作為內燃機，柴油機與汽油機工作原理一樣，都是將包含化學能的燃料，在發動機內燃燒，釋放熱能，通過熱力學循環轉變成機械能，但汽油機和柴油機的工作原理完全不同，為什么汽油機需要火花塞？為什么柴油機更省油？為什么柴油機需要添加尿素呢？
這一切得先從燃料的特性說起。
汽油、柴油都是石油副產品，具有揮發性、可燃性的烴類混合物液體，非常適合用于燃料。但汽油自燃點高達420℃—500℃，而柴油自燃點低，僅為220℃。
物理老師講過，物體要燃燒需要滿足一些條件：可燃物、氧化劑（助燃物）、溫度（引火源）。不同的燃料特性使得柴油更適合壓燃，柴油機壓縮比高，所以當活塞運行到上止點的時候氣缸內溫度已經達到600℃—800℃，而柴油自燃點僅220℃，所以無需火花塞這個火源，柴油自己就被點燃了。
汽油閃點比較低，即便達到最大的壓縮比也無法自燃，因此汽油機需要配置火花塞這個火源來點燃油氣混合物。
同樣，由于燃料的密度以及發動機的工作原理不同，也導致汽油機和柴油機不同的工況特性。
理論上，要說明一臺內燃機的技術參數，可以概略地用功率與扭矩的大小來標示，但影響功率、扭矩輸出的因素卻很多，其中一個重要因素就是發動機的壓縮比。壓縮比表示活塞由下止點運動到上止點時，氣缸氣體被壓縮的程度。
就發動機單個氣缸而言，當活塞的行程到達最低點，此時的位置點便稱為下止點，整個氣缸包括燃燒室所形成的容積便是最大行程容積。當活塞反向運動，到達最高點位置時，這個位置點便稱為上止點，所形成的容積為整個活塞運動行程容積最小的狀況，需計算的壓縮比就是這最大行程容積與最小容積的比值，即氣缸最大體積（V1）與最小體積（V2）之比。
空氣在壓縮的過程中，其溫度會升高。壓縮比越高，意味著空氣和燃油會被壓縮得更狠，進而燃油分子也就會跟空氣結合得更加充分，從而使燃燒更加充分。此外，高壓縮比還有一個好處，混合更加充分的油氣混合物能夠實現更快燃燒。
壓縮比越高，熱效率越高，但隨壓縮比的增高，熱效率增長幅度越來越小。本文的重點在于前面這兩句。
汽油機的壓縮比一般為8—14左右，柴油機的壓縮比一般是15起步，約15—18，高的還有20以上壓縮比機型。這樣一看，柴油機的壓縮比要遠高于汽油機，自然燃燒效率也就越高，因此柴油機的熱效率普遍高于汽油機。
現階段，汽油機的最高熱效率普遍在40%上下，新能源專用汽油發動機在電池的幫助下可以達到43%—45%左右，而柴油機基本上是熱效率45%起步，國內的濰柴等廠家已經量產熱效率50%的柴油發動機。
相比汽油，柴油含有更多更長的碳原子鏈，同時柴油的密度為0.83g/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。粗略計算下，每燃燒1升的柴油所釋放的能量，約等于燃燒1.2L的汽油所釋放的能量。
壓縮比更高，燃油能量密度更高，使得同排量下柴油機普遍較汽油機省油。就拿2015款奔馳GL來對比，該車可選汽油/柴油發動機，排量都是3L，均配備渦輪增壓器。在NEDC工況下，柴油機的百公里綜合油耗為8.1L，而汽油機的百公里綜合油耗達到10.1L，漲幅超過20%。
那為什么汽油機有個三元催化器就行了，柴油機除了三元外，還需要加尿素呢？
19世紀90年代，德國人魯道夫·狄賽爾發明柴油機。經過100多年發展，柴油機技術已經日臻完善，特別是采用高壓共軌噴射、渦輪增壓等技術后，柴油機的效率進一步提高，使得柴油機現在仍然是熱效率最高的內燃機之一。
和技術一起攜手進步的還有環保和排放。
早在國一國二時代，那時候柴油發動機還采用機械泵，國三開始用上共軌系統，大馬力的代價，是日益先進的發動機技術，以及越來越精密的設備。現在來到國六時代，除了油品升級外，柴油發動機，特別是后處理器這一塊已經相當完善。
國六柴油機，后處理器這一塊主要是通過EGR廢氣再循環系統、DOC（柴油催化氧化）、DPF（顆粒物捕捉）、SCR（選擇性催化還原）、ASC（氨逃逸監測）等組成。
其中需要定期加注維護的，就是SCR尿素系統了。
早期人們對柴油車的印象就是拖著黑煙跑，稍微大點油門，能熏黑一大片地方，堪稱煙霧彈。其實這些黑煙就是固體微小顆粒，也稱為碳煙。
冒黑煙的原因主要是柴油品質不佳、燃料混合氣過濃、可燃混合氣形成不良或燃燒不完善等原因造成的。
通過提前噴油，混合氣的滯燃期隨噴油提前角的加大而延長。因此，著火前噴油量較多，循環溫度高，燃燒過程結束較早，從而使排煙下降。
正所謂魚和熊掌不可兼得，提前噴油會帶來較高的燃燒噪聲、較大的機械應力和較多的NOx排放。柴油和空氣在高溫高壓下混合燃燒，使得氮氣和氧氣發生反應，生成各種氮氧化物，包括一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。
于是人們不得不在柴油機的DPF后再加上一個SCR系統，通過尿素還原反應來降低氮氧化物排放。通過向催化劑上游的尾氣中混入氨，利用貴金屬催化器在溫度為200℃—450℃的條件下，將尾氣中的NOx轉化為氮氣和水，以此實現降低氮氧化物的排放。（朋月）