柴油和汽油在挥发性、与空气的混合性、蕴含能量、燃烧方式、排放特点上有所不同。
蕴含的能量
汽油比较轻，成分是较小的分子，烃基化合物的分子中含有的碳原子大约在8-10个，柴油则为12-15个，燃烧时，碳越多，燃烧充分的情况下，释放的能量就越大，所以同体积的汽油和柴油相比，柴油是能提供更高能量的，在热效率相近的情况下，柴油发动机更节油就是必然的了。
这也就是越大型的车辆越倾向使用柴油的缘故（大部分坦克使用柴油发动机，也有少量坦克使用汽油燃气轮机，性能更好，但燃料消耗大，还需要加强防护，因为汽油太容易被点燃）。
燃烧方式
汽油分子比较小，活跃燃点低，汽油机混入理想比例的空气，压缩到10左右火花塞点燃就是比较理想的状态，柴油因为含碳高，需要更多空气，也不容易被火花塞点燃，所以要用15~18倍的压缩比，将柴油混合气压缩（气体压缩后温度会升高）至燃烧。就是说，汽油发动机是火花塞点燃，柴油发动机没有火花塞，是压燃的。
从挥发性区别柴油和汽油
汽油易挥发，柴油不易挥发。所以去加油站，我们闻到的很大味道就是汽油味儿，不是柴油味儿。
与空气的混合性
汽油易与空气混合，易挥发就是容易进入空气中，汽油当然容易与空气混合，这就是为什么
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汽油发动机会用到缸内直喷、分层喷射等方式，进一步优化汽油和空气的混合，混合之后燃烧就更充分了。柴油则不容易跟空气混合，所以柴油机燃烧容易不充分，燃烧不充分就有部分成分没烧完，变成黑色的碳颗粒排放出来，所以柴油车容易冒黑烟，容易味道大，但技术成熟燃烧良好的柴油发动机，是不会冒黑烟的，味道还比汽油发动机更小。
排放特点
汽油燃烧剧烈温度高，未充分燃烧的化合物会部分高温离解，主要排放物是一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化合物。
柴油发动机内空气更多，但因为混合不如汽油充分，缺氧的区域会容易产生碳烟，就是老旧的柴油大车急加速、冷启动时浓烟滚滚的原因。也因为空气更多，柴油发动机排放的一氧化碳和碳氢化合物反而不多，颗粒物和氮氧化物是柴油排放的主要物质
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