四冲程柴油机（压燃式发动机）的每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机的燃料是柴油，其粘度比汽油大，而其自燃温度却较汽油低，故可燃混合气的形成及着火方式都与汽油机不同。
柴油机在进气行程吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油机喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。因此，这种发动机的可燃混合气是在气缸内部形成的。
由于柴油机的压缩比高（一般为16～22），所以压缩终了时气缸内的空气压力可达3.5～4.5MPa，同时温度高达750～1000K，大大超过柴油的自燃温度。因此，柴油喷入气缸后，在很短时间内与空气混否硬怠瑚惭发火燃烧。气缸内气压急剧上升到6～9MPa，温度也升到2000～2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功。废气同样经排气管排人大气中。