一、內燃機的構造和有關名詞
為了說明內燃機的工作原理，首先介紹一下內燃機的構造和有關名詞。柴油機的主體部分為圓柱的氣缸體4，在氣缸體內有上下移動的圓柱形活塞，為了防止燃燒氣體泄漏，在活塞上裝有密封氣體的活塞環。氣缸體的上部為氣缸蓋，在氣缸蓋上進氣通道和排氣通道以及進氣門和排氣門，進、排氣門之間裝有噴油器。活塞中部裝有活塞銷，通過它與連桿上部相接，連桿下部連接曲軸，通過曲軸末端的飛輪輸出功率。
內燃機在工作時活塞處于上下兩個極端位置示意圖。
（1）上止點（又叫上死點）——活塞頂面位移到距離曲軸中心線最遠時的位置。
（2）下止點（又叫下死點）——活塞頂面位移到距離曲軸中心線最近時的位置。
（3）活塞沖程（又叫活塞行程）——活塞的上止點與下止點間的距離，單位為毫米。活塞移動一個行程時，曲軸旋轉半圈（180度）。因此，活塞沖程等于曲柄半徑的兩倍。
（4）燃燒室容積（又叫壓縮室容積）——活塞在上止點時，活塞頂以上（包括活塞頂部的凹坑）和氣缸蓋底部（包括氣缸蓋內部的輔助燃燒室）之是所構成空間的容積，單位為升。
（5）氣缸工作容積——活塞在上下止點位置時其間的氣缸容積，單位為升。
（6）發動機排量——一臺內燃機各個氣缸工作容積之和（對單缸內燃機其排量就是氣缸工作容積），單位為升。
（7）氣缸總容積——活塞在下止點位置時，活塞上部所有密封容積，單位為升。
氣缸總容積=燃燒室容積+氣缸工作容積
（8）壓縮比——氣缸總容積與燃燒室容積的比值
壓縮比=氣缸總容積
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燃燒室莼?BR> 壓縮比表示活塞由下止點移到上止點時，氣體在氣缸內被壓縮的程度。壓縮比越大，壓縮時氣體在氣缸內被壓縮得就越高。柴油機壓縮比的范圍一般為16～20。汽油機壓縮比的范圍一般為6～8。
二、內燃機的工作原理
內燃機的工作原理是利用燃料在氣缸內燃燒產生的熱能，通過氣體受熱膨脹推動活塞移動，再經過連桿傳遞到曲軸使其旋轉做功。
內燃機在實際工作時，由熱能到機械能的轉變是無數次的連續轉變。而每次能量轉變，都必須經歷進氣、壓縮、作功和排氣四個過程。每進行一次進氣、壓縮、作功和排氣叫做一個工作循環。若曲軸每轉兩圈，活塞經過四人沖程完成一個工作循環的叫做四沖程內燃機；若曲軸每轉一圈，活塞只經過兩個沖程就完成一個工作循環的叫做二沖程內燃機。
（一）四沖程柴油機的工作過程四沖程柴油機的工作過程
1、進氣沖程
進氣沖程是實現吸進新鮮空氣的過程。靠飛輪旋轉慣性的作用車動曲軸，將活塞由上止點位置逐漸拉向下止點，這時通過配氣機構開啟進氣門、關閉排氣門，隨著活塞向下移動，氣缸內的容積逐漸增大，產生真空吸力，新鮮空氣不斷地被吸進氣缸。活塞移動到下止點（即活塞移動一沖程），進氣沖程結束，進氣門關閉。
2、壓縮沖程
在飛輪帶動下，曲軸繼續旋轉推動活塞由下止點向上止點運動。這時進、排氣門均關閉，在活塞移動中氣缸內的容積逐漸減小，而氣體的壓力和溫度逐漸升高。當活塞移動到上止點時，氣缸內氣體的壓力可達到2940～4410千帕（30～45千克力.平方厘米），溫度可達500～700攝試度（比柴油的自燃溫度高150～250攝試度）。至此活塞移動了第二個沖程，曲軸累計回轉了一圈，壓縮沖程終了。
3、作功沖程
當壓縮沖程接近終了時，進、排氣門繼續關閉，噴油器開始向氣缸內噴入霧狀柴油，在氣缸內高溫空氣的作用下，油霧很快被蒸發，并與高溫空氣混合成可燃混合氣體而迅速自行著火燃燒，放出大量熱能，使氣缸內氣體受熱發生猛烈膨脹，氣體的壓力迅速增到5900～8800千帕（60～90千克力/平方厘米），溫度可達1500～2000攝試度。從而產生很大的推力迫使活塞從上止點向下止點運動，并通過連桿使曲軸旋轉，從而帶動飛輪旋轉，起儲能作用，將柴油發出的熱能轉變為曲軸旋轉的機械能。隨著活塞向下止點運動，氣缸內氣體的壓力和溫度下降。至活塞移動到下止點，曲軸累計回轉了一圈半，作功沖程終了。
4、排氣沖程
