柴油机的汽缸、活塞、连杆、曲轴等组成一个曲轴连杆机构。柴油机通过曲轴连杆机构将活塞的往复运动转换为曲轴的回转运动。
一、运动形式
活塞、连杆和曲轴是曲轴连杆机构的三个运动件，它们具有不同的运动形式：
活塞-沿汽缸中心线往复直线运动。
连杆-运动情况比较复杂。连杆小头与活塞一起作往复直线运动，连杆大头与曲轴一起绕曲轴中心转动，所以整个连杆的运动是复杂的平面运动。
曲轴-绕曲轴中心转动。
二、作用力
曲轴连杆机构工作时的作用力有：
（1）活塞顶部的气体压力；
（2）机件运动产生的惯性力；
（3）各相对运动表面的摩擦阻力和摩擦阻力矩；
（4）工作负荷（即作用在曲轴上的阻力矩）。
其中，摩擦阻力取决于发动机的结构和摩擦表面的状况，阻力矩取决于负荷大小，都跟转速有关。活塞上所受的总力P为气体压力Pg和惯性力Pj之和，即P＝Pg＋Pj。
三、作用力的影响
在力P作用下，有如下影响：
（1）各摩擦副之间产生摩擦阻力和摩擦力矩，阻止这一机构的运动，并使摩擦零件受到磨损。由于力P是随曲轴转角而变化的量，所以曲轴轴颈与轴瓦各部位的负荷各不相同，其表面各部位的磨损量也不均匀。
（2）在输出扭矩的作用下，曲轴旋转，对外做功。但切向力是随曲轴转角而变化的。单缸四冲程柴油机在曲轴旋转两圈中只有半圈是切向力推动曲轴旋转，其余一圈半中的切向力是曲轴旋转的阻力，使曲轴的转速时快时慢。
（3）在倾倒力矩的作用下，柴油机产生左右振动。
（4）在合力的作用下，柴油机产生上下振动。
柴油机在使用过程中应设法消除或减弱由力所产生的振动。