进气冲程：进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧作好准备。要实现进气，缸内与缸外要形成压差。因此，此冲程排气门关闭，进气门打开，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的气缸内的容积逐渐扩大，压力降低，缸内气体压力低于大气压力约68~93kPa。在大气压力的作用下，新鲜空气经进气门被吸入气缸，活塞到达下止点时，进气门关闭，进气冲程结束。
压缩冲程：压缩冲程的目的是提高气缸内空气的压力和温度，为燃料燃烧创造条件。由于进、排气门都已关闭，气缸内的空气被压缩，压力和温度亦随之升高，其升高的程度，取决于被压缩的程度，不同的柴油机略有不同。当活塞接近上止点时，缸内空气压力达（3000~5000）kPa ，温度达500~700℃，远超过柴油的自燃温度。
膨胀(做功)冲程：当活塞上行将终了时,喷油器开始将柴油喷入气缸，与空气混合成可燃混合气，并立即自燃，此时，气缸内的压力迅速上升到约6000~9000kPa，温度高达（1800~2200）℃。在高温、高压气体的推力作用下，活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而做功。随着气体膨胀活塞下行其压力逐渐降低，直到排气门被打开为止。
排气冲程：排气冲程的目的是清除缸内的废气。做功冲程结束后，缸内的燃气已成为废气，其温度下降到（800~900）℃，压力下降到（294~392）kPa。此时，排气门打开，进气门仍关闭，活塞从下止点向上止点移动，在缸内残存压力和活塞推力的作用下，废气被排出缸外。当活塞又到上止点时，排气过程结束。排气过程结束后，排气门关闭，进气门又打开，重复进行下一个循环，周而复始不断对外做功。
