作为内燃机，柴油机与汽油机工作原理一样，都是将包含化学能的燃料，在发动机内燃烧，释放热能，通过热力学循环转变成机械能，但汽油机和柴油机的工作原理却完全不同，为什么汽油机需要火花塞？为什么柴油机更省油？为什么柴油机需要添加尿素呢？

这一切得先从燃料的特性说起。

汽油、柴油都是石油副产品，具有挥发性、可燃性的烃类混合物液体，非常适合用于燃料。但汽油自燃点高达420度—500度，而柴油自燃点低，仅为220度。

物理课上老师讲过，物体要燃烧需要满足一些条件：可燃物、氧化剂（助燃物）、温度（引火源）。不同的燃料特性使得柴油更适合压燃，柴油机压缩比高，所以当活塞运行到上止点的时候气缸内温度已经达到600度—800度，而柴油自燃点仅220度，所以无需火花塞这个火源，柴油就自己被点燃了。

而汽油闪点比较低，即便达到最大的压缩比时，汽油也无法自燃，因此汽油机需要配置火花塞这个火源来点燃油气混合物。

同样，由于燃料的密度以及发动机的工作原理不同，也导致了汽油机和柴油机不同的工况特性。

理论上，要说明一台内燃机的技术参数，可以概略地用功率与扭矩的大小来标示，但影响功率、扭矩输出的因素却很多，其中一个重要因素就是发动机的压缩比。压缩比表示活塞由下止点运动到上止点时，气缸气体被压缩的程度。

就发动机单个气缸而言，当活塞的行程到达最低点，此时的位置点便称为下止点，整个气缸包括燃烧室所形成的容积便是最大行程容积。当活塞反向运动，到达最高点位置时，这个位置点便称为上止点，所形成的容积为整个活塞运动行程容积最小的状况，需计算的压缩比就是这最大行程容积与最小容积的比值，即气缸最大体积（V1）与最小体积（V2）之比。

空气在压缩的过程中，其温度会升高。压缩比越高，意味着空气和燃油会被压缩的更狠，进而燃油分子也就会跟空气结合的更加充分，从而使燃烧更加充分。此外，高压缩比还有一个好处，混合更加充分的油气混合物能够实现更快的燃烧。

压缩比越高，热效率越高，但随压缩比的增高，热效率增长幅度越来越小。本文的重点在于前面这两句。

汽油机的压缩比一般为8-14左右，而柴油机的压缩比一般是15起步，约在15—18之间，高的还有20以上压缩比的机型。这样一看，柴油机的压缩比要远高于汽油机，自然燃烧效率也就越高，因此柴油机的热效率普遍高于汽油机。

在现阶段，汽油机的最高热效率普遍在40%上下，新能源专用汽油发动机在电池的帮助下可以达到43%—45%左右，而柴油机基本上是热效率45%起步，国内的潍柴等厂家已经量产了热效率50%的柴油发动机。

相比汽油来，柴油含有更多更长的碳原子链，同时柴油的密度为0.83 g/ml—0.855g/ml，汽油的密度0.725g/ml，能量密度上汽油比柴油略低一些。粗略计算下，每燃烧1升的柴油所释放的能量，约等于燃烧1.2升的汽油所释放的能量。

压缩比更高，燃油能量密度更高，使得同排量下柴油机普遍较汽油机省油。就拿2015款奔驰GL来对比，该车可选汽油/柴油发动机，排量都是3L，均配备涡轮增压器。在NEDC工况下，柴油机的百公里综合油耗为8.1L，而汽油机的百公里综合油耗达到10.1L，涨幅超过20%。

那为什么汽油机有个三元催化器就行了，柴油机除了三元外，还需要加尿素呢？

19世纪90年代，德国人鲁道夫·狄赛尔发明了柴油机。经过100多年发展，柴油机技术已经日臻完善，特别是采用了高压共轨喷射、涡轮增压等技术后，柴油机的效率进一步提高，使得柴油机现在仍然是热效率最高的内燃机之一。

和技术一起携手进步的还有环保和排放。

早在国一国二时代，那时候柴油发动机还采用机械泵，国三开始用上了共轨系统，大马力的代价，是日益先进的发动机技术，以及越来越精密的设备。现在来到国六时代，除了油品升级外，柴油发动机，特别是后处理器这一块已经相当完善。

国六柴油机，后处理器这一块主要是通过EGR废气再循环系统、DOC（柴油催化氧化）、DPF（颗粒物捕捉）、SCR（选择性催化还原）、ASC（氨逃逸监测）等组成。

其中需要定期加注维护的，就是SCR尿素系统了。

早期人们对柴油车的印象就是拖着黑烟跑，稍微大点油门，能熏黑一大片地方，堪称烟雾弹。其实这些黑烟就是固体微小颗粒，也称为碳烟。

冒黑烟的原因主要是柴油品质不佳、燃料混合气过浓、可燃混合气形成不良或燃烧不完善等原因造成的。

通过提前喷油，混合气的滞燃期随喷油提前角的加大而延长。因此，着火前喷油量较多，循环温度高，燃烧过程结束较早，从而使排烟下降。

但正所谓鱼和熊掌不可兼得，提前喷油会带来较高的燃烧噪声、较大的机械应力和较多的NOx排放。柴油和空气在高温高压下混合燃烧，使得氮气和氧气发生反应，生成各种氮氧化物，包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。

于是人们不得不在柴油机的DPF后再加上一个SCR系统，通过尿素还原反应来降低氮氧化物排放。通过向催化剂上游的尾气中混入氨，利用贵金属催化器在温度为200-450℃的条件下，将尾气中的NOx转化为氮气和水，以此实现降低氮氧化物的排放。（朋月）