柴油機車的工作原理是通過進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣這四個連續的過程，將柴油的化學能轉化為機械能，從而驅動機車運行。在進氣過程中，新鮮空氣進入氣缸；壓縮階段，空氣被壓縮升溫；燃燒膨脹時，噴入的柴油燃燒釋放能量推動活塞做功；排氣時，廢氣排出氣缸。這四個過程周而復始，使柴油機車持續獲得動力，實現穩定的行駛。

具體來說，進氣過程是柴油機車工作的起始階段。進氣沖程開始時，活塞位于上止點，此時氣缸燃燒室內還殘留著上一工作循環的廢氣。隨著曲軸的轉動，連桿帶動活塞從上止點緩緩移到下止點，同時通過傳動機構打開進氣門。在活塞向下運動的過程中，氣缸內活塞上表面的空間體積不斷增大，其內部壓力逐漸低于進氣管內的氣壓。于是，外界的新鮮空氣在壓力差的作用下，順暢地涌入氣缸，當活塞接近下止點時，進氣門關閉，但此時氣流仍具有慣性，會繼續為氣缸充氣，確保氣缸內充滿新鮮空氣，為后續的燃燒過程提供充足的氧氣 。

緊接著的壓縮過程至關重要。活塞從下止點開始向上死點運動，這個過程有著兩個關鍵作用。其一，通過壓縮空氣來提高空氣的溫度，為后續燃料的著火創造良好條件；其二，為氣體的膨脹創造必要的條件。在這一階段，進氣門和排氣門均處于關閉狀態，氣缸內的空氣被活塞不斷壓縮，其壓力和溫度也隨之急劇上升。隨著空氣被壓縮得越來越緊密，內部能量不斷積聚，為即將到來的燃燒過程做好充分準備。

隨后進入燃燒膨脹過程，這是柴油機車產生動力的核心階段。行程開始后，噴油器將大部分燃油精準地噴入燃燒室，此時燃燒室中的空氣由于之前的壓縮，溫度已經很高，足以使噴入的柴油迅速自燃。柴油燃燒會釋放出大量的熱量，瞬間讓氣體的壓力和溫度急劇上升。在高壓高溫氣體的強大推力作用下，活塞被迫向下運動，而活塞的運動又通過連桿帶動曲軸旋轉，從而對外做功，為柴油機車提供前進的動力。

最后是排氣過程。當工作沖程中活塞運動到下止點附近時，排氣門開啟。活塞從下止點開始向上運動，如同一個“清掃工”，將氣缸內燃燒后的廢氣逐一排出氣缸。至此，一個完整的工作循環結束。

總的來看，柴油機車依靠這四個緊密相連、周而復始的過程，不斷地將柴油蘊含的化學能轉化為機車運行所需的機械能。這一工作原理讓柴油機車能夠穩定地輸出動力，在各種路況和運輸場景中發揮著重要作用，成為交通運輸領域不可或缺的一部分 。