柴油機的工作原理與汽油機的工作原理基本相同，也有四個沖程，通過活塞往復運動做功。主要不同之處在於可燃混合氣的形成方法和著火方式，表10-6 所示為柴油機和汽油機的不同點。柴油機沒有化油器，進氣沖程中只有空氣通過進氣門進入缸體。由於柴油機的壓縮比高於汽油機，因此得到的高壓氣體溫度較高。
在壓縮沖程即將結束時，燃油通過噴油嘴直接噴入缸體，高壓空氣與噴入的燃料混合，使燃料在高溫高壓的狀態下自燃，這壹過程需要較高的壓力。燃料噴射速度和燃料與空氣的混合速度***同決定了燃料的燃燒速度。為了避免壹次進入燃料過多，導致缸體中壓力過高，可以在做功沖程持續噴入燃料。
汽油機通過節氣閥的位置改變發動機做功情況，怠速狀態下，節氣閥關閉，僅有少量的空氣進入缸體；輸出功較大時，通過節氣閥進入較多的空氣。而柴油機在不同的做功情況下，進入的空氣量是不變的，它通過控制燃料噴射量來決定發動機的速度和輸出功。
柴油機中，燃料被噴入燃燒室後，不能與空氣完全混合，缸體的中心燃燒狀態是富燃的，燃燒的區域不能到達缸壁。當柴油機滿負荷運行時，燃燒室中的富燃區域較大，而且燃料過剩量大，就會產生大量的黑煙。
柴油發動機根據構造不同分為直噴式和預混式兩種。直噴式柴油機的中央噴油嘴將燃油直接噴入燃燒室中，燃燒室中空氣和燃油的混合不充分，存在富燃區和貧燃區。預混式柴油機即間噴式柴油機，燃油不是直接噴入主缸，而是在主缸前增加了壹個預混缸，燃油首先在這裏燃燒，燃燒的氣體通過連接孔，進入主缸。這種工作方式，增加了氣體混合物的紊流，使燃油和空氣的混合更加充分，不存在過度富燃的區域，降低了黑煙顆粒物的形成，大多數輕型柴油機采用預混式。但是氣體膨脹通過連接孔進入氣缸的過程中，會損失壹部分能量，降低了發動機的效率。
2柴油機排放汙染物的形成
柴油機排氣的有害成分主要有CO、HC、NOx、硫化物以及顆粒物（或稱微粒物）、臭味等。由於柴油機使用的混合氣的平均空燃比較理論空燃比大，故其CO及HC排放明顯低於汽油機，柴油機NO的排放幾乎與汽油機相當，而顆粒物及令人討厭的氣體的排量遠高於汽油機，試驗證明柴油機顆粒物的排放可達汽油機的數10 倍。柴油機的排放特性與燃燒室的形式等有很大關系，特別是直噴式與間接噴射式柴油機的排放有較大的不同。渦流燃燒室柴油機的NO、CO、HC和煙度普遍低於直噴式柴油機，特別是NOx排放濃度壹般比直噴式柴油機的低1／3～1／2。
結構相同而燃燒室形式不同的直噴燃燒室及渦流燃燒室柴油機上試驗結果表明，直噴柴油機的NO、CO、HC及煙度都比渦流室的高，特別是高負荷時的NO、CO、煙度及低負荷時CO 及HC，差別非常明顯。但是，渦流室柴油機的燃油消耗率比直噴柴油機的高。