下面以單缸非增壓四沖程柴油機為例，說明其工作原理。

 

　　（1）第一沖程：進氣沖程［圖(a)~（b）

 

　　活塞在旋轉的曲軸帶動下，從上止點移動到下止點，這時進氣門打開，排氣門關閉。由于汽缸內容積增大，使汽缸內的壓力低于大氣壓在汽缸內外壓力差的作用下，外界新鮮空氣通過進氣門吸人汽缸。由于進氣系統有阻力，空氣進入汽缸后的壓力低于大氣壓力進氣終了時汽缸內的壓力約為0.08~0.09MPa，汽缸內空氣的溫度則高于大氣溫度，一般溫度在4070℃。

 

　　進氣過程對柴油機工作影響很大，進氣沖程結束時，汽缸內充氣量愈多，可以噴人的燃油量也愈多，燃燒過程放出的熱量就愈多，柴油機發出的功率就愈大。

 

　　（2）第二沖程：壓縮沖程［圖(b）~（c)］

 

　　活塞從下止點移動到上止點，進、排氣門都處于關閉狀態，活塞便逐漸將第一沖程吸入的空氣壓縮在燃燒室內，使空氣的溫度和壓力升高。同時在壓縮沖程接近終了時，噴油器將高壓燃油噴入汽缸與高溫高壓空氣混合形成可燃混合氣，此時汽缸內空氣溫度約在500~700℃范圍內，壓力為2.74~4.9MPa。

 

　　（3）第三沖程：工作沖程［圖(c）~(d)］

 

　　活塞從上止點移動到下止點，進、排氣門仍然關閉。當溫度超過柴油自燃點后，柴油便自行著火燃燒，產生大量熱能，使汽缸內溫度和壓力急劇升高。高溫高壓氣體推動活塞下移，經連桿帶動曲軸旋轉，對外作功。這一沖程最高燃燒壓力約為6.0～9.0MPa，溫度最高可達1700~2000℃。隨著膨脹作用的進行，熱能變成了機械能，汽缸內氣體的壓力、溫度急劇下降，到膨脹終了時，汽缸內的壓力已下降到0.24-~0.44MPa，溫度降到600~900℃。

 

　　（4）第四沖程：排氣沖程［圖（d）~（a)

 

　　活塞從下止點移動到上止點，此時進氣門關閉，排氣門打開。膨脹終了的氣體已失去作功的能力，變成廢氣。為了使新鮮空氣重新進入汽缸就必須排除廢氣。廢氣在活塞上行的排擠下，經排氣門排出缸外。排氣終了時，汽缸內的壓力約為0.103～0.108MPa，溫度約為350-600℃。

 

　　當排氣終了時，活塞又回到上止點，至此單缸四沖程柴油機完成了一個工作循環。曲軸在這一工作循環中轉動兩圈，即720。（曲軸轉角），活塞則經過四個沖程：進氣、壓縮、工作、排氣。