Изначально, основным направлением научных исследований было и остается рабочие процессы, протекающие в цилиндре двигателя:
- газообмен,
- впрыскивание топлива,
- испарение,
- смесеобразование и сгорание топлива.
Исследование и процессов в топливоподающей аппаратуре дизелей и их регулирования получило развитие в начале 30-х годов. Основоположником данного направления на кафедре и в СССР считается проф. Г.Г. Калиш.
Исследования газообмена первоначально проводились применительно к двухтактным двигателям различных схем. Одной из первых работ была диссертация Орлина А.С. “Расчет выпускных органов двухтактных двигателей с учетом влияния впускной системы”, защищенная в 1937. В начале 60-х годов начали разрабатываться методики расчета потоков газа в нестационарной постановке. В дальнейшем накопленный опыт был распространен на четырехтактные двигатели.
В это же время большое внимание уделялось исследованию процесса смесеобразования и сгорания. Ведущую роль в этих исследованиях сыграл проф. Вырубов Д.Н., который в 1939 г. предложил модель сажеобразования в дизелях.
В начале 60 –х начало активно развиваться направление – моделирования теплонапряженного состояния деталей двигателя.