朱博士回答：汽油機可以設計成更高的轉速，主要是因為汽油機壓縮比低，其次是汽油機的燃燒方式是火花點燃式均質混合氣燃燒，燃燒柔和，振動和噪音小。具體的分析請繼續向下看。

汽油機的燃燒方式決定了汽油機有一種不正常的燃燒現象-爆震，爆震的危害性極大，為了避免爆震，汽油機的結構引數設計受到很大限制，主要有以下幾點。

1、壓縮比低

汽油機壓縮比現在最大也就12左右，柴油機能達到22左右。

壓縮比小，汽缸內最大爆發壓力就小，活塞、連桿、曲軸的受力就小，可以設計的比較輕巧，旋轉機構的質量小，轉動慣量小，可以高速運轉。

2、受爆震限制，汽油機的缸直徑不宜大，單缸排量小，適宜設計成高速機。

3、火花點火均質混合氣燃燒

燃燒初期放熱率小，加上壓縮比小，所以汽油機的燃燒柔和，振動及噪音都小，適宜高速運轉。

4、因為以上三條原因，汽油機可以設計成高速機，再加上設計因素可以進一步提高汽油機的轉速。

這個因素就是減小衝程和缸徑的比值，縮短活塞行程可以進一步提高發動機的轉速。

汽油機的轉速主要受活塞平均速度的限制，活塞平均速度大於9米每秒，可稱為高速內燃機。但是隨著活塞平均速度的提高，摩擦損失和磨損量急劇加大。

汽油發動機比柴油發動機轉速高的主要原因其實就是發動機的衝程設計不同，汽油發動機是火花塞點燃式，壓比大多都是在13:1以下，壓縮比過高發動機就會出現爆震的問題，而柴油發動機使用的是壓燃的設計，必須要更高的壓縮比才能燃燒，柴油發動機的壓縮比都在16:1左右有的甚至達到了25:1，壓縮比高也就意味著氣缸衝程更長，這樣發動機的膨脹行程就會更長，所以柴油發動機的熱效率要比汽油高15%左右，油耗也比汽油發動機更低，這樣的發動機形式轉速不高所以功率不大，但膨脹行程更長所以發動機扭矩更大，並且柴油發動機的最大功率和扭矩出現的轉速都比汽油發動機低很多，柴油機這樣的特性更適合貨車，火車等載重機械使用

這主要是因為兩者的點火方式不同引起的，柴油機使用的是壓燃，也就是在壓縮的行程缸內可燃混合氣體受到壓縮之後溫度和壓力都升高，然後自行燃燒。而當前主流的汽油機則是使用的是火花塞點火，也就是在壓縮行程結束，活塞到達上止點之前，火花塞兩個電極之間的高壓擊穿空氣產生火花引燃可燃混合氣體，可燃混合氣體產生爆炸性燃燒從而做功。為什麼要說主流的汽油機呢，這是因為當前有在研究汽油機使用壓燃的方式點火，這主要是為了實現汽油的稀薄燃燒。

兩者點火方式的不同也就對兩者的結構設計造成了差異。在我們的印象中，通常都覺得汽油機的體積相對來說比較輕巧，而柴油機的話就會有一種傻大黑粗的感覺。事實業確實是這個樣子的，因為柴油的燃點比較高，火花塞不易點燃，因此採用壓燃的方式點火，所以壓縮比要比採用火花塞點火的汽油發動機要高的多，動不動就是二十以上，而柴油機一般都不超過10。柴油的壓縮比高這麼多，那麼在壓縮的過程中部件受到的反作用力也要更大，所以這些部件需要設計得更大更粗，尤其是氣缸因為需要承受較大的壓力需要做得牢固笨重，才能保證強度。而我們知道質量越大物體的慣性和慣量相應的也就越大，受到同樣的力作用時加速度更小，也就導致柴油機的轉速相比之下要低得多。

這個問題問的很好，涉及到汽油機和柴油機的最根本的差別。我來分享一下我的看法。

柴油機比汽油機轉速低是由以下兩個因素決定的：圖1是柴油機，圖2是汽油機。

1.兩者燃燒方式的區別

這其實是柴油機和汽油機的一個本質區別。

a.柴油機採用狄塞爾迴圈，也就是我們通常說的壓燃。壓燃的原理是利用柴油機燃點較低的特點，在壓縮衝程透過壓縮空氣產生高溫達到柴油的燃點。這也是柴油為什麼需要高壓縮比的原因，如果壓縮比太低的話，壓縮後空氣溫度低根本無法達到柴油的自燃點，壓燃就無法完成。然後，在壓縮上止點附近才開始向汽缸內噴射柴油，這樣柴油就會自燃，推動活塞做功，同時在柴油燃燒做功的同時噴油器還在繼續噴油，一直持續到上止點後大約30度左右，然後停止噴油缸內剩餘的柴油繼續燃燒做功。圖3是柴油機燃燒的示功圖，也就是狄塞爾迴圈，在壓縮完成後柴油機是在等壓膨脹的過程，持續了很長時間，這就是在做功衝程一直在繼續噴油燃燒的過程。這種燃燒過程也是柴油機熱效率高的主要原因。圖3是柴油機的示功圖。

我們可以看到這種燃燒方式燃燒全部完成對應的曲軸轉角是比較大的，也就是在相同轉速下需要的時間要更長，這限制了柴油機的最高轉速。當前歐洲最先進的轎車柴油機的最高轉速也只能達到4500轉/分鐘左右，這比汽油機要低很多。

b.汽油機採用奧托迴圈，也就是我們通常說的點燃。由於汽油的燃點比較高，很難像柴油那樣透過壓縮自燃，因此必須用火花塞點燃。汽油機的噴油主要是在進氣衝程進行，直噴發動機也可以採用多次噴射，也可以在壓縮衝程增加一次噴油，但是和柴油機最大的區別是汽油機在點火前汽油噴射和混合已經完成，點火後瞬間就完成了燃燒，可以看圖4汽油機的示功圖，點火造成燃燒的壓力升高在很短的時間就完成了，幾乎不佔用曲軸轉角。這是和柴油燃燒最大的區別，所以汽油可以用更高的轉速運轉，比如F1賽車的轉速可以達到20000轉/分鐘以上。

2.結構不同造成的結果

由於兩者燃燒當時不同，因此在結構上區別也比較大。

a.柴油機的燃燒室是在活塞上的，活塞中間有一個燃燒室，同時由於燃燒室在活塞上所以活塞的重量會比比較大。由於柴油機燃燒的爆發壓力很高，能夠達到180bar以上，因此對活塞，連桿，曲軸的強度要求也很高，所以連桿、曲軸也會比較重。這些旋轉部件質量比較大就會在運轉時產生較大的慣性力，慣性力在高轉速會急劇增加，因此這也是限制柴油機轉速上升的另外一個因素。

b.汽油機的燃燒室在缸蓋上，一般現在4氣門採用屋頂式燃燒室，活塞頂上不需要佈置燃燒室，因此活塞很輕。同時，汽油機的爆發壓力一般增壓機不會超過120bar，自吸發動機不會超過90bar，比柴油機要低很多。這就使曲軸，連桿可以做的比較輕巧，慣性力也會小很多，適宜高速運轉。

圖5是柴油機的活塞，可以看到上面的ω型燃燒室。圖6是汽油機活塞，沒有燃燒室，很輕巧。圖7可以看到汽油機的屋頂型燃燒室。

關於汽油機和柴油機的燃燒過程說起來比較枯燥，我分享了兩個影片，大家感興趣可以點進去看一下，影片更容易看明白。