Giai đoạn đầu quá trình giãn nở được diễn ra trong điều kiện môi chất công tác vừa giãn nở vừa được cấp nhiệt (cháy rớt) làm cho số mũ đa biến trung bình ở giai đoạn này n’₂ so với chỉ số đoạn nhiệt của sản vật cháy k₂:

Trong tính toán quá trình giãn nở được coi là một quá trình đa biến với chỉ số giãn nở đa biến trung bình n₂ bằng:

Nếu buồng cháy của động cơ có diện tích làm mát càng nhỏ thì môi chất càng khó tản nhiệt và làm:

Đối với động cơ xăng khi tăng trạng thái nhiệt, tức là tăng nhiệt độ bề mặt các chi tiết trong thành xilanh trong thời kỳ giãn nở, nhưng hiện tượng cháy rớt rất ít xảy ra nên khi tăng trạng thái nhiệt cho động cơ sẽ làm:

Đối với động cơ diesel khi tăng trạng thái nhiệt sẽ làm giảm cháy rớt nhiều, làm cho

Khi tăng tốc độ của động cơ xăng sẽ làm giảm số nhiệt lượng tổn thất từ môi chất cho bên ngoài qua truyền nhiệt và rò khí, vì thời gian tiếp xúc giữa môi chất và thành xilanh ngắn đi nên:

Đối với động cơ Diesel, khi tăng tốc độ động cơ sẽ làm tăng thời kỳ cháy rớt khiến cho môi chất nhận nhiệt nhiều hơn, kết quả làm:

Đối với động cơ Diesel khi tăng tải là tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, qua đó làm giảm hệ số dư lượng không khí và làm tăng cháy rớt trên đường giãn nở. Vì vậy làm tăng phần nhiệt cấp cho động cơ trong quá trình giãn nở, dẫn đến: 

Trong quá trình giãn nở, khi piston đi xuống càng gần ĐCD, môi chất càng mất nhiệt nhiều hơn nhất là kể từ khi kết thúc cháy rớt trở đi, làm cho số mũ đa biến trung bình ở giai đoạn này n’₂ so với chỉ số đoạn nhiệt của sản vật cháy k₂: