为什么柴油机热效率明显高于汽油机？
你这个问题问得非常好，很多朋友都会注意到柴油机在油耗上表现更出色，这背后确实有一套很科学的道理。咱们这就掰开了揉碎了聊聊，为什么柴油机这“油老虎”的嗓门比汽油机要响亮，同时又更省油。
首先得明确一点，所谓的“热效率”就是发动机把燃料的化学能转化为机械能的本事。热效率越高，烧同样多的油，能干的活就越多，自然就越省油。柴油机在这方面确实技高一筹，主要体现在几个关键的地方：
1. 更高的压缩比：这是最核心的优势
你要是稍微了解点发动机，就会知道压缩比是个非常重要的参数。简单来说，压缩比就是气缸在活塞处于最下方（下止点）时，气缸的总容积与活塞处于最上方（上止点）时，气缸剩余容积的比例。
柴油机： 它的压缩比通常在16:1到22:1甚至更高。
汽油机： 它的压缩比一般在8:1到12:1左右，高端的直喷发动机可能会稍高一些，但还是比柴油机低很多。
为什么压缩比高就省油？
这要回到热力学最基本的原理——卡诺循环（Carnot cycle）。虽然发动机的实际工作过程比理想的卡诺循环复杂得多，但卡诺循环揭示了一个普遍规律：热机的效率与高温热源和低温热源的温度差成正比。
在发动机里，高温热源就是燃烧产生的热气体，低温热源就是排放出去的废气。要提高效率，除了想办法让燃油燃烧得更彻底（这方面以后再说），关键就是提高燃烧后的气体温度，并尽可能地将热量做功。
更高的压缩比意味着在活塞运动到上止点时，空气被压缩得更厉害，体积变得更小。根据气体定律（尤其是理想气体状态方程 PV=nRT，或者更通俗地说，在密闭容器里，压缩气体体积，它的温度和压力都会升高），空气被压缩得越厉害，温度就升得越高。
柴油机： 柴油机靠着高压缩比，在压缩冲程末期，空气的温度就能达到700°C以上，甚至接近800°C。
汽油机： 汽油机即使压缩比很高，空气的温度通常也只能达到300°C到400°C。
热的空气有什么好处？
当柴油以极细的雾状喷入这超高温的空气时，柴油就会自燃，而且燃烧得非常迅速和剧烈。这种“压燃”方式，让柴油机在很短的时间内产生非常高的爆发力。
而汽油机呢，虽然也需要点火，但它的混合气（汽油和空气）在被压缩后，温度还不足以自燃。所以它需要火花塞来提供一个“引子”点燃混合气。
高压缩比的直接好处是：
更高的做功能力： 在相同的气缸容积下，压缩比越高，燃烧产生的高压作用在活塞上的力就越大，输出的动力也就越强。
更高的燃烧效率： 虽然不是绝对的，但更高的温度和压力有利于燃料更充分地混合和燃烧。
2. 燃油的性质差异与燃烧方式
柴油： 柴油的十六烷值高，这代表了柴油的自燃性。也就是说，它在高温高压下更容易着火。而且柴油的热值（单位质量燃料完全燃烧所释放的热量）通常比汽油要高一些。
汽油： 汽油的辛烷值高，这代表了汽油的抗爆性。汽油更容易挥发，和空气混合后形成可燃混合气，但它在高温高压下容易发生爆震（过早或不均匀燃烧），所以汽油机的压缩比受到了限制。
燃烧方式的差异：
柴油机（压燃）： 柴油是以液体形式直接喷入燃烧室，依靠高温空气使其雾化并自燃。这个过程更像是“喷进去烧”，燃料在燃烧过程中逐渐雾化、蒸发、混合、燃烧，是一个相对连续的过程。
汽油机（爆燃/火花点火）： 汽油和空气先在进气道或气缸内混合，形成均匀的混合气，然后被压缩。火花塞点燃混合气后，燃烧会以火焰波的形式迅速传播。
这种燃烧方式的差异对效率的影响：
柴油机： 压燃方式在燃烧初期，由于柴油的喷入和扩散需要时间，燃烧过程不是瞬间完成的，而是有一个相对较长的做功过程，能够更有效地利用燃烧产生的热能推动活塞做功。这是一种“高负荷”的燃烧方式。
汽油机： 虽然汽油机燃烧速度快，但如果压缩比太高，容易发生爆震，反而会损失效率。而且，汽油机的燃烧过程中，有一个“火焰传播”的过程，这个过程也并不是把所有热能都转化为活塞的直线运动。
3. 燃烧控制：更精确的喷射
现代柴油机采用高压共轨燃油喷射系统，可以将燃油以极高的压力（甚至超过2000巴）喷入燃烧室。
超细雾化： 这种高压喷射能将柴油雾化成比头发丝还细微的颗粒，这极大地增加了柴油与空气的接触面积，有利于更快速、更均匀的混合和燃烧。
多次喷射： 现代柴油机还可以通过电脑控制，进行多次喷射。例如，先喷少量柴油引燃，再喷大量柴油进行主燃烧，最后再喷少量柴油来减少排放。这种精密的控制，能够优化燃烧过程，减少能量损失。
4. 自身散热更少
