柴油機的基本工作原理就是把柴油在汽缸中燃燒產生的熱能，透過曲柄連桿機構變成機械能對外做功。其工作過程如圖1-10所示。

圖1-10 單缸四衝程柴油機的工作過程

（a）進氣 （b）壓縮 （c）作功 （d）排氣

（1）進氣衝程（圖1-10a）

曲軸旋轉帶動活塞由上止點向下止點移動，進氣門開啟，排氣門關閉。汽缸內容積增大，壓力降低，產生吸力，新鮮空氣經進氣門被吸入汽缸，活塞行至下止點，進氣結束。曲軸轉了第一個半圈。

（2）壓縮衝程（圖1-10b）

曲軸繼續旋轉，活塞由下止點向上止點移動，進、排氣門均關閉。汽缸內容積減小，壓力增大，空氣被壓縮，溫度升高，超過柴油自燃溫度，活塞到達上止點時，壓縮結束。曲軸轉了第二個半圈。

（3）作功衝程（圖1-10c）

壓縮衝程接近上止點時，進、排氣門仍關閉。柴油由噴油嘴以霧狀噴入汽缸，與高溫空氣混合開始自燃，產生高壓，推動活塞下行作功，直至下止點，作功結束。曲軸轉了第三個半圈。

（4）排氣衝程（圖1-10d）

利用飛輪的慣性使活塞由下止點向上止點移動，進氣門關閉，排氣門開啟。燃燒後的廢氣經排氣門排出，活塞到上止點，排氣結束。曲軸轉了第四個半圈。

四衝程柴油機只有一個衝程為作功衝程，其餘三個輔助衝程是靠飛輪將作功衝程部分動能儲存起來釋放出轉動慣量，克服摩擦力和其他阻力，帶動曲柄連桿機構運動而完成的。