Dù cho có là động cơ sử dụng xăng hay dầu diesel, phương thức hoạt động của chúng gần như là tương đồng khi đều có một chu trình hoạt động gồm 4 kỳ. Sự khác biệt giữa hai động cơ này đến từ cách mà piston sinh công ở cuối kỳ nén và đầu kỳ nổ.
Động cơ xăng
Ở động cơ xăng, quá trình nạp – nén – nổ – xả bắt đầu khi piston đi xuống ở kỳ nạp và xu-páp nạp mở, hút luồng không khí bên ngoài vào trong buồng đốt. Với những động cơ kiểu cũ sử dụng bộ chế hòa khí, luồng không khí này sẽ là hòa khí bao gồm cả nhiên liệu trong khi ở động cơ phun xăng trực tiếp, nhiên liệu sẽ được phun theo luồng bên trong buồng đốt.
Nhiên liệu xăng của động cơ này được kích nổ nhờ vào bugi. Hệ thống đánh lửa được thiết lập để biết đâu là điểm thích hợp ở cuối kỳ nén và cấp điện cao áp đến bugi tạo tia lửa, từ đó kích nổ hòa khí đang bị nén bên trong buồng đốt để sinh công. Năng lượng này sẽ đẩy piston đi xuống, nối với trục khuỷu thông qua thanh truyền, piston sẽ làm trục khuỷu quay và truyền sức mạnh đến bánh xe. Sau đó, quán tính quay của trục khuỷu sẽ đẩy piston đi lên, ở kỳ này, xu-páp xả sẽ mở, đẩy hỗn hợp hòa khí sau khi cháy ra ngoài buồng đốt. Quá trình này lặp đi lặp lại để cung cấp năng lượng liên tục cho xe.
Động cơ dầu
Khác với động cơ xăng, động cơ sử dụng nhiên liệu dầu diesel sẽ không có bugi đánh lửa, thay vào đó, nhiên liệu này sẽ tự cháy và sinh công khi được nén với áp suất phù hợp. Động cơ này cũng có đủ bốn kỳ nạp – nén – nổ – xả tương tự như động cơ xăng.
Ở kỳ đầu tiên, piston đi xuống và hút vào không khí thay vì hòa khí. Đến cuối kỳ nén, lúc này, kim phun sẽ phun nhiên liệu vào buồng đốt. Nhiên liệu được phun vào buồng đốt với áp suất lên đến 1.800 Bar (Common Rail), khoảng gần 2.000 kg/cm2. Tuy nhiên, để đạt hiệu quả cháy tối ưu nhất, nhiên liệu dầu diesel thường được làm nóng ở buồng đốt phụ bằng bugi xông trước khi được phun vào buồng đốt chính. Sau khi được phun vào, dầu và không khi được nén sẽ cháy và sinh công, đẩy piston đi xuống và xoay trục khuỷu.
