汽油機吸入燃料與空氣的混合物并將其壓縮，然后通過火花將混合物點燃。柴油機只吸入空氣并將其壓縮，然后將燃油噴入壓縮空氣。壓縮空氣產生的熱量就能將燃油點燃。

汽油機的壓縮比為8:1至12:1，而柴油機的壓縮比為14:1，甚至能達到25:1。由于柴油機具有更高的壓縮比，因此率也更高。

汽油機通常使用汽化作用，即在空氣進入氣缸或油口之前，空氣與燃油早已混合；或使用油口燃油噴射，即在開始進氣沖程（氣缸外）之前噴射燃油。柴油機采用直噴式，即柴油被直接噴入氣缸。

注意柴油機沒有火花塞，它吸入并壓縮空氣，然后將燃油直接噴入燃燒腔（直噴式）。其實是壓縮空氣產生的熱量點燃了柴油機的燃油。

柴油機的噴油器是其為復雜的部件，并且曾經是大量試驗的課題。因為具體到每臺發動機，其噴油器的位置都可能各不相同。噴油器應當能夠承受氣缸內部的溫度和壓力，同時使噴出的燃油呈細密的霧狀。使氣缸內部循環的油霧能夠均勻分布也是個問題，因此些柴油機采用殊的感應閥、預燃燒腔或其他裝置，以使氣流在燃燒腔內呈旋渦狀，或者改進點火和燃燒過程。

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