在热力过程中，只有在工质膨胀过程才具有做功能力。需要使工质恢复到初始状态并反复进行膨胀，发电机才能连续不竭地产生机械功。因此，柴油发电机必需经过进气、压缩、膨胀、排气四个热力过程以后，才能恢复到起始状态，使柴油发电机连续不竭地产生机械功。四个热力过程就称为一个工作循环。
如果柴油发电机活塞走完四个冲程才完成一个工作循环，则称为四冲程柴油发电机。如果活塞走完两个冲程就完成一个工作循环，则称为二冲程柴油发电机。柴油发电机组常用四冲程柴油发电机。
四冲程柴油发电机的工作过程
（1）进气冲程。进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧作好准备，要实现进气，缸内与缸外要形成压差。因此，此冲程排气门关闭，进气门打开，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的气缸内的容积逐渐扩大，压力降低，缸内气体压力低于大气压力约为68一93kPa。在大气压力的作用下，新鲜空气经进气门被吸入气缸，活塞到达下止点时，进气门关闭，进气冲程结束。
（2）压缩冲程。压缩冲程的目的是提高气缸内空气的压力和温度，为燃料燃烧创造条件。由于进、排气门都已关闭，气缸内的空气被压缩，压力和温度亦随之升高，其升高的程度，取决于被压缩的程度，不同的柴油发电机略有不同。当活塞接近上止点时，缸内空气压力达3000～5000kPa，温度达500一700℃，远超过柴油的自燃温度。
（3）膨胀（做功）冲程。当活塞上行将终了时，喷油器开始将柴油喷入气缸，与空气混合成可燃混合气，并立即自燃，此时，气缸内的压力迅速上升到约6000一9000kPa，温度高达1800-2200℃。在高温、高压气体的推力作用下，活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而做功。随着气体膨胀活塞下行其压力逐渐降低，直到排气门被打开为止。
（4）排气冲程。排气冲程的目的是清除缸内的废气。做功冲程结束后，缸内的燃气已成为废气，温度下降到800～900℃，压力下降到294-392kPa。此时，排气门打开，进气门仍关闭，活塞从下止点向上止点移动，在缸内残存压力和活塞推力的作用下，废气被排出缸外。当活塞又到上止点时，排气过程结束。
排气过程结束后，排气门关闭，进气门又打开，重复进行下一个循环。这样，柴油发电机周而复始地对外做功。
