柴油機在高負荷時，排氣就容易冒黑煙。黑煙的生成過程，目前還不完全清楚，一般認為當柴油機負荷高時，噴入燃燒室的燃料增多，燃燒室中的溫度又較高，加上柴油機混合氣形成不均勻的特點，這樣就會造成燃燒室內局部地區空氣不足的燃燒，燃料在高溫缺氧的情況下分解，聚合形成炭煙(炭黑)。

炭煙不是純粹的碳，而是一種聚合體，主要成分是碳(85%以上)，但還含有少量的氧、氫和灰分，并且其成分隨柴油機的負荷不同而有所改變。

將黑煙通過過濾器把炭煙收集起來放在電子顯微鏡下觀察，可以看到大的炭煙粒子直徑在0.05μm左右。柴油機中燃燒的高溫裂解反應是不可避免的，特別是在空間混合燃燒的柴油機中，高溫的氣體包圍著液態的油滴，造成了進行裂解反應較有利的條件，燃燒過程的高速攝影證實，在上止點附近都會出現大量的黑煙，但在一般情況下，炭煙都能在隨后的燃燒中找到空氣而完全燃燒，使排氣無黑煙。

但是如果氣缸空氣不足，混合過程進行緩慢，那么由于膨脹而使氣缸溫度下降，則碳不能燃燒而被聚合成炭煙。形成炭煙就使燃燒不完全，柴油機經濟性下降，排溫升高，排氣冒黑煙，燃燒室表面積炭，并使負荷不能再行提高。積炭還會引起活塞環或活塞卡住、氣門咬死等故障。因此不允許柴油機在長時間越負荷的狀態下工作。