Процесс пуска двигателя до перехода на заданный режим работы можно разбить на три этапа: пуск сжатым воздухом или другим пусковым устройством до получения первых вспышек в цилиндрах; устойчивая работа без пропусков вспышек и достижение числа оборотов, заданного регулирующим устройством; прогрев с постепенным повышением нагрузки до заданного режима работы.
Пусковой период требует особого внимания, так как характеризуется наибольшими износами трущихся деталей; подавляющее число аварий и повреждений двигателя происходит именно в этот период. Чтобы осуществить пуск, нужно достигнуть определенного числа оборотов, вызываемого минимальным пусковым числом оборотов Nmin. Его величина зависит от конструкции, быстроходности, способа и условий смесеобразования, теплового состояния двигателя. Основные факторы, определяющие продолжительность и надежность пуска - смесеобразование и сгорание. При пуске холодного дизеля и при низкой температуре наружного воздуха самовоспламенение топлива может произойти только после подачи в цилиндр нескольких порций топлива. Рабочий цикл при первых вспышках протекает с высоким давлением сгорания и большой скоростью его нарастания, так как при малом числе оборотов вала двигателя вследствие увеличения утечки топлива в насосе давление нагнетания резко снижается и качество распыливания ухудшается.

Давление топлива в нагнетательном трубопроводе при малом числе оборотов имеет значительные колебания, ввиду чего могут наблюдаться неоднократные посадки и подъем иглы форсунки. Кроме того, имеет место значительный теплоотвод в стенки цилиндра. Это приводит к такому увеличению периода задержки самовоспламенения, при котором начало процесса сгорания переносится далеко на линию расширения, а в камере сгорания не создаются условия для возникновения очагов горения рабочей смеси (происходят пропуски вспышек в цилиндрах). При дальнейшем вращении вала двигателя к впрыскиваемой порции топлива частично прибавляется топливо от предыдущих порций и происходит сгорание увеличенного количества топлива, что сопровождается высокой скоростью нарастания давления в цилиндре и сильным стуком в нем.
Пусковые качества двигателя во многом зависят от цетанового числа топлива и его испаряемости, а также степени износа втулки цилиндра и поршневых колец. Величина износа стенок втулки цилиндра дизеля после каждого пуска его в холодном состоянии эквивалентна его работе в течение 3-8 ч с номинальной нагрузкой, так как высокое р,, имеющее место в пусковой период, увеличивает удельное давление поршневых колец на стенки цилиндра и дополняет корродирующее и абразивное воздействие продуктов сгорания.

Заводы-изготовители обычно гарантируют пуск двигателей без прогрева при температуре окружающего воздуха и воды в водяных рубашках не ниже +8° С. Период от начала пуска до перехода к работе на топливе при нормальных условиях составляет всего 2-6 сек и сопровождается большой неравномерностью вращения вала и дымностью выпуска. Неравномерность вращения объясняется пропусками вспышек в цилиндрах, а также тем, что обороты двигателя возрастают толчками по мере перехода к работе на топливе отдельных цилиндров. При нормальных условиях окружающей среды и исправном состоянии двигателя переход к работе на топливе происходит за 1-3 оборота у тихоходных дизелей и за 8-10 оборотов у быстроходных. При этом Nmin у тихоходных дизелей должно быть 50-70 об/мин, а у быстроходных 100-150 об/мин. Двигатели с малыми диаметрами цилиндра отличаются более трудным пуском и требуют относительно большей затраты мощности для обеспечения пуска. Это объясняется тем, что с уменьшением диаметра цилиндра возрастает его относительная поверхность охлаждения.

На пусковые качества влияют также способ смесеобразования и конструкция топливной аппаратуры. Наилучшими пусковыми качествами обладают дизели с неразделенными камерами сгорания. Предкамерные и вихрекамерные дизели имеют весьма затрудненный пуск. Для облегчения пуска холодного дизеля прибегают к мерам, облегчающим и ускоряющим смесеобразование и самовоспламенение. В зависимости от конструкции, назначения, места установки и условий использования, к ним относятся подогрев воздуха при впуске, смазочного масла и топлива; заполнение зарубашечного пространства горячей водой; периодическая работа вхолостую. Для дизелей наиболее эффективным способом следует считать подогрев топлива непосредственно перед впрыском в цилиндр. Использование простого приспособления в виде спирали, окружающей корпус форсунки и питаемой электроэнергией от аккумуляторов, позволяет обеспечить надежный пуск в самых неблагоприятных условиях.

Для безопасной и надежной работы двигателя после пуска необходимо соблюдать определенный режим прогрева. Прогрев - это неустановившийся тепловой процесс, характеризующийся изменением: температур стенок цилиндра и температурных напряжений в крышке цилиндра, втулке и поршне; зазоров между втулками и поршнями; температуры и вязкости смазочного масла; температуры охлаждающей воды. Если после пуска без предварительного прогрева холодный двигатель нагрузить на полную мощность, то суммарные напряжения в ряде деталей могут превзойти допускаемые, в результате чего возникнет опасность появления трещин. Например, у двигателя 18 Д (п = 400 об/мин, D = 300 мм, S = 380 мм, цилиндровая мощность 74 квт) в случае выхода сразу после пуска на режим 0,75 Nном максимальные напряжения в крышке цилиндра наступают уже через 2 мин, близки к предельно допускаемым и появляются чаще, чем в других деталях.

Поршень и втулка также работают в неблагоприятных условиях. Так как прогрев поршня и втулки происходит неравномерно, то это приводит к неравномерному расширению и деформации поршня и втулки; зазоры между ними меняются также неравномерно, хотя стабилизация температур поршня и втулки при прогреве двигателя происходит почти одновременно. Если зазоры при монтаже установлены правильно, то задиры поршня из-за более быстрого прогрева его головки по сравнению с втулкой происходить не должны. Так, для того же двигателя 18 Д температуры, при которых зазор между поршнем и втулкой сводится к нулю, составляют для головки поршня 280° С, для тронка в районе бобышек 140° С, для нижней части тронка 120° С. Испытания показывают, что эти температуры не достигаются даже при выходе сразу после пуска на полную нагрузку, а нормальная величина зазора устанавливается через 20 мин после пуска. Это говорит о том, что при правильном выборе величин зазоров по мере прогрева зазор между поршнем и втулкой изменяется плавно, и появление задиров поршня не связано с характером изменения температур поршня и втулки при прогреве; они чаще всего появляются в результате местного перегрева отдельных участков поршня или втулки.

Резкое повышение вязкости масла при температурах ниже 15-18° С создает большие трудности в обеспечении надежной смазки двигателя. При пуске холодного двигателя стабилизация температуры масла происходит более длительно, чем температура стенок цилиндра. Так, нагрев масла, начальная температура которого 10° С, до 18° С длится 20-25 мин и зависит от нагрузки двигателя после пуска. Через 30 мин после пуска температура стенок цилиндра уже может стабилизироваться, в то время как температура масла на 10-12° ниже установившейся. Но в обычных условиях начальная температура масла нередко может быть ниже 10° С, и продолжительность прогрева еще более возрастает.
Вода в двигателе нагревается быстрее, чем масло. Нагрев масла может быть ускорен, если в системе предусмотрен перепуск масла мимо холодильника при помощи термостата или подача воды, которая нагревается раньше чем масло, через масляный холодильник.