汽油发动机与柴油发动机的最主要区别在于燃料物理特性所引起的点火方式的区别，从而表现出各自不同的热效率、经济性等。
汽油发动机中，油气混合气进入气缸后，在压缩接近终了时由火花塞点燃。因此，汽油发动机需要一套控制何时让火花塞工作的点火系统，精确控制火花塞放电的时刻，由于汽油的燃点较低，因此汽油机的压缩比就不能太高，以免还没等到火花塞点火时汽油和空气的混合气就开始自然，因此汽油机的工作压力较小，运转相对比较安静和平顺，但其热效率和经济性也都不是很高。
柴油机先在气缸中压缩空气，使空气温度急剧提升，等空气温度超过柴油的自然燃点时再适时喷入柴油，这样柴油喷雾和空气混合的同时自己着火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系统。由于不受爆燃的限制以及柴油自然燃点也较高，因此柴油机压缩比可以非常高，也就是说它是在非常高的压力下工作的，这样柴油机的震动也会强于汽油机，使其热效率和经济性要好于汽油机，也就是说柴油机相对更省油些。
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