區別簡而言之：點燃和壓燃

汽油發動機與柴油發動機同屬於內燃式熱機，結構上的區別並不是很大，執行的步驟也都是“進氣噴油、壓縮蒸發、燃爆做功、排除廢氣”四個步驟，結構上都需要氣缸、活塞、連桿、曲軸、飛輪、氣門等，核心的區別證在於點火方式的不同。

汽油機的壓縮比比較小，所謂的壓縮指壓縮空氣，因為空氣被壓縮會產生高溫，高溫的作用是用做將液態汽油蒸發為氣態。汽油從液態變成氣態後燃燒的速度變變快很多，為了提升燃燒效率必須存在壓縮衝程使其蒸發；但汽油的燃點比較高（427℃），想要透過壓縮空氣達到超高溫需要的壓縮比會很誇張，過高的壓縮比本身也會損耗動力。所以汽油發動機只適合蒸發後被點燃，於是這種發動機有一臺完善的點火系統：由點火線圈將12V電變壓成為超20000V的高壓電，之後透過火花塞電出電弧用以引燃混合油氣，每個氣缸都會有一枚火花塞。

柴油機的壓縮比高於汽油機，柴油的燃點也低至了220攝氏度；比較低的燃點可以透過加大壓縮比直接達到自然溫度，所以柴油發動機並不需要點火系統，這是結構上與汽油機的主要區別。其次則是壓縮比對執行狀態的影響，想要實現高壓縮比則要讓發動機活塞以大深度壓縮活塞的氣缸，也就是從下止點到上止點掃過的深度比汽油機更大；柴油機活塞可以探到氣缸的幾乎頂端，氣缸內留下用作爆燃做功的空間（燃燒室）很小，而且燃燒是在壓縮到頂端的瞬間形成。

在活塞瞬間相對靜止的狀態下爆燃則會對活塞產生比較強的震動，不過爆燃瞬間火焰產生的推力也會更大，所以柴油機消耗與汽油機等量的燃油也能做到比汽油機更大的扭矩，因為汽油機往往是在活塞達到上止點並開始下行後才會點燃產生動能，為了讓振感小一些不得不浪費掉一定比例的動力。

以上是汽油發動機與柴油發動機的主要區別，點火系統和NVH（噪音、震動、聲振粗糙度）是主要的差別，供參考。

汽油機與柴油機在純機械原理上有結構強度不同、壓縮比不同、燃燒方式不同，另外就是活塞行程不同、缸徑受限不同、轉速及扭矩不同。在缸徑受限及壓縮比受限上汽油機唯一的途徑只能是在額定的轉速下增加氣缸數獲取功率的提升，柴油機卻是在轉速受限的條件下氣缸直徑可做到汽油機最大缸徑的十倍，而轉速可低到汽油機額定轉速的1/8~1/10。柴油機燃燒供給系統的精密程度及調速器結構的複雜程度更是汽油機無法比擬的。

在進入電控時代後，柴油機電控燃油供給系統的精緻程度更彰顯機電一體化各領域科技之大成，從燃油噴射壓力到多次噴射解決了純機械原理無法完成的執行軌跡，直至廢氣後處理的各種模式，都是汽油機電噴系統難以或根本無力達到的。可以肯定地說：電控柴油機才是往復式活塞機中的精密機械，汽油機受限於燃燒特性的制衡，只能是吃粗糧的小腳女人。這就是進入電控時代後拉大了這兩者之間巨大區別。