В двухтактных двигателях рабочий цикл осуществляется за один оборот коленчатого вала. Применение двухтактного цикла наиболее целесообразно для дизелей. Индикаторная диаграмма такого дизеля.

Впрыскивание топлива, его распыливание, смешение с воздухом, воспламенение и сгорание протекают, как и в четырехтактном дизеле. В конце такта расширения за 40-50° до НМТ открываются выпускные клапаны при давлении в цилиндре 0,3-0,5 МПа, и начинается выпуск отработавших газов. Давление в цилиндре падает. В точке Пи когда давление в цилиндре ниже давления продувки, поршень открывает продувочные окна; в цилиндр через эти окна под давлением начинает поступать воздух, вытесняющий продукты сгорания (прямоточная продувка). При перемещении поршня к ВМТ продувочные окна закрываются (точка Я, продувка прекращается, и до момента закрытия выпускных клапанов (точка) продолжается очистка полости цилиндра от отработавших газов. В процессе продувки и после ее окончания (до закрытия выпускных клапанов) часть свежего заряда «уходит» в выпускную систему.

Эффективность процесса газообмена двухтактного двигателя зависит от вида продувочно-выпускной системы, т. е. от схемы продувки и конструктивного выполнения выпускного тракта.

Применяемые схемы продувок в зависимости от расположения элементов системы газообмена и направления газового потока в цилиндре разделяют на петлевые и прямоточные.

При петлевых схемах продувок продувочные и выпускные окна расположены в нижней части цилиндра, открываются и закрываются поршнем. Такие схемы применяются в некоторых автомобильных и мотоциклетных двигателях.

При прямоточной схеме продувки продувочные и выпускные органы расположены на противоположных концах цилиндра. В отдельных случаях при использовании прямоточной двухпоршневой схемы продувки один поршень управляет продувочными окнами, а другой — выпускными (высота окон). Такая схема обеспечивает высокое качество очистки цилиндра от отработавших газов и наполнение его свежим зарядом.

При использовании прямоточной клапанно-щелевой схемы продувки выпуск газа осуществляется через выпускные клапаны, а продувка — через окна. Такая схема использована в двигателе типа ЯМЗ.