柴油机的工作过程分为四个阶段：进气、压缩、燃烧和排气。在进气阶段，气缸内的活塞向下移动，打开进气门，使空气通过进气道进入气缸。与此同时，燃油喷射泵将精确计量的柴油喷射到进气道中，与进入气缸的空气混合。
接下来是压缩阶段。当活塞向上移动时，进气门关闭，气缸内的空气被压缩。由于柴油的高压燃烧性质，当空气被压缩到一定程度时，它的温度也随之升高。
在柴油机中，混合气的着火方式是通过压缩来实现的，即压燃。当气缸内的空气被压缩到一定的温度和压力时，柴油喷射泵将柴油喷射到气缸中。由于气缸内的空气已经被压缩到高温高压状态，喷入的柴油会被迅速蒸发和气化。随后，柴油与气缸内的空气充分混合，形成可燃混合气。
最后是燃烧阶段。当柴油与空气混合成可燃混合气后，活塞继续向上移动，压缩混合气。此时，由于混合气的高温高压状态，柴油会在压缩过程中自燃。这种自燃产生的燃烧称为压燃，也是柴油机的特点之一。压燃燃烧时，柴油会迅速燃烧释放能量，推动活塞向下运动，产生动力。
最后是排气阶段。当活塞向下运动时，废气通过排气门排出气缸，为下一个工作循环做准备。