柴油機根據活塞的運動方式可分為往復活塞式和旋轉活塞式兩種。旋轉活塞式柴油機存在很多問題，目前尚未普遍。柴油發電機組、汽車和工程機械多以往復活塞式柴油機為動力。

往復活塞式柴油機分類方法如下：

按一個工作循環的行程數分類：有四沖程和二沖程兩種。發電柴油機多為四沖程。

按冷卻方式分類：有水冷式和風冷式兩種。發電用柴油機多為水冷式。

按進氣方式分類：有非增壓（自然吸氣）式和增壓式兩種。

按氣缸數目分類：有單缸、雙缸和多缸柴油機。

按氣缸排列分類：有直列式、V形、臥式和對置式等。

按柴油機轉速或活塞平均速度分類：有高速（標定轉速高于1000r/min或活塞平均速度高于9m/s）、中速（標定轉速為（600-1000r/mm或活塞平均速度為6~9m/s）和低速（標定轉速低于600r/min或活塞平均速度低于6m/s）柴油機。

按用途分類：有發電用、汽車用、工程機械用、拖拉機用、鐵路機車用、船舶用、農用、坦克用和摩托車用等柴油機。

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