柴油在柴油發電機組氣缸內燃燒是一個複雜的物理－化學變化過程，燃燒過程的完善程度，直接影響著柴油機的作功能力、熱效率和使用期限，其燃燒過程劃分為四個階段：
1.燃燒準備階段(滯燃期)
從燃油噴入到著火開始這一時期為燃燒準備階段。在這一階段，燃油需加熱、蒸發、擴散並與氣流混合等物理準備過程，以及分解、氧化等化學準備過程。
2.速燃階段
從著火開始到氣缸內出現最高壓力時止的這一階段。當少量柴油著火以後，可燃混合氣的數量繼續增加火焰迅速傳播，燃燒速度加快，放熱速率高。氣缸內的壓力和溫度急劇升高。但壓力升高過快時，會使曲柄連桿機構受到很大的衝擊載荷，並伴隨有尖銳的敲擊聲，柴油機工作粗爆，這種情況應予以限制。為使柴油機工作平穩，最大壓力增長率不應超過292kPa～588kPa/1°(曲軸轉角)。
3.主燃階段(緩燃期)
從爆發壓力出現點到最高燃燒溫度出現點之間的階段為主燃階段。本階段的特點是噴油已經結束，大部分的燃油在此期間燃燒，放出總熱量的約80%左右，燃氣溫度上升到最高點。但由於活塞的下移，氣缸容積增大，所以氣缸內的壓力變化不大。供油在這一階段結束。
4.過後燃燒階段
從最高燃燒溫度點到燃燒結束止的階段。在這一階段，氧氣已大量消耗，後期噴入的燃油就沒有足夠的氧氣與之混合進行燃燒，加之活塞的進一步下移，氣缸內壓力和溫度有較大的下降，使燃燒條件更加惡化，以致燃油燃燒不完全，出現排氣冒黑煙現象，使有關零部件熱負荷增加，影響柴油機經濟性和使用壽命，所以應盡量減少後燃期的燃燒。
