Двигатель называется четырехтактным потому, что работает по циклу, совершающемуся за четыре хода поршня, или за два полных оборота коленчатого вала и состоящему из следующих тактов: I — всасывание (или впуск), II — сжатие, III — рабочий ход, IV — выпуск отработанных газов (рис. 79).

Рассмотрим работу четырехтактного карбюраторного двигателя по индикаторной диаграмме (рис. 80).

I    такт. Поршень движется от в.м.т. к н.м.т. Объем цилиндра над поршнем увеличивается и, так как клапаны закрыты, в нем образуется разрежение. Открывается впускной клапан, и горючая смесь заполняет цилиндр.
 

Температура смеси в конце такта всасывания равна 80—130° С, а давление — 0,8—0,95 кГ/см².
 

На индикаторной диаграмме процесс впуска изображается линией р—а.
 

II    такт. Поршень движется от н.м.т. к в.м.т., оба клапана закрыты, объем цилиндра над поршнем уменьшается, и происходит сжатие горючей смеси. При этом давление внутри цилиндра повышается от 8—10 кГ/см², а температура смеси достигает 300° С, благодаря чему  испаряется и быстро сгорает топливо. На индикаторной диаграмме процесс сжатия изображается линией а—с.
 

III такт. Горючая смесь в цилиндре воспламеняется электрической искрой и, сгорая, выделяет большое количество тепла. Сгорание происходит при постоянном объеме. Под действием тепла давление газов внутри цилиндра резко возрастает. В конце сгорания температура газов здесь достигает 2000° С, давление возрастает до 30 кГ/см2. На индикаторной диаграмме процесс сгорания характеризуется линией с—z.
 

Под давлением газов поршень движется к н.м.т. Объем цилиндра увеличивается, газы расширяются, температура и давление их падают.
 

При расширении тепловая энергия, полученная при сгорании топлива, переходит в механическую. Давление газов в цилиндре падает до 4,5 кГ/см², а температура — до 1400° С. На индикаторной диаграмме этот процесс изображается линией z—b.
 

IV такт. Поршень движется к в.м.т., и через открытое отверстие выпускного клапана из него удаляются отработанные газы. На индикаторной диаграмме процесс выпуска характеризуется линией b—p,
 

В среднем давление газов при выпуске равно 1,2 кГ/см², а температура — 600° С. Как только поршень придет в в.м.т., выхлопной клапан закроется и откроется всасывающий, затем весь цикл повторится снова. 
 

Из четырех тактов цикла лишь один (сгорание — расширение) является рабочим, остальные три — вспомогательными, которые осуществляются за счет инерции вращающегося маховика.
 

При нескольких цилиндрах принцип работы каждого такта остается таким же, как и при одном. На каждую равную часть оборота коленчатого вала приходится рабочий ход в одном из цилиндров.
 

Для работы двигателя внутреннего сгорания большое значение имеет то, в какой момент происходит открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов.

Продолжительность открытого состояния, выраженная в градусах поворота коленчатого вала, а также моменты открытия и закрытия этих клапанов называются фазами газораспределения. Схематически они изображаются в виде круговой диаграммы, называемой диаграммой фаз газораспределения (рис. 81).

Влияние ряда факторов сказывается на количестве горючей смеси, поступающей в цилиндр за период всасывания: оно не равно тому, которое теоретически могло бы заполнить рабочий объем цилиндра. Для максимального заполнения впускной клапан начинают открывать несколько раньше в. м. т., благодаря чему к моменту, когда поршень достигнет в.м.т., образуется максимальное проходное сечение между клапаном и его седлом; закрытие впускного клапана осуществляют не в н.м.т., а несколько позже, чем увеличивают время поступления смеси в цилиндр.

Предварительное открытие выпускного клапана обеспечивает падение давления в цилиндре к моменту прихода поршня в н.м.т. до давления, близкого к атмосферному. К концу такта выпуска закрытие выпускного клапана происходит не в в.м.т., а несколько позже, благодаря чему достигается качественная очистка цилиндра от отработанных газов.