Процесс сгорания можно разбить на фазы, в течение которых происходит подготовка топлива к сгоранию и его сгорание.
Первая фаза задержка воспламенения — начинается с момента поступления в цилиндр первых частиц топлива и продолжается до момента их самовоспламенения. За это время в камере сгорания скапливается некоторое количество топлива. Продолжительность задержки воспламенения зависит от цетанового числа топлива, температуры в цилиндре к концу сжатия и качества распыливания топлива.
Вторая фаза неуправляемое сгорание — начинается с момента самовоспламенения топлива. Скопившееся в цилиндре и испарившееся топливо самовоспламеняется и сгорает при быстром нарастании давления в цилиндре. Скорость нарастания давления характеризуется отношением прироста давления к углу поворота коленчатого вала за период фазы и лежит в пределах: для тихоходных дизелей — не более 1—5 бар на 1°п. к. в.; для быстроходных дизелей—не более 4—8 бар на 1° п. к. в.
Третья фаза управляемое сгорание — начинается после прекращения быстрого повышения давления в цилиндре. За счет высокой температуры внутри камеры сгорания продолжающее поступать в цилиндр топливо сразу же воспламеняется и сгорает. Так как к этому времени поршень уже движется вниз от мертвой точки, увеличивая объем камеры сгорания, нарастание давления не происходит или происходит незначительно.
Четвертая фаза — догорание. Топливо, не успевшее сгореть в течение предыдущих фаз, сгорает в процессе расширения. Догорание может иметь место либо в результате увеличения подачи топлива, либо вследствие дефектов топливной аппаратуры, высокой вязкости топлива, низкого давления конца сжатия и т. п.
При догорании происходит интенсивное нагарообразование, увеличивается теплонапряженность цилиндро-поршневой группы дизеля и — за счет повышения температуры отходящих газов — снижается его экономичность.
