活塞在曲軸的帶動下由上止點移至下止點。此時進氣門開啟，排氣門關閉，曲軸轉動180°。在活塞移動過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內氣體壓力從pr逐漸降低到pa，氣缸內形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進氣門被吸入汽缸，并在汽缸內進一步混合形成可燃混合氣。由于進氣系統存在阻力，進氣終點時，汽缸內氣體壓力小于大氣壓力p0 ，即pa= (0.80～0.90）p0。進入汽缸內的可燃混合氣的溫度，由于進氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。
四沖程柴油機工作原理汽油機一樣，每個工作循環也是由進氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油與汽油相比，自燃溫度低、黏度大不易蒸發，因而柴油機采用壓縮終點壓燃著火（壓燃式點火），而汽油機是火花塞點燃。
氣缸體和曲軸箱通常鑄成一體，統稱為氣缸體，它是發動機的外殼及裝配基礎，一般采用優質合金鑄鐵或鋁合金制成。氣缸體內呈圓柱形的空間稱為氣缸，氣缸表面稱為氣缸壁。氣缸是氣體交換、燃燒的場所，也是活塞運動的軌道。為保證活塞與氣缸的密封及減少磨損，氣缸壁應具有有效較高的加工精度和較低的表面粗糙度。為了使氣缸在工作時的熱量得到散發，在氣缸體、氣缸套機體之間制有能夠容納冷卻液的夾層空腔，稱為水套。
氣門挺桿的作用是將凸輪的推力傳給推桿或氣門。挺桿的類型有菌型、筒形非液壓式、筒形液壓式等，筒形液壓式等，筒形液壓式挺桿無氣門間隙，可以減少發動機的噪聲，但精度要求嚴、成本高，多應用于高級轎車發動機。
氣門推桿的作用是將挺桿的推力傳給搖臂，驅動氣門開啟。推桿的上、下端頭經熱處理并拋磨，以提高耐磨性；桿身有實心和空心兩種。