Рабочий цикл четырехтактного дизеля включает те же процессы, что и цикл четырехтактного карбюраторного двигателя. Однако цикл дизеля имеет некоторые отличительные особенности. В четырехтактном дизеле при открытии впускного клапана (точка ах) в цилиндр поступает только воздух. Процесс впуска заканчивается в точке а2, когда впускной клапан закрывается. После закрытия впускного клапана в цилиндре дизеля (как и в карбюраторном двигателе) совершается процесс сжатия при движении поршня от НМТ к ВМТ. При этом наблюдается теплообмен между поступившим в цилиндр воздушным зарядом и стенками. В отличие от карбюраторного двигателя в цилиндре дизеля сжимается воздух и остаточные газы.

При приближении поршня к ВМТ (точка т) в камеру сгорания цилиндра дизеля впрыскивается топливо. К этому моменту температура сжатого воздуха достаточно высока и превышает температуру самовоспламенения топлива. Впрыскивание топлива, как правило, заканчивается, когда в камере развивается процесс сгорания. Следовательно, условия перемешивания топлива с воздухом в дизеле по сравнению с карбюраторным двигателем значительно сложнее.

Применение топливного насоса высокого давления и форсунок с распылителями, имеющими отверстия малого диаметра, обеспечивает поступление к камеру сгорания мелко-распыленного топлива. После некоторого периода времени (период задержки воспламенения), в течение которого впрыснутое топливо подготавливается к воспламенению, в зонах, где создаются благоприятные условия по составу смеси, происходит воспламенение, а затем интенсивное горение топлива. Процесс сгорания сначала сопровождается резким повышением давления (линия с — у на диаграмме), а затем в течение небольшого промежутка времени на участке у — z протекает при почти постоянном давлении. Догорание топлива происходит при расширении, во время которого наблюдается теплообмен между продуктами сгорания и стенками цилиндра.

При открытии выпускного клапана начинается выпуск отработавших газов, который заканчивается, когда клапан закрывается.