柴油机燃烧过程是柴油机实际工作循环能量转换的一个关键性环节。要组织好柴油机燃烧过程，必须从燃油、空气与燃烧室等各方面创造条件，如：空气量要足够；空气在燃烧室内应有足够强的涡流与紊流；喷油时空气要有足够的高温和高压以保证燃料及时迅速地着火与燃烧；要有适合的燃料，其自燃着火性能与压缩比相适应；燃料应不易积碳，不会引起腐蚀；要有适当的供油量与供油规律；燃料喷射的雾化质量和燃料在燃烧室的分布要合适，不滴油；燃烧室的结构应该促进空气与燃料的混合以利于燃烧的开展，热损失和工质流动损失要尽量减小。因此，为保证燃烧过程顺利进行，涉及到燃烧室的结构类型与工作原理、燃料供给系统的供油、喷射和气缸内的混合与燃烧等几个不同的物理——化学过程。本文主要分析燃油的喷射及影响喷射过程的几个因素。
一、柴油机燃油的喷射过程
在柴油机燃油供给系统工作时，从柱塞经高压油管到喷油嘴的针阀构成一个连通的空间，称为喷射系统。从柱塞开始压油到喷油嘴喷油、油管压力恢复，是一个喷射过程。燃油的喷射过程时间很短，压力很高，供油量又很少，燃料的可压缩性不可忽视，例如燃油压力升高到303.975×105 Pa时，柴油体积缩小1.2%～1.5%，压力下降时，柴油就会膨胀。柴油在高速流动中也要表现出摩擦阻力和运动惯性。
喷油泵柱塞压缩燃油，压力将以声速从柱塞端向针阀端传播，这是一种压力波。在压力还不足以打开针阀时，压力波又反射回来成为反射波，反射波到达柱塞端又与新的压力波叠加，再向针阀端传播。在压力高于针阀开启压力时，针阀升起，燃油高速喷入气缸。燃油向喷油嘴流动时，系统中流动速度的变化是一种速度波。由于压力波和速度波的传播和反射，再加上燃油的可压缩性、运动惯性和摩擦阻力，使系统中各处的压力与流速是不同的、随时变化的。
柴油机燃油的喷射过程有时被称为三个阶段，即喷油（始点）延迟阶段、主要喷油阶段和自由膨胀阶段（或渗漏阶段）。
二、影响喷射过程的几个因素
1.喷射延迟
喷射过程的喷油始点延迟于供油始点，这是由于从油泵供油到针阀开启，压力波在油管中传播需要时间，针阀升起也有延迟。当供油速度加大、油管较短、油管剩余压力较高和针阀开启压力较小的情况，延迟就会缩短；但当转速升高时，喷射延迟将延长。一般柴油机在安装调整时检验的是供油提前角，而喷油延迟可以达到10°左右（曲轴转角），所以还必须通过发动机台架试验才能判断提前角是否合适。
2.喷油规律
喷油规律是喷射过程中油泵凸轮每度的喷油量随凸轮转角（或曲轴转角）的变化关系d（Δg）/dφ=f（φ）（Δg —气缸中累积的喷油量；φ—曲轴转角）。在喷油规律曲线上，反映出喷油过程的起止点和过程中的喷油速率变化（凸轮单位转角喷油量的变化）。为避免速燃期压力增长率过高，要适当控制前一段的喷油量，在中间一段应该加速喷入，喷油最后应该尽快结束，以求不渗漏滴油。喷射延续也不应太长以免增加过后燃烧。
3.供油速度特性
喷油泵供油量随油泵转速的变化关系为供油速度特性，随油泵调节供油量的方法不同，特性的历程也不同。一般柱塞式喷油泵的速度特性曲线是随着转速升高，进油孔处和回油孔处的节流作用加强了，使得实际的供油始点提前、供油终点延后，因而供油延续加大，供油量加多。
供油速度特性极大影响到柴油机速度特性的扭矩曲线和转速是否稳定，因而往往采用校正装置和调速器来补救。
4.剩余压力
在喷射过程终了出油阀减压凸缘使高压油管压力降到剩余压力，剩余压力一般在几十个大气压以下。随着转速和负荷加大，喷射系统的最高压力和平均压力也将增大，而出油阀的减压作用是一定的，所以就使剩余压力变大。如果出油阀减压凸缘磨损，减压作用变小，剩余压力增高，就会使二次喷射和喷油嘴渗漏的可能性加大；如果减压作用过大，使剩余压力过低，则会使喷射延迟加大，低负荷和怠速时可能发生不规则喷射，所以也是不好的。
5.喷油嘴特性
喷油嘴特性就是喷油嘴油腔压力与通过喷孔流量的关系，特性曲线中有两段斜率为负值的曲线，相当于喷油嘴的不稳定工作区域。在该区域内，喷油量加大对应着油腔压力降低，因而使针阀下降，喷油量减小；但喷油量减小又对应着油腔压力加大，使针阀上升。因而发生针阀波动，甚至断续喷油，破坏正常的喷射过程和喷油规律。在轴针式喷油嘴特性上，斜率为负值的曲线很窄，因而只要避免这两种情况，对工作的影响是不大的。改变轴针形状、弹簧参数和油路的其他结构参数，也可以得到不同的特性。