以四沖程柴油機為例，對柴油機的工作原理進行介紹。四沖程柴油機的四個沖程方便稱為進氣、壓縮、作功和排氣沖程。

1.四沖程正時相位圖

正時相位圖是用來識別所有四個沖程是何時發生的方法。在相位圖上畫出了四沖程發動機的各個過程。在相位圖頂部，活塞正好處在上止點(TDC)位置。TDC之前發生的過程稱為BTDC(上止點前)，上止點后發生的稱為ATDC(上止點后)。相位圖的底部是活塞處于下止點(BDC)位置。

2.四沖程柴油工作原理

（1）進氣沖程

在進氣沖程過程中，活塞在曲軸的帶動下，從上止點移動到下止點、此時進氣門打開，排氣門關閉。由于氣缸內容積增大，氣缸內壓力低于大氣壓、因此，新鮮空氣通過吸氣門進入氣缸。由于進氣系統有阻力，空氣進入氣缸后的壓力低于大氣壓。進氣結束時氣缸內的壓力約為0.8～o.9個大氣壓，溫度在40～70℃。此過程結束時，氣缸內充其量越多，可以噴入的燃油量也越多，燃燒過程放出的能量就越多，柴油機發出的功率就越大；

（2）壓縮沖程

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。此過程結束時，氣缸內空氣溫度約在500～700℃，壓力為27～49個大氣壓；

（3）作功沖程

活塞從上止點移動到下止點，進、排氣門都處于關閉，壓縮過程結束時，噴油器將高壓燃油噴人氣缸，與高溫高壓空氣混合，由于溫度高于柴油自燃點，產生大量熱能，使氣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，對外做功，此過程最高燃燒壓力約為60～90個大氣壓、溫度最高達到1700～2000℃。隨著膨脹作用的進行，熱能轉變為機械能，氣缸內氣體的壓力、溫度急劇下降，到膨脹結束時，氣缸內的壓力下降至4個大氣壓，溫度降到600～900℃。

（4）排氣沖程

排氣沖程活塞從下止點移動到上止點，此時進氣門關閉，排氣門打開。膨脹結束后，氣缸內氣體已失去做功的能力，稱為廢氣。為了使新鮮空氣重新進入氣缸，需將廢氣排出。廢氣在活塞上行的排擠下，經過排氣門到出缸外。排期結束時，氣缸內的壓力約為1.03～1.08個大氣壓，溫度約為350～600℃。

至此，活塞又回到上止點，單缸四沖程柴油機完成一個工作循環，曲軸轉動兩圈。此外，實際情況下，柴油機的進、排氣門動作的時間并非活塞移動到上、下止點，而是進氣門在上止點前打開，下止點后關閉；排氣門在下止點前打開，上止點后關閉。

從四沖程柴油機的四個工作過程可以看出，只有作功的，其他三個沖程為輔助過程，需要消耗能量。所耗能量，單缸柴油機由飛輪儲存的能量提供，多缸柴油機則靠其他缸的作功沖程來提供。