由飛輪帶動，曲軸繼續旋轉，活塞由下止點移向上止點，通過配氣機構開啟排氣門，氣缸中燃燒后的廢氣被向上運動的活塞擠壓，經排氣門排出氣缸，排氣的溫度為300～500攝試度，壓力為103～122千帕（1.05～1.25千克力/平方厘米），活塞到達上止點時，排氣沖程結束，排氣門關閉。至此，活塞移動了四個沖程，曲軸累計回轉兩圈。
上述四個沖程完成后，即完成了一個工作循環。當活塞再次從上止點移向下止點時，又開始了第二個工作循環。這樣周而復始，柴油機連續運轉，不斷向外輸出動力。在這個工和循環中曲軸回轉了兩圈，活塞經過了四個沖程，所以稱這種柴油機為四沖程柴油機。
（二）四沖程汽油機的工作過程
四沖程汽油機的工作過程與四沖程柴油機的工作過程基本相同，每一個工作循環同樣有進氣、壓縮、作功、排氣四個沖程。其主要區別有以下幾點：
1、在進氣過程中，進入氣缸的不是純空氣，而是空氣與汽油相混合的可燃混合氣。在進氣通道上裝有化油器，空氣在進氣沖程的吸力作用下，以較高的流速流經化油器，將被吸入化油器喉管的汽油吹散和霧化，形成可燃混合氣進入氣缸。
2、汽油機吸入的混合氣是由電火花強制點火，而不是壓縮自燃（壓縮比較小，壓力和溫度都比較低，不足以引起自燃）。在氣缸獸上裝有火花塞，當活塞在壓縮沖程運行到臨近上止點時，炎花塞在高壓電的作用下產生電火花將可燃混合氣點燃。
從以上柴油機和汽油機的工作過程中可以見到在工作循環中只有一個作功沖程是活塞驅動曲軸旋轉而作功的，其它三個沖程都是為作功沖程作準備，均需要由曲軸帶動活塞運動，要消耗一部分能量。因此，在曲軸的一端均裝有一轉動慣量較大的飛輪。在作功沖程驅動曲軸及飛輪旋轉，產生轉動慣量帶動在氣缸中運動的。另外，單缸四沖程內燃機曲軸每旋轉兩圈只有半圈（作功沖程）作功，運轉不均勻，所以會產生較大的震動，因此在單缸機上都有尺寸較大的、重量較重的飛輪來儲存能量，保持運轉的平穩性。
（三）多缸四沖程內燃機的工作過程
具有兩個或兩個以上氣缸的內燃機稱為多缸內燃機。若單機要求較大的功率時，采用單缸內燃機則需加大氣缸的直徑和沖程，相應的零部件都要加大尺寸，使機器相當笨重。運動部件的運動慣量增大，難以平衡，導致工作起來不穩定，震動較大。因此，較大功率的內燃機，一般都不采用單缸加大缸徑方式，而是采用較小缸徑、多缸的型式。由于多缸內燃機的作功沖程是相互交替均勻分配的，所以多缸比單缸內燃機旋轉均勻、工作穩定。
多缸四沖程內燃機可視為由多個單缸機共用一根曲軸和一個大機體組合而成的,每個氣缸與單缸機一樣各自完成本身的工作循環,只是各氣缸的作功沖程相互錯開,使各缸的同一沖程按一定的工作順序排列組合
。
二缸四沖程內燃機曲軸的兩個曲柄位于同一平面內，方位相反而相互錯開180度。
三缸四沖程內燃機曲軸的曲柄夾角互為120度，其工作順序為1—2--3缸或1--3--2缸兩種方式。三缸四沖程內燃機作功間隔是均勻的，在每一缸的作功沖程后都有60度的間歇時間，下缸才開始作功，三缸機運轉平穩，是小缸徑多缸機的發展方向。
（四）二沖程內燃機的工作過程
四沖程內燃機的曲軸旋轉兩圈，活塞經過了四個沖程才完成一個工作循環；而二沖程內燃機的曲軸轉一圈，活塞經過兩個沖程就可完成一個工作循環，這是四沖程與二沖程內燃機的基本區別。
第一沖程：當活塞從下止點向上止點運動時，活塞起著一個上擠下吸的作用。在運動中活塞關閉了換氣孔和排氣孔，在活塞的上部使進入氣缸內燃機混合氣受到壓縮。當活塞繼續上升，活塞的下部將進氣孔打開時，開始吸氣，由于曲軸箱的容積不斷增加，產生吸力，化油器中的可燃混合氣便被吸入曲軸箱。
第二沖程：當活塞接近上止點時，火花塞點燃被壓縮的可燃混合氣，活塞起著上推下壓作用。在活塞上方燃氣膨脹產生的壓力使活塞向下移動而作功。當活塞繼續向下移動時，在活塞的下方首先關閉氣孔，使曲軸箱內的可燃混合氣受到擠壓，當繼續向下移動時，排氣孔被打開，氣缸中的廢氣受到燃氣壓力的作用自行排出。當活塞再向下移動時，換氣孔被打開，曲軸箱內受擠壓的可燃氣體經換氣孔進入氣缸，并幫助驅掃廢氣。該掃氣過程實際上是排氣和進氣兩個工作過程的結合，一直到活塞經過下止點后，再向上運動將換氣孔和排氣孔封閉后才結束。
由此可知，二沖程汽油機沒有一個單獨的進氣和排氣沖程，進氣和排氣過程分別是與壓縮和作功的過程同時進行的。所以，二沖程汽油機曲軸轉一圈，活塞走兩個沖程即完成一個工作循環。