สี่จังหวะ: ดูด อัด กำลัง คายไอเสีย

ในรถยนต์ส่วนใหญ่ ลูกสูบจะทำวัฏจักรสี่จังหวะแบบเดิมซ้ำไปซ้ำมา ชื่อนี้มาจากจังหวะของลูกสูบทั้งสี่จังหวะ ได้แก่:

1. จังหวะดูด วาล์วไอดีเปิด และลูกสูบเคลื่อนที่ ลง เพื่อดูดอากาศใหม่เข้าไป ในเครื่องยนต์เบนซินแบบฉีดเชื้อเพลิงเข้าพอร์ต จะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในอากาศที่ไหลเข้า ส่วนเครื่องยนต์แบบฉีดเชื้อเพลิงโดยตรง จะฉีดเชื้อเพลิงเข้าไปในกระบอกสูบโดยตรง
2. จังหวะอัด วาล์วทั้งสอง ปิด ลูกสูบเคลื่อนที่ ขึ้น และบีบอัดแก๊สให้มีปริมาตรเล็กลงมาก การบีบอัดทำให้แก๊สร้อนขึ้นและเตรียมให้เกิดการเผาไหม้
3. จังหวะกำลัง เมื่อเกือบถึงจุดบนสุดของจังหวะอัด หัวเทียนจะจุดประกาย ส่วนผสมเกิดการเผาไหม้ แก๊สร้อนขยายตัวและดันลูกสูบ ลง นี่เป็นจังหวะเดียวที่ส่งพลังงานไปยังเพลาข้อเหวี่ยง วาล์วทั้งสองยังคงปิดอยู่
4. จังหวะคายไอเสีย วาล์วไอเสียเปิด และลูกสูบเคลื่อนที่ ขึ้น เพื่อดันแก๊สที่เผาไหม้แล้วออกไป จากนั้นวัฏจักรก็เริ่มต้นใหม่

นับจำนวนรอบของเพลาข้อเหวี่ยง: แต่ละจังหวะใช้การหมุนครึ่งรอบ (180°) ดังนั้นหนึ่งวัฏจักรจึงเท่ากับ 4 × 180° = 720° ซึ่งคือการหมุนเพลาข้อเหวี่ยงครบสองรอบ เพลาลูกเบี้ยวซึ่งทำหน้าที่เปิดวาล์ว ต้องเปิดวาล์วแต่ละตัวเพียงครั้งเดียวต่อวัฏจักร จึงหมุนด้วย อัตราเร็วครึ่งหนึ่งของเพลาข้อเหวี่ยง หรือหนึ่งรอบต่อวัฏจักร ในเครื่องยนต์ เพลาลูกเบี้ยวขับเคลื่อนด้วยสายพานหรือโซ่ที่มีอัตราส่วนเกียร์ 2 : 1

นั่นหมายความว่า กระบอกสูบหนึ่งกระบอกจะมี จังหวะกำลังหนึ่งครั้งต่อการหมุนสองรอบ ไม่ใช่หนึ่งครั้งต่อหนึ่งรอบ ที่ 3 000 rpm เพลาข้อเหวี่ยงจะหมุน 50 รอบต่อวินาที ดังนั้นกระบอกสูบหนึ่งกระบอกจะจุดระเบิด 25 ครั้งต่อวินาที

แล้วพลังงานสำหรับอีกสามจังหวะมาจากไหน จาก ล้อช่วยแรง และในเครื่องยนต์หลายกระบอกสูบ ก็ได้จากกระบอกสูบอื่น ๆ ซึ่งกำลังอยู่ในจังหวะกำลังของตัวเอง จังหวะดูด อัด และคายไอเสียล้วนต้องใช้แรงเล็กน้อยเพื่อสูบแก๊สไปรอบ ๆ และบีบอัดแก๊ส

ถ้าพล็อตกราฟความดันของแก๊สเทียบกับปริมาตรกระบอกสูบตลอดวัฏจักร จะได้เส้นเป็นวง นั่นคือ แผนภาพ P–V พื้นที่ภายในวงคือ งานสุทธิต่อวัฏจักร โลก Heat Engines ของ Particle Lab วาดแผนภาพนี้สำหรับวัฏจักรออตโตและคำนวณประสิทธิภาพของมัน ส่วนที่นี่ เราจะดูเพียงเส้นวงที่ถูกลากตามการเคลื่อนที่ของลูกสูบ

เครื่องยนต์ขนาดเล็กบางชนิด เช่น เครื่องตัดหญ้า เลื่อยโซ่ และสกูตเตอร์ขนาดเล็ก เป็นเครื่องยนต์ สองจังหวะ โดยจุดระเบิดทุกครั้งที่เพลาหมุนครบหนึ่งรอบ เพราะรวมจังหวะต่าง ๆ เข้าด้วยกัน จึงมีน้ำหนักเบาและโครงสร้างไม่ซับซ้อน แต่ทำให้ไอเสียสะอาดได้ยากกว่า รถยนต์เกือบทั้งหมดใช้วัฏจักรสี่จังหวะ เพราะควบคุมการแลกเปลี่ยนแก๊สได้ดีกว่า