1.3 Рабочий ход

Во время третьего такта (рабочего хода) тепловая энергия преобразуется в механическую. Когда поршень достигает верхней мертвой точки и рабочая смесь становится максимально сжатой, между электродами свечи зажигания проскакивает электрическая искра, от которой рабочая смесь в камере сгорания воспламеняется. После этого она активно расширяется (как было отмечено, в камере сгорания происходит взрывная реакция) и оказывает сильное давление на поршень, находящийся в верхней мертвой точке. Поскольку оба клапана закрыты, выхода для рабочей смеси нет. Под давлением поршень вынужден перемещаться вниз, передавая движение через шатун на коленчатый вал (конкретно — на свой кривошип), заставляя его вращаться. Это вращение и является движущей силой автомобиля.

  Давление на поршень во время третьего такта рабочего цикла двигателя достигает 45 кг/см².

Температура в цилиндре двигателя во время третьего такта достигает 2000°С.

Что касается коленчатого вала, то во время рабочего хода он вновь проворачивается на пол-оборота.

В конце процесса сжатия, к моменту воспламенения, рабочая смесь (смесь воздуха, остаточных газов и паров топлива) является однородной по составу, или гомогенной. Опыты показывают, что гомогенная смесь может быть воспламенена электрической искрой лишь в том случае, когда её качественный состав находится в определённых пределах, называемых пределами воспламеняемости горючей смеси. Вне этих пределов смесь становится невоспламеняемой. Состав гомогенной смеси, при котором вследствие её обеднения топливом наступает явление невоспламеняемости, называется низшим пределом воспламеняемости (или пределом воспламеняемости по обеднению). Состав же смеси, при котором вследствие обогащения её топливом наступает явление невоспламеняемости, называется высшим пределом воспламеняемости (или пределом воспламеняемости по обогащению). Пределы воспламеняемости выражаются в процентах концентрации топлива в горючей смеси по массе или по объёму. Можно выражать пределы воспламеняемости и через численные значения коэффициента избытка воздуха α. Так, для бензина низший предел воспламеняемости по массе колеблется между 1 и 5 %, что соответствует значениям α = 1,5…1,3, а высший предел воспламеняемости соответствует 14…18 % концентрации бензина по массе, или численным значениям α = 0,6…0,4.

Так же на сгорание смеси влияет коэффициент избытка воздуха. Уменьшение коэффициента избытка воздуха, как следует из приведенного выражения, приводит к увеличению теплотворности смеси. Этим и объясняется рост индикаторной мощности двигателя при уменьшении α до 1. Дальнейшее уменьшение α до значения 0,85…0,9 также обуславливает повышение эффективной мощности. Объясняется это тем, что существенно возрастает скорость горения смеси. Последующее обогащение смеси приводит к резкому снижению эффективной мощности. Это явление объясняется возрастающей неполнотой сгорания топлива. Максимальное значение индикаторного КПД достигается всегда при небольшом обеднении смеси, точнее, при α = 1,05…1,08. Это объясняется тем, что при небольшом обеднении смеси топливо сгорает полностью. Уменьшение индикаторной мощности при более богатых смесях вызвано ростом неполноты сгорания, а также тем, что при α < 0,85 происходит уменьшение скорости сгорания. Рассмотренная эмпирическая закономерность указывает на то, что наибольшие значения эффективной и индикаторной мощности не могут быть получены при одном и том же составе смеси. Знание этой закономерности позволяет правильно регулировать подачу топлива в цилиндр.