En première approximation, le fonctionnement peut être représenté par le cycle dit de Beau de Rochas, qui se réduit à quatre évolutions simples représentées sur cette figure dans le diagramme de Watt d’un cylindre.
La première phase est 4-1
Cette phase de commence après la fermeture des soupapes d’admission et se termine avant l’allumage.
La deuxième phase est 1-2
Déclenchée en fin de compression, au moment où la vitesse du piston s'annule, la est supposée suffisamment rapide pour être considérée comme instantanée, et donc à volume constant.
La troisième phase est 2-3
Cette commence à la fin de la combustion et se termine avant l’ouverture des soupapes d’échappement.
Enfin, la quatrième phase est 3-4
En fin de détente, l'ouverture des soupapes d'échappement fait chuter brutalement la pression dans le cylindre.
On fait ici l'hypothèse que la vidange est instantanée.