柴油发电机组由柴油机、三相交流发电机、控制屏（箱）、散热水箱、联轴器、日用油箱、消声器以及公共底座等部分组成一个刚性整体。大功率的柴油发电机组，其油机控制屏、燃油箱采取单独安装的方式，其他主要部件安装在公共底座上。为减小震动，柴油发电机组的主要部件与底座的连接处通常装有减震装置。柴油机的飞轮壳与发电机前端盖的轴向采用凸肩定位直接连接构成一体，并采用联轴器由飞轮驱动发电机旋转。柴油机主要由汽缸、曲轴连杆机构、配气机构、供油系统、润滑泵系统和冷却系统等部分组成。

1．汽缸
汽缸是柴油机的主体，其结构如图2所示。汽缸主要由汽缸盖、汽缸体、曲轴箱等组成，是柴油机的骨架，是各机构工作的基础。汽缸承受发动机的各种负荷，机体要具有足够的刚度和强度。
汽缸体是汽缸的主体，曲轴箱分上下两部分，下曲轴箱用来支撑曲轴。汽缸盖装在汽缸的上部，用于密封汽缸上部，构成燃烧室。为保证汽缸盖的密封性，在缸盖与缸体之间加装汽缸垫，汽缸垫对于防止漏气、漏油和漏水具有重要作用。

2．曲轴连杆机构
曲轴连杆机构是油机的重要组成部分，它由活塞、连杆和曲轴、飞轮等部件组成，其结构如图3所示。它的作用是将燃料燃烧时产生的热能转化为机械能，并将活塞在汽缸内的上下往返直线运动转化为曲轴的圆周运动，以带动其他机械做功。
（1）活塞
活塞与汽缸组成工作室，通过活塞销与连杆向曲轴传递机械能。油机在工作时，活塞承受很高的温度和很大的压力，而且运动速度极快，惯性很大。因此活塞必须具有良好的机械强度和导热性能。为了使活塞与汽缸之间紧密接触，活塞的上部还装有活塞环。活塞环有气环和油环两种，气环的作用是防止汽缸漏气，油环的作用是防止机油窜入燃烧室。
（2）连杆
连杆将活塞与曲轴连接起来，从而将活塞承受的压力传递给曲轴，并通过曲轴把活塞的往返直线运动转化为圆周运动。在工作时，连杆小头随活塞做往复运动，连杆大头随曲轴的连杆曲颈转动，整个连杆绕活塞销摆动。连杆所承受的气体压力与活塞的惯性是剧烈变化的，具有冲击性的载荷，因此连杆要有足够的强度和刚度。
（3）曲轴飞轮
曲轴是柴油发电机组的主要机件之一，其组件图如图4所示。一般使用的柴油机是多缸的，它要连续承受做功冲程从活塞经连杆传来的力，同时还要通过连杆推动各缸活塞进行吸气、压缩和排气，并驱动其他配气机构和辅助装置。
多缸柴油机的曲轴是一根高速旋转的长轴，在它的一端安装有飞轮，飞轮的作用是保证曲轴的转速均匀。

3．配气机构
配气机构的作用是适时打开和关闭进气门和排气门，将可燃气体送入汽缸，并将燃烧后的废气排出。配气机构应保证进气充分、排气干净，进、排气时间要准确，同时具有良好的密封性能。配气机构由进气门、排气门、凸轮轴、推杆、挺杆、摇臂等部件组成。

4．供油系统
柴油机的供油系统由油箱、柴油滤清器、低压油泵、高压油泵、喷油嘴等部分组成。柴油机工作时，柴油从油箱中流出，经粗滤器过滤、低压油泵升压，又经过细滤器进一步过滤、高压油泵升压后，通过高压油管送到喷油嘴，并在适当的时机将柴油以雾状喷入汽缸压燃。

5．润滑系统
油机工作时，各部分机件在运动中将产生摩擦阻力。为减轻机件磨损，延长使用寿命，必须采用润滑油润滑。
润滑油包括机油和黄油两种，黄油一般仅在启动电机、发电机等的轴承中使用，而大多数的运动机件使用机油润滑。润滑系统通常由机油泵、输油管道、油底壳、机油滤清器、机油冷却器以及安全保护装置等部分组成。
油底壳的机油经过粗滤网和吸油管被吸入机油泵，机油泵的作用是提高机油压力。机油泵将机油压入机油滤清器，机油滤清器可过滤掉机油中的杂质，以减轻机件磨损。机油进入滤清器后分为两部分，一部分经过精滤器过滤后回到油底壳，另一部分经粗滤器过滤后送到机油冷却器冷却，冷却后的机油源源不断地送到需要润滑的机件上。

6．冷却系统
油机在工作时，温度很高，将使机件膨胀变形，摩擦力增大。此外，机油也可能因温度过高而变稀，从而降低润滑效果。为了避免温度过高，油机中通常装有冷却系统，以保证油机在适宜的温度运行。柴油机的冷却方式有水冷和风冷两种，绝大部分柴油机采用水冷方式。
风冷方式以空气作为冷却介质，由风扇和导风罩等组成，具有结构简单、维护方便的特点，但冷却效果差，噪音大。
水冷方式以水作为冷却介质，冷却系统包括水套、散热器、水管和水泵等，冷却水通过水泵加压后在冷却系统中循环。循环的途径为：水箱—下水管—水泵—汽缸水套—汽缸盖水套—节温器—上 水管—水箱。节温器可以自动调节进入散热器的水量，以便油机始终在适宜的温度下运行。