Поступая в цилиндр, горючая смесь соприкасается со стенками впускного трубопровода и цилиндра, перемешивается с отработавшими газами, оставшимися от предыдущего цикла. Вследствие этого она нагревается и расширяется. Горючая смесь в цилиндре, содержащая остатки отработавших газов, называется рабочей смесью. К концу такта впуска температура рабочей смеси достигает 70—80 °С.

Вторым является такт сжатия. При этом поршень движется от н. м. т. к в. м. т., а оба клапана закрыты. Под действием перемещающегося поршня рабочая смесь сжимается, а значит, еще более нагревается. Рабочую смесь сжимают с таким расчетом, чтобы ее температура в конце такта сжатия была ниже температуры самовоспламенения применяемого топлива. В противном случае рабочая смесь может воспламениться до прихода поршня в в. м. т.

В зависимости от степени сжатия температура рабочей смеси к концу второго такта повышается до 400—500 °С, а давление до 10—14 ат. В конце такта сжатия рабочая смесь в цилиндре воспламеняется электрической искрой, появляющейся между электродами свечи. В результате сгорания смеси давление в цилиндре повышается до 45—60 ат, а температура до 2300—2500 °С.

Третий такт — рабочий ход, являющийся основным, начинается с момента движения поршня от в. м. т. к н. м. т., которое происходит под давлением расширяющихся газов, образующихся в результате сгорания рабочей смеси. При этом оба клапана закрыты. Поршень, перемещаясь к н. м. т., при помощи шатуна 6 вращает коленчатый вал 8. По мере движения поршня давление и температура газов в цилиндре снижаются, перемещение поршня вниз заканчивается, когда он доходит до н. м. т.

Для вывода поршня из мертвых точек и равномерного вращения коленчатого вала на нем устанавливают маховик. Он обладает значительной массой, вследствие чего накапливает кинетическую энергию во время процесса расширения продуктов сгорания рабочей смеси. Часть этой энергии используется для совершения вспомогательных тактов рабочего процесса двигателя: впуска, сжатия и выпуска.

Четвертый такт — выпуск начинается с момента открытия выпускного клапана, которое происходит перед подходом поршня к н. м. т. при рабочем ходе поршня. В конце рабочего хода открывается выпускной клапан и отработавшие газы, имеющие избыточное давление, начинают с большой скоростью выходить в атмосферу. Далее поршень, перемещаясь от н. м. т. к в. м. т., выталкивает из цилиндра отработавшие газы, температура которых во время такта выпуска снижается до 750 °С. Чем меньше отработавших газов остается в цилиндре, тем больше поступает в цилиндр горючей смеси в такте впуска, а следовательно, тем большую мощность сможет развить двигатель и тем выше его экономичность. Такт выпуска заканчивается, когда поршень приходит в в. м. т. По окончании этого такта начинается новый рабочий цикл.

Рабочий процесс четырехтактного газового двигателя протекает аналогично.

Дизель

Рабочий цикл четырехтактного дизеля состоит из тех же тактов, что и рабочий цикл карбюраторного двигателя. Но происходящие во время этих тактов процессы внутри цилиндров различны.

В четырехтактном дизеле при такте впуска поршень движется от в. м. т. к н. м. т. В цилиндре создается разрежение, вследствие чего через открытый впускной клапан в цилиндр по впускной трубе поступает очищенный в воздухоочистителе воздух.

Во время такта сжатия поршень движется от н. м. т. к в. м. т., сжимая находящийся в цилиндре воздух. Оба клапана закрыты. К концу такта давление в цилиндре достигает 30—40 ат, а температура воздуха повышается до 600—700°С. В этот момент в цилиндр через форсунку впрыскивается под большим давлением, создаваемым насосом, мелко распыленное топливо, которое, соприкасаясь с частицами нагретого воздуха, воспламеняется и сгорает с большой скоростью. При сгорании топлива в цилиндре образуются газы, создающие давление 50—80 ат.

Необходимость впрыска топлива в цилиндр до прихода поршня в в. м. т. обусловлена тем, что топливо не может воспламениться мгновенно. Между моментом начала впрыска и начала горения топлива проходит некоторое время. Поэтому топливо впрыскивают в конце такта сжатия с таким расчетом, чтобы максимальное давление газов в цилиндре создалось после того, как поршень пройдет в. м. т.