為什麼柴油機能做到50%以上熱效率？
在中國市場，柴油發動機搭載在家用轎車上不多，但是在歐美國家柴油發動機是一個很普遍的機器，主要由於其出色的節能性以及強悍的扭矩得到不少消費者的喜愛。大扭矩，意味著車輛不需要特別高的轉速就能得到不錯的馬力輸出，對於日常用車來說有一定幫助，在車輛加速時不需要降擋就可以獲得足夠的加速度，降低了因為變速箱帶來的不利影響。
壓縮比
柴油機的壓縮比會比汽油機的壓縮比更高，而內燃機的壓縮比更高，其做工的效率也會更高。柴油機比汽油機壓縮比更高其中的原因是因為柴油發動機壓縮時只有空氣在進行壓縮，即便是有很高的壓縮比，也不會產生提前爆燃的情況，並且柴油機是依靠壓縮空氣本身的溫度將噴射進去的燃油瞬間點燃，所以柴油機需要把空氣壓縮到柴油的自燃溫度以上。
汽油機壓縮的是混合氣，理想情況下是壓縮到一定程度後透過火花塞點燃混合氣，不能將其壓縮到那麼高的溫度，所以汽油機不會過多壓縮混合氣，以確保溫度不會過高，而柴油機則需要更多的壓縮來提升溫度。壓縮比的大小直接關係到發動機的效率和扭矩，所以更高壓縮比的柴油機能夠輸出更大的扭矩。
燃燒速度
我們都知道，汽油機是透過火花塞點燃混合氣，火焰以火花為中心傳播開來，將所有的混合氣燃盡，而柴油機是幾乎在柴油被噴射進燃燒室的瞬間就被點燃了，所以能在更短時間內完全燃燒。
觀察活塞運動可以發現，汽油機的活塞在混合氣燃燒完之前已經下行了相當長的距離，而柴油機的活塞在燃油完全燃燒前只移動了很小的距離，這樣的結果就是柴油機的燃燒火焰有更多的時間在推動活塞下行，轉化為更多的有用功和更大的扭矩。而汽油機上，如果活塞在遠離上止點後還有燃燒在發生，而這部分火焰就只能推動活塞很短的距離，如果更靠近上止點，就可以推動活塞執行更長的距離。所以汽油機如果擁有柴油機的瞬燃特性也能最大化扭矩輸出。
缸徑行程比
事實上柴油機更傾向於長行程小缸徑，汽油機則更傾向於大缸徑短行程，因為扭矩即力x距離，所以在柴油機應用中，不但有更大的力，還有更長的距離（更長的曲軸曲柄）來放大這個力，最終下來這些都轉化為更大的扭矩。
舉個例子，假如有兩臺0。6L的單缸發動機，柴油機缸徑為80mm，行程120mm；汽油機缸徑為100mm，行程80mm，排量都為0。6L，但是柴油機的行程長的多。 值得一提的是，因為柴油機的燃燒速度要快得多，所以燃燒發生的時機並不在最佳的曲軸角度，所以長行程對於製造更多的扭矩有明顯幫助。更重要的是柴油機有著更高的壓縮比，配合瞬間燃燒和渦輪增壓等才是影響柴油機扭矩高的原因。
更長的行程限制了柴油機的轉速，因為如果行程更長，相同轉速下活塞就要移動得更快，以上文的引數為例，假設轉速在3000rpm，120mm行程的柴油機活塞平均速度為12m/s，這這個活塞平均速度對應80mm行程的汽油機轉速為4500rpm。所以兩臺發動機的活塞平均速度一樣，但是汽油機的轉速要高得多。
柴油機更適合渦輪增壓
柴油機的零部件強度更高，鑄鐵缸體、活塞、連桿、曲軸的強度很高，這些會使發動機更加笨重，但也可以承受更大的扭矩。
柴油機另外一個特性是稀薄燃燒，柴油機的空燃比可以達到18：1~70：1之間，透過稀薄燃燒，就會有更多的空氣可以用於膨脹做有效功，因此發動機的效率會更高，達到這種效果就需要渦輪增壓器的幫助，使用渦輪儘可能壓入更多的空氣進行高效的燃燒。
同時，柴油機的泵氣損失也比汽油機小，因為柴油機不需要節氣門，或者說有一個幾乎常開到最大的節氣門。相反，汽油機的空燃比範圍就小得多，同時增壓值也不會太大，因為原廠的汽油機並不像柴油機那樣設計得能承受很大的增壓值。總的來說，更大的增壓值、更多的燃油就等於更大的馬力，也就擁有更大的扭矩。
柴油的能量密度大
相同體積的燃油，無論是1L柴油還是1L汽油，柴油大約比汽油多10-15%的能量，所以噴射同樣多的燃油，柴油會製造更多的能量，也就是更多的扭矩。
美國威斯康辛大學有過一個研究，透過柴油和汽油混合達到60%熱效率的發動機，不過這是在實驗室條件下達成。主要是因為柴油和汽油的燃燒速度不同，透過歧管噴射汽油，隨後透過缸內直噴噴射柴油，再透過柴油引燃汽油的方式來做功，低負載情況下汽油用量較少，使用更多柴油，而在高負載情況下汽油和柴油的比例最高可達9：1。
這種技術首先排放很低，幾乎不會產生氮氧化物，同時由於進行了提前噴射進行混合，充分混合的柴油並不容易產生顆粒物；此外，雖然使用了柴油，但是這種發動機可以在不安裝尾氣處理裝置滿足2010年EPA排放法規，所以在排氣處理上會比傳統柴油機更有優勢。
