Ciclo a 4 Tempi

Nei motori alternativi è il ciclo di funzionamento più diffuso siano essi a benzina che a ciclo Diesel, si caratterizza per la necessita di realizzare due giri di albero motore per completare i quattro tempi che costituiscono appunto un ciclo.

In un motore alternativo a combustione interna ogni pistone, unito al meccanismo di biella ed albero motore, si muove alternativamente nell'interno di un cilindro chiuso da un estremo dalla testata e aperto dall'altra parte.

Al termine della sua ascesa verso la testata il pistone arriva al Punto Morto Superiore o P.M.S. lasciando su di se un piccolo spazio tra esso e la testata (il quale viene chiamato Camera di combustione o anche, camera di scoppio) dove vanno alloggiati la candela se si tratta di motori a benzina o l'iniettore se si tratta di un motore Diesel, e comune a tutti i tipi di motori alternativi a 4 tempi, le valvole di ammissione e di scarico, le quali possono essere un minimo di due (una di ammissione e una di scarico) o sempre più frequentemente si trovano quattro (due velvole di aspirazione e due di scarico di diametro minore) nei motori di alte prestazioni di alcuni anni fa e oggi giorno anche su utilitarie particolarmente pepate.  Al finalizzare la sua corsa discendente il pistone arriva al Punto Morto Inferiore o P.M.I.

 Per ciclo di 4 Tempi s'intende la successione delle quattro fasi realizzate dalla miscela aria-combustibile ripetute periodicamente dentro al cilindro; due sono i tipi fondamentali di motori usano il ciclo a 4 tempi: il Ciclo Otto (o meno conosciuto come Beau de Rochas), o ciclo del motore a benzina ad accensione comandata mediante scintilla (generata dalla candela), e il ciclo Diesel o ciclo di accensione spontanea.

Primo Tempo: Ammissione 

Durante questa fase la valvola di Ammissione rimane aperta mettendo in comunicazione la camera di combustione con il collettore di aspirazione, dove si trova la miscela aria-benzina (se motore convenzionale a benzina, oppure solo aria se Diesel o uno dei nuovissimi motori ad iniezione diretta di benzina tra cui il primo di serie prodotto dalla casa Giapponese Mitsubishi e seguito a ruota da altri costruttori mondiali); la valvola di Scarico rimane chiusa; il pistone si muove dal P.M.S. al P.M.I., la discesa del pistone provoca una depressione nel cilindro e, per conseguente, l'aspirazione della miscela; quando il pistone arriva al P.M.I., la valvola di Ammissione si chiude.

La valvola di Ammissione e aperta, quella di scarico è chiusa ed il pistone si muove verso il P.M.I. aspirando così miscela aria-benzina

Secondo Tempo: Compressione

Il secondo tempo del ciclo e quello della Compressione, durante il quale ambe due valvole Aspirazione e Scarico restano chiuse, mentre il pistone passa dal P.M.I. al P.M.S.; la manovella dell'albero motore su cui e connessa la biella continua a girare (in senso orario), adesso la miscela viene compressa tra il pistone e la testata. Lo spazio compreso tra la testata e il cielo del pistone e denominato Camera di combustione. Durante questa fase, la miscela aria-carburante al essere fortemente compressa innalza la sua temperatura come risultato dell'aumento della pressione dentro al cilindro.

Dalla relazione numerica che esiste tra il volume della camera di combustione e il volume totale del cilindro più quello della stessa camera di scoppio si ottiene il rapporto di compressione.

Le valvole di ammissione e scarico sono chiuse ed il pistone si muove verso il P.M.S. comprimendo così la miscela aria-combustibile.

Terzo Tempo:  Espansione

Il terzo tempo e la fase della combustione e dell'espansione; le valvole continuano ad essere chiuse; nel momento in cui il pistone arriva al P.M.S. scocca la scintilla elettrica dalla candela d 'accensione e in pochissimi millesimi di secondo si crea un fronte di fiamma che si propaga a una velocità molto elevata dal punto di ubicazione della candela fino ad arrivare a tutto il volume della camera di scoppio.

Le valvole di Ammissione e di scarico sono chiuse, la scintilla prodotta dalla candela provoca l'accensione della miscela aria-benzina che espandendosi aumenta la pressione dentro la camera di combustione spingendo cosi il pistone verso il P.M.I. con molta forza.

Quarto Tempo: Scarico

Il quarto tempo é lo scarico: la valvola di Scarico si apre e mette in comunicazione la camera di combustione con il collettore di scarico, mentre quella di ammissione è ancora chiusa; il pistone si muove dal P.M.I. al P.M.S. impulsando i gas combusti verso la valvola di scarico aperta: quando arriva al P.M.S. si chiude la valvola di scarico e si apre quella d'ammissione incominciando cosi nuovamente il ciclo.

Cosi facendo l'albero motore deve compiere due giri per completare un ciclo da dove si deduce anche che di questi giri solo mezzo produce potenza (la fase di espansione).

La valvola di Ammissione è chiusa, quella di scarico aperta da dove salgono i gas incandescenti residui della combustione, il pistone sale verso il P.M.S. aiutando la loro espulsione.