四冲程柴油机和四冲程汽油机一样，每个工作循环，也是由进气、压缩、作功和排气4个行程组成。由于柴油机所使用的燃料是柴油，因此，可燃混合气的形成和着火方式与汽油机完全不同。下面主要介绍柴油机与汽油机工作循环的不同之处。
四冲程柴油机工作原理如图如下;

1,进气行程
如图a所示，进气行程进入气缸的是纯空气。由于柴油机没有化油器，进气阻力比汽油机小，且上一行程残余废气的温度比汽油机低，所以，进气行程结束时，气体压力约为0.075~0.095MPa,温度约为320~350k.
2,压缩行程
如图b所示，由于柴油机压缩比较高，一般为16-22.因此，压缩终了气体的温度和压力比汽油机高。压力可达3.5-4.5MPa，温度约为750-1000k。
3，作功行程
如图c所示，由于柴油机是压燃式发动机，此行程与汽油机有很大的差异。在压缩行程末，喷油泵将高压柴油经喷油器呈雾状喷入气缸内的高温，高压空气中，柴油被迅速气化，并与空气混合。由于此时缸内温度大于柴油的自然温度，柴油混合气便立即自行着火燃烧，汽缸内压力和温度急剧升高，推动活塞下行作功。
4，排气行程。
如图d所示，此行程与汽油机基本形同。排气终了时汽缸内压力与汽油机没有太大差别，温度略低，约为800-1000k.