В оригинальном двухтактном цикле (разработанном в 1878 году) такты сжатия и мощности четырехтактного цикла осуществляются без тактов впуска и выпуска, поэтому для завершения цикла требуется всего один оборот коленчатого вала. В двухтактном двигателе так называемого однопоточного типа свежая топливная смесь подается в цилиндр через окружные отверстия с помощью роторного нагнетателя (см. рисунок). Отработавшие газы проходят через маковые клапаны в головке блока цилиндров, которые открываются и закрываются кулачковым механизмом. Клапаны открываются в конце рабочего хода, после того как давление в цилиндре заметно упадет. Впускные отверстия в стенке цилиндра начинают открываться после того, как выпускные клапаны снижают давление в цилиндре до давления на впуске, создаваемого нагнетателем. Выхлопные клапаны остаются открытыми на несколько градусов поворота кривошипа после того, как впускные отверстия закрываются поднимающимся поршнем на такте сжатия, что позволяет постоянному потоку более тщательно очистить цилиндр. Такты сжатия и мощности аналогичны тактам четырехтактного двигателя.
Несколько лет спустя была разработана упрощенная версия двухтактного двигателя (представленная в 1891 году), в которой для нагнетания свежего заряда в цилиндр использовалось сжатие картера. Вместо впускных отверстий, простирающихся полностью вокруг нижней стенки цилиндра, в этом двигателе впускные отверстия расположены только на полпути; второй набор отверстий начинается немного выше в стенке цилиндра в другой половине его отверстия. Эти более крупные отверстия ведут к выхлопной системе. Впускные отверстия соединяются с раздаточным каналом, ведущим в полностью закрытый картер. Подпружиненный впускной клапан впускает воздух в картер при восходящем, или компрессионном, ходе поршня. Воздух, запертый в картере, сжимается при опускании поршня во время его рабочего хода. Таким образом, в конце хода поршень открывает выпускные отверстия, а чуть позже — впускное, или передаточное, отверстие на противоположной стороне цилиндра, чтобы впустить сжатую свежую смесь из картера. Верхняя поверхность поршня сконструирована таким образом, чтобы обеспечить дефлектор или перегородку, которая направляет свежую смесь вверх со стороны впускной части цилиндра, а затем вниз со стороны выпускной, тем самым выталкивая отработавшие газы предыдущего цикла через выпускное отверстие на этой стороне. Этот отток продолжается после того, как впускные отверстия закрываются поднимающимся поршнем на такте сжатия, до тех пор, пока не будут закрыты выпускные отверстия и не начнется сжатие нового груза. Этот процесс нагружения, называемый петлевой очисткой, является простейшим k
Такая система используется во многих небольших бензиновых двигателях (например, в небольших подвесных моторах) и в приборах, работающих на бензине (например, в портативных электрогенераторах). Многие двухтактные двигатели печально известны своим шумом, выбросами углекислого газа и другими формами загрязнения воздуха, которые они производят, что заставило некоторые муниципалитеты и штаты США запретить использование некоторых устройств (например, воздуходувок для листьев и двухтактных подвесных моторов). Еще одним недостатком двухтактных двигателей является то, что обратный поток газов приводит к небольшой потере свежего заряда через выхлопные отверстия. Из-за этой потери карбюраторные двигатели, работающие по двухтактному циклу, не обладают топливной экономичностью четырехтактных двигателей. Этих потерь можно избежать, если вместо карбюраторов оснастить их системами впрыска топлива (см. ниже) и впрыскивать топливо непосредственно в цилиндры после отвода газов. Такая схема привлекательна как средство достижения высокой мощности относительно небольшого двигателя, а разработка турбокомпрессора (см. ниже «Нагнетатель») для этого применения обещает дальнейшее совершенствование.
