柴油发动机都是压缩燃烧式的。柴油发动机的工作通过进气、压缩、燃烧膨胀和排气四个过程来完成，这四个过程构成了一个工作循环。活塞通过四个过程才能完成一个工作循环的柴油发动机称为四冲程柴油发动机。

四冲程柴油发动机的工作原理如下：

一、进气行程
第一个循环——进气的任务是让气缸内充满新鲜空气。进气行程开始时，活塞位于上止点，气缸内的燃烧室中残留有废气。当曲轴旋转肘部时，连杆使活塞从上止点向下止点移动，并且通过与曲轴连接的传动机构打开进气门。随着活塞向下运动，气缸内活塞上表面的容积逐渐增大，气缸内的空气压力低于进气管内的压力，因此外部气体不断填充气缸。活塞接近下止点时，进入气缸的气流仍然高速惯性大，为了利用气流惯性提高充气量，进气门在活塞过下止点后关闭。此时活塞会上升，但由于气体流动的惯性，气体会填充到气缸中。

二、压缩行程
第二行程——压缩。压缩时活塞从下止点之间向上死点作用。这个行程有两个作用，一个是提高空气温度，为燃料自行起火做准备。二是为瓦斯膨胀创造工作条件。活塞上升，进气门关闭后，气缸内的空气被压缩，随着容积变小，空气的压力和温度也上升。压缩终点的压力和湿度与空气的压缩程度有关。也就是说，它与压缩比有关。一般压缩终点的压力和温度为Pc=4~8MPa，Tc=750~950K。

三、燃烧膨胀行程
第三行程——燃烧膨胀。这个行程开始后，喷出到燃烧室内的燃料大部分燃烧了。燃烧时会释放大量热量，导致气体压力和温度急剧上升，活塞在高温高压气体的作用下向下运动，连秆带动曲轴旋转，向外做功。所以，这个行程也被称为工作或工作行程。随着活塞的下降，气缸容积增大，气体压力下降，工作行程在活塞行到达下止点、排气阀打开时结束。

四、排气行程
第四行程——排气。排气行程的作用是排出膨胀的废气，填充新鲜空气，为下一次循环的吸气做准备。工作行程的活塞运动到下止点附近时，排气阀打开，活塞被曲轴和连杆驱动，从下止点向上死点运动，将废气排出气缸外。由于排气系统存在阻力，排气行程开始时，气缸内的气体压力比大气压高0.025—0.035MPa，其温度Tb=1000~1200K。为了减少排气时活塞运动的阻力，排气阀在下止点之前打开。排气阀打开后，具有一定压力的气体立即飞出气缸，气缸内的压力迅速下降，活塞向上运动后，气缸内的排气依靠活塞上方排出。为了利用排气时的气流惯性将废气排出干净，排气阀在上死点以后关闭。排气行程结束后，进气行程再次开始，整个工作循环按照上述步骤重复。