由于柴油机的工作方式，燃烧产生的热量大部分转化为对活塞的推力，并且燃烧过程相对更加“受控”，相比于汽油机需要火花塞点火，柴油机整体的热损失（通过散热、排气等方式散失的热量）会相对少一些。
总结一下，为什么柴油机热效率更高？
核心原因：压倒性的高压缩比。 这让空气在燃烧前达到更高的温度，为柴油的自燃创造了条件，并直接提高了发动机的理论效率极限。
柴油自身的易自燃性。 配合高压缩比，能够实现高效的压燃。
更精密的燃油喷射控制。 使得柴油能够充分雾化，并优化燃烧过程。
相对较低的热损失。
当然，柴油机也有它的缺点，比如噪音大、震动大、对制造工艺要求高、排放颗粒物和氮氧化物的问题（虽然通过后处理技术正在不断改善）。但从纯粹的“把油烧成劲”这个效率指标上看，柴油机确实有其独到之处。
希望我这么细致的解释，能让你对柴油机比汽油机更省油的原因有个更清晰的认识。这可不是什么神秘魔法，而是实实在在的物理和化学原理在起作用。
首先得明确一点，所谓的“热效率”就是发动机把燃料的化学能转化为机械能的本事。热效率越高，烧同样多的油，能干的活就越多，自然就越省油。柴油机在这方面确实技高一筹，主要体现在几个关键的地方：
1. 更高的压缩比：这是最核心的优势
你要是稍微了解点发动机，就会知道压缩比是个非常重要的参数。简单来说，压缩比就是气缸在活塞处于最下方（下止点）时，气缸的总容积与活塞处于最上方（上止点）时，气缸剩余容积的比例。
柴油机： 它的压缩比通常在16:1到22:1甚至更高。
汽油机： 它的压缩比一般在8:1到12:1左右，高端的直喷发动机可能会稍高一些，但还是比柴油机低很多。
为什么压缩比高就省油？
这要回到热力学最基本的原理——卡诺循环（Carnot cycle）。虽然发动机的实际工作过程比理想的卡诺循环复杂得多，但卡诺循环揭示了一个普遍规律：热机的效率与高温热源和低温热源的温度差成正比。
在发动机里，高温热源就是燃烧产生的热气体，低温热源就是排放出去的废气。要提高效率，除了想办法让燃油燃烧得更彻底（这方面以后再说），关键就是提高燃烧后的气体温度，并尽可能地将热量做功。
更高的压缩比意味着在活塞运动到上止点时，空气被压缩得更厉害，体积变得更小。根据气体定律（尤其是理想气体状态方程 PV=nRT，或者更通俗地说，在密闭容器里，压缩气体体积，它的温度和压力都会升高），空气被压缩得越厉害，温度就升得越高。
柴油机： 柴油机靠着高压缩比，在压缩冲程末期，空气的温度就能达到700°C以上，甚至接近800°C。
汽油机： 汽油机即使压缩比很高，空气的温度通常也只能达到300°C到400°C。
热的空气有什么好处？
当柴油以极细的雾状喷入这超高温的空气时，柴油就会自燃，而且燃烧得非常迅速和剧烈。这种“压燃”方式，让柴油机在很短的时间内产生非常高的爆发力。
而汽油机呢，虽然也需要点火，但它的混合气（汽油和空气）在被压缩后，温度还不足以自燃。所以它需要火花塞来提供一个“引子”点燃混合气。
高压缩比的直接好处是：
更高的做功能力： 在相同的气缸容积下，压缩比越高，燃烧产生的高压作用在活塞上的力就越大，输出的动力也就越强。
更高的燃烧效率： 虽然不是绝对的，但更高的温度和压力有利于燃料更充分地混合和燃烧。
2. 燃油的性质差异与燃烧方式
柴油： 柴油的十六烷值高，这代表了柴油的自燃性。也就是说，它在高温高压下更容易着火。而且柴油的热值（单位质量燃料完全燃烧所释放的热量）通常比汽油要高一些。
汽油： 汽油的辛烷值高，这代表了汽油的抗爆性。汽油更容易挥发，和空气混合后形成可燃混合气，但它在高温高压下容易发生爆震（过早或不均匀燃烧），所以汽油机的压缩比受到了限制。
燃烧方式的差异：
柴油机（压燃）： 柴油是以液体形式直接喷入燃烧室，依靠高温空气使其雾化并自燃。这个过程更像是“喷进去烧”，燃料在燃烧过程中逐渐雾化、蒸发、混合、燃烧，是一个相对连续的过程。
汽油机（爆燃/火花点火）： 汽油和空气先在进气道或气缸内混合，形成均匀的混合气，然后被压缩。火花塞点燃混合气后，燃烧会以火焰波的形式迅速传播。
这种燃烧方式的差异对效率的影响：
柴油机： 压燃方式在燃烧初期，由于柴油的喷入和扩散需要时间，燃烧过程不是瞬间完成的，而是有一个相对较长的做功过程，能够更有效地利用燃烧产生的热能推动活塞做功。这是一种“高负荷”的燃烧方式。
汽油机： 虽然汽油机燃烧速度快，但如果压缩比太高，容易发生爆震，反而会损失效率。而且，汽油机的燃烧过程中，有一个“火焰传播”的过程，这个过程也并不是把所有热能都转化为活塞的直线运动。
3. 燃烧控制：更精确的喷射
现代柴油机采用高压共轨燃油喷射系统，可以将燃油以极高的压力（甚至超过2000巴）喷入燃烧室。
超细雾化： 这种高压喷射能将柴油雾化成比头发丝还细微的颗粒，这极大地增加了柴油与空气的接触面积，有利于更快速、更均匀的混合和燃烧。
多次喷射： 现代柴油机还可以通过电脑控制，进行多次喷射。例如，先喷少量柴油引燃，再喷大量柴油进行主燃烧，最后再喷少量柴油来减少排放。这种精密的控制，能够优化燃烧过程，减少能量损失。
4. 自身散热更少
由于柴油机的工作方式，燃烧产生的热量大部分转化为对活塞的推力，并且燃烧过程相对更加“受控”，相比于汽油机需要火花塞点火，柴油机整体的热损失（通过散热、排气等方式散失的热量）会相对少一些。
总结一下，为什么柴油机热效率更高？
核心原因：压倒性的高压缩比。 这让空气在燃烧前达到更高的温度，为柴油的自燃创造了条件，并直接提高了发动机的理论效率极限。
柴油自身的易自燃性。 配合高压缩比，能够实现高效的压燃。
更精密的燃油喷射控制。 使得柴油能够充分雾化，并优化燃烧过程。
相对较低的热损失。
当然，柴油机也有它的缺点，比如噪音大、震动大、对制造工艺要求高、排放颗粒物和氮氧化物的问题（虽然通过后处理技术正在不断改善）。但从纯粹的“把油烧成劲”这个效率指标上看，柴油机确实有其独到之处。
希望我这么细致的解释，能让你对柴油机比汽油机更省油的原因有个更清晰的认识。这可不是什么神秘魔法，而是实实在在的物理和化学原理在起作用。
网友意见
下面的回答，是给小白看的，力争去掉各种专业术语
步骤1：发现石油
黑乎乎，黏糊糊没啥用。那就下一步
步骤2：炼油
和泡茶叶差不多，有些沉到底层了，就是沥青，有些漂浮上去的是汽油。
于是分成了汽油、柴油、沥青、航空燃油等
步骤3：汽油-柴油特点不同
最大不同是燃点差异。就是容易着火
汽油燃点高，差不多427℃才能燃烧，柴油只需要220℃就能燃烧
这个就反常识了，不是说汽油容易爆炸吗？是的，因为汽油容易挥发，柴油不容易挥发，并不是燃点问题。
步骤4：不同特点，需要不同着火模式
汽油，难燃烧，那得点，就是用火柴点（火花塞）。
柴油，我直接增大空气压力，压到着火就行了。汽油想压到起火，那可难了。
既然一个靠点燃，一个靠压燃，总得需要点不同结构吧。
步骤5：不同着火模式，需要不同结构
汽油机我要点火，很明显得提前把油-空气混合好啊。就是一个燃烧室（可以认为是点火的房间），气体进房间前，是混合好的。我在房间有一根火柴点。
柴油机，气体进房间，压缩，温度超过了燃点，我再喷油。油喷到哪里，房间哪里着火！所以，柴油机拼命喷油，不光要喷油，还得喷的雾化好。
步骤6：不同结构，决定了两者的上限
记得汽油机吗，房间内混合好了，用火柴点。虽然这个房间的混合气燃点400多，一般达不到。但是，火柴点了房间中心一部分，房间温度快速升高。火焰传播到房间边缘，需要时间，如果火焰没传播到房间边缘，房间边缘已经超过了400多度呢？那就是这个房间，四处着火。这个就是不可控状态。这种现象是爆震。（这个方面，国内天津大学，国外美国西北大学相对研究经验比较丰富）
这就是限制汽油机赶不上柴油机效率的终极原因:为了防止爆震，汽油机无法像柴油机那样提高压力，提高效率
不过，不是也因祸得福吗？汽油机人家震动小，噪音小。
由于爆震，汽油机也无法把房间做很大（一般一个气缸就0.3到0.6升）
柴油机：我无所谓啊，你随便加压，房间内温度可以随便高，反正我控制喷油时间，就可以了。我就一个喷头（其实也有2个的），反正火焰一定是从喷头往四周传播，因为其他地方没有油，根本没有爆震可能性。
这个特点太好了。可以把房间做的很大，例如船舶的发动机，你做几百倍汽油机房间也没问题。
步骤7：全新突破
现在已经有了汽油机直喷，房间内边喷油边点燃！我11年工作单位，他们已经在做HCCI（汽油柴油融合）
未来，不会再分柴油汽油，柴油机效率更高这个问题，将不复存在。这个欧7之后新篇章。不过，说不定欧洲领导脑子一抽风，直接搞死内燃机，那就没有欧7了。新篇章胎死腹中也是有可能的。
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