柴油发动机和汽油发动机到底有什么不同？哪个更好呢？

对于4冲程发动机（4-stroke engine）来说，第一个冲程是进气冲程，进气门打开。第二个冲程是压缩冲程，气门关闭压缩气体。第三个冲程燃烧做功。第四个冲程排气门打开排放尾气。活塞往复循环走两次720度。

不同的是，汽油机进气的时候进入的是汽油和空气的混合。而柴油机进入的只是空气。然后在活塞压缩气体到上止点后，汽油机靠火花塞点燃油气混合物，而柴油机直接喷油，由于压缩气体产生高温，柴油喷进去之后直接燃烧。

所以点燃方式的不同都产生了神马影响呢？

首先就是汽油和柴油的不同，汽油是短链（平均大概8个碳），柴油是长链（平均大概16个碳）。汽油需要在高温下不自燃，如果在点火之后，由于压缩空气温度上升，在火焰还没燃烧还没有传播到位置（end gas）油气混合物自燃了，就会产生爆震（knock）损坏发动机。柴油如果喷进去的时候在高温下不自燃，发动机就会熄火（misfire）。这都是不行的。

第二就是压缩比的不同，导致热效率（efficiency）的不同。压缩比是指活塞在下止点是气缸体积/活塞在上止点气缸体积。根据某个我实在懒得贴上来的公式，压缩比越高，热效率越高。可是压缩比越大，在压缩冲程结束的时候缸内气体温度也越高。对于汽油机来说压缩冲程缸内温度太高不行的，会自燃爆震啊。可是柴油机后喷油就不存在这个问题了，温度高好啊，反正就是要自燃么。压缩比的不同，就直接导致了柴油机的热效率远远的大于汽油机。

这就引出了第三点。柴油机热效率比汽油机好那么多，为什么不都用柴油机算了呢？答案是多么的简单，因为柴油机脏啊，就是说排放不过关啊。为什么柴油机排放大呢？首先是氮氧化物（NOx），根据另一个我懒得贴出来的公式，NOx的形成速率是跟温度呈指数关系的，前面也说到柴油机压缩比大所以燃烧温度高，所以生成的NOx显然更多。另一个就是碳烟（soot）啊，就是传说中雾霾的元凶。汽油机中油气是均匀混合的，所以反应过程中油气充分接触产生的soot相对很少。可是柴油机就不一样了，油喷进去直接燃烧，根本来不及混合啊，所以接触不到足够空气的油在高温下直接热解（pyrolysis）形成了soot。

再来说Otto Cycle 和 Diesel Cycle 的区别：

Otto Cycle 假定 Heat addition 过程中，也就是燃烧过程中，气缸体积不变，可能是由于汽油机油气预先混合，所以燃烧过程迅速，于是假定放热过程气缸体积不变。Diesel Cycle 则是假定放热过程中气缸中压力不变，大概是由于汽油机是压燃，一边燃烧一边有新的油喷进去，燃烧过程相对汽油机缓慢，所以假定燃烧过程中气缸中压力不变。这两个 Cycle 只是理想模型而已，实际汽油机和柴油机的燃烧过程都是介于两者之间的。