Как работает двигатель внутреннего сгорания?

Кто прав в споре

Ваш приятель прав примерно наполовину: топливо действительно горит, но не плавно, как в топке паровоза, а резко, почти взрывом, и это принципиальная разница.

Откуда берётся сила

Поршень идёт вниз, потому что смесь бензина с воздухом поджигается искрой и сгорает за доли секунды в замкнутом объёме цилиндра. Горячие газы от сгорания резко расширяются, а деваться им особо некуда, кроме как толкать поршень.

Почему это не просто горение

В паровозе тепло от горения угля сначала греет воду, пар толкает поршень отдельно от места горения. В бензиновом двигателе горение происходит прямо там же, где толкает поршень, отсюда и название "двигатель внутреннего сгорания", в отличие от внешнего сгорания в топке паровоза.

Коротко: механическая энергия берётся из резкого расширения раскалённых газов после сгорания топливно-воздушной смеси внутри цилиндра, и весь процесс делится на четыре последовательных такта, каждый из которых играет свою отдельную роль в общем цикле.

Такт	Что происходит
Впуск	Поршень идёт вниз, клапан открыт, в цилиндр затягивается смесь воздуха с топливом
Сжатие	Оба клапана закрыты, поршень идёт вверх и сжимает смесь, отчего она разогревается
Рабочий ход	В момент максимального сжатия искра поджигает смесь, она сгорает почти мгновенно, газы резко расширяются и толкают поршень вниз с силой
Выпуск	Открывается выпускной клапан, поршень идёт вверх и выталкивает отработанные газы наружу

Именно рабочий ход и даёт механическую энергию: это не тление, как в печке, а быстрое, почти взрывное сгорание в замкнутом пространстве, из-за чего давление газов скачком возрастает и толкает поршень с большим усилием. Через шатун это движение поршня превращается во вращение коленвала, а он уже крутит колёса через коробку передач. Остальные три такта сами по себе энергию не производят, а только готовят цилиндр к следующему рабочему ходу: без впуска нечему гореть, без сжатия смесь горела бы слабо и медленно, без выпуска отработанные газы мешали бы новой порции воздуха и топлива зайти внутрь.

Важно: в бензиновом двигателе смесь поджигается искрой в строго определённый момент, а в дизельном искры нет вообще, там смесь воспламеняется сама от сильного сжатия и высокой температуры без всякой искры, это принципиально другой способ поджига при похожей общей схеме тактов. Именно поэтому дизель обычно требует более прочной и тяжёлой конструкции цилиндра, ему приходится выдерживать заметно более высокое давление сжатия, чем бензиновому аналогу.