газов. Причем эта схема может осуществляется с внутренней продувкой через корпус двигателя, поэтому в топливо-воздушную смесь мотоциклетных двигателей добавляется масло. т.к. оно участвует в процессе смазки подшипников коленчатого вала при его вращении.
Двухтактный двигатель внутреннего сгорания поэтому при движении поршня вниз при открытии впускного окна в стенке цилиндра осуществляет всасывание топливо-воздушной смеси с одновременной ее продувкой через корпус, а после достижения нижней мертвой точки поршня-сперва продувка с оставшимися отработавшими газами предыдущего цикла, а потом-сжатие оставшейся топливо-воздушной смеси. В верхней мертвой точке нужный момент либо подается искра на свечу зажигания, либо происходит самовоспламенение при дизельном способе. Далее осуществляется выпуск отработавших газов с момента прохождения поршнем соответствующего окна в гильзе цилиндров, а после —снова всасывание при открытии впускного окна. Поэтому этот цикл не выгоден с точки зрения экономичности по сравнению с четырехтактным в виду потерь топливо-воздушно смеси при продувках. Продувочные окна и каналы могут иметь разную схему, поэтому могут существовать разные конструктивные схемы двухтактных двигателей. Таким образом двухтактный цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала двигателя и два возвратно-поступательных хода поршня вверх-вниз.
Кроме этого так же существует еще один тип цикла двигателя на примере роторно-поршневого двигателя. В нем поршнем является треугольный ротор, окатывающийся о коленчатый кулисный вал с внутренним зубчатым зацеплением, а цилиндром-корпус с внутренним овалообразным отверстием, вдоль которого четко двигаются кромки треугольного поршня. Но в этом случае практически отсутствует фаза сжатия, но имеется впуск, рабочий ход и выпуск. Впуск и выпуск осуществляются через соответствующие продувочные окна, открывающиеся по ходу поршня. Принцип смесеобразования – подобный с воспламенением от искры, т.е. имеется искровое зажигание, но сам рабочий цикл осуществляется за один оборот треугольного поршня, а следовательно по принципу работы относится к трехтактному циклу. Здесь таким образом за один оборот поршня его треугольные кромки выполняют работу цикла, но основные его операции в цикле ограничиваются количеством его кромок – это принцип действия роторно-поршневого двигателя. Недостатком роторно-поршневого двигателя является его меньшая мощность и невысокая долговечность, поэтому они находят редкое применение.
Основными показателями двигателей являются: Nmax – максимальная мощность [кВт],Mmax -максимальный крутящий момент -Ме [Hm],Ge – удельный эффективный расход топлива [г/кВтч], E -степень сжатия, коэффициент запаса крутящего момента (приемистость),литраж, а так же ряд скоростных и нагрузочных характеристик. Например, для увеличения мощности и экономичности необходимо увеличить степень сжатия и перейти на более высококачественные топлива: для бензиновых двигателей степень сжатия современных двигателей лежит в пределах 8 – 14,а для дизельных – более 10—11.
Некоторые из указанных параметров входят в техническую характеристику двигателя и автомобиля. Например, это касается в первую очередь внещней скоростной характеристики двигателя, на которой имеются кривые показателей изменения мощности, крутящего момента, удельного эффективного расхода топлива двигателя в зависимости от частоты вращения его коленчатого вала. Кроме этого к характеристикам двигателя относятся регулировочные характеристики по составу топливо-воздушной смеси и другие нагрузочные характеристики., по которым можно судить о комплексе параметров и показателей самого двигателя
Двигатель внутреннего сгорания это механическое устройства для преобразования тепловой работы, образующейся при сгорания топлива, в механическую – вращения его коленчатого вала. Он имеет механические потери, характеризующиеся соответствующими диаграммами. Эти механические потери зависят от работы устройств двигателя, например, применяемых в нем подшипников. Но в основном большинство современных двигателей внутреннего сгорания имеет подшипники скольжения для коленчатых валов многоцилиндровых двигателей, на мотоциклетных двигателях – подшипники качения (шариковые или роликовые). Это же относится и к новым типам двигателей, но в мелкосерийном варианте, так как не выполняются условия долговечности. Поэтому для обеспечения работоспособности и долговечности двигателя применяются масляные смазочные системы с принудительной циркуляцией и подачей масла к узлам трения под давлением.