Такт рабочего хода начинается после того как поршень пройдет ВМТ. В данном такте, в отличии от других, где энергия затрачивается (идет на поворот коленчатого вала), здесь совершается полезная работа, затрачиваемая напрямую на разгон автомобиля либо поддержания его постоянной скорости.
Крутящий момент в двигателе напрямую зависит от давления в цилиндре. Чем выше давление газа при сгорании топлива, тем, соответственно, выше и крутящий момент.
Когда поршень начинает двигаться вниз, увеличивается объем цилиндра, а находящийся там газ расширяется, соответственно понижаются его температура и давление. При этом газ при помощи силы давления начинает двигать поршень, который в свою очередь вращает коленчатый вал, таким образом, совершая полезную работу.
На такте рабочего хода давление газа в цилиндре оказывает на поршень большое воздействие, вследствие чего компрессионные кольца прижимаются к нижним поверхностям канавок поршня. К тому же верхнее кольцо, за счет повышенного давления в канавке, прижимается к стенке цилиндра.
Масло снимается с поверхности цилиндра и сбрасывается через отверстия и пазы внутрь поршня маслосъемными кольцами. При износе поршневых колец и поршней начинается плохой съем масла с поверхности цилиндра, что в дальнейшем приводит к выгоранию масла и выхлопные газы приобретают синеватый оттенок. При прорыве газа в картер через изношенные кольца смазочные свойства масла постепенно ухудшаются. В газах, которые проходят в картер через цилиндр, содержатся углекислый газ, водяные пары, соединения азота и серы. При охлаждении происходит конденсация водяного пара в капли воды, которые попадая в масло, увеличивают износ деталей двигателя и уменьшают срок их службы. К тому же, в случае если в картер из цилиндра поступает усиленный поток газа, там начинают образовываться и другие химические соединения, особую опасность из которых представляют кислоты, которые значительно ухудшают смазочные свойства масла. В такой ситуации на поверхности деталей начинают образовываться отложения, которые приводят к их износу и коррозии.
В изношенных цилиндрах, соответственно, увеличивается и износ колец и канавок поршня. Так, когда поршень движется вблизи ВМТ кольцо, отслеживая профиль изношенного цилиндра, начинает в канавке движение в радиальном направлении. Так же, принимая во внимание большой осевой зазор в изношенных канавках поршня, новые кольца в короткий срок изменяют свою форму, на аналогичную старым изношенным кольцам. Тоже самое происходит и при закручивании кольца.
Результатом износа поршней и повышения зазора в цилиндре становится увеличение углов перекоса поршня. В таком случае иногда маслосъемные кольца будут пропускать некоторую часть масла, происходит это из-за периодического отрыва одной из маслосъемных кромок от поверхности цилиндра. Описанные выше особенности работы деталей иногда объясняют практические данные. Например, если оставить старые поршни с изношенными канавками и юбкой, но при этом заменить кольца в изношенных цилиндрах, расход масла уменьшится, но ненадолго. В дальнейшем расход масла может даже увеличиться в сравнение с тем, каким он был до замены колец, происходит это из-за продолжающегося прогрессирующего износа цилиндра.
Детали КШМ на такте рабочего хода испытывают довольно большие нагрузки. Величина данных нагрузок в значительной мере зависит от степени открытия дроссельной заслонки. Давление за ней (во впускном коллекторе а также цилиндре в начале и конце сжатия) будет увеличиваться в зависимости от того насколько сильно открыта заслонка. Это приводит к увеличению теплоты выделившейся при сгорании, а также давления и температуры газов в цилиндре.
При движении поршня вниз под действием газов, он толкает шатун, который в свою очередь передает свое усилие на шатунный подшипник и коленчатый вал. Шатунный подшипник устроен таким образом, что сила трения в нем гораздо меньше, чем в обыкновенном подшипнике качения. Это достигается тем, что в основном он работает в жидкостном режиме, то есть между шейкой коленвала и вкладышем находится масляный клин, который препятствует их прямому контакту. Для правильной работы подшипника, необходимо чтобы к подшипнику всегда поступало достаточное количество масла под определенным давлением. В случае невыполнения этого условия наступает режим масляного голодания и поверхности могут соприкоснуться краями своих неровностей, такой режим называется полужидкостным. Он характерен при запуске двигателя стартером, когда обороты на коленчатом вале не велики и насос (приводится в движение от коленвала) не может обеспечить необходимым количеством масла все узлы двигателя. Полужидкостное трение отрицательно сказывается на ресурсе деталей двигателя, так как оно увеличивает износ. Но если это явление носит кратковременный характер, то в этом нет ничего страшного. Более опасно своими разрушениями полусухое трение (трение с соприкосновением поверхностей), оно может возникнуть при увеличении нагрузки на двигатель, когда обороты двигателя малы и имеется недостаточное давление масла. В месте контакта поверхностей существенно возрастает сила трения, что ведет к разогреву поверхностей. В результате могут появиться задиры, подплавления, частичное или полное разрушения подшипника, что приведет в итоге к серьезному ремонту.
В конце такта рабочего хода давление и температура газов существенно снижается. Для более эффективной очистки полости цилиндра от выхлопных газов разумно открывать выпускные клапана до прихода поршня в НМТ. С увеличением частоты вращения и нагрузки, увеличивают опережение открытия выпускного клапана, хотя это не так сказывается на улучшении параметров двигателя как при впуске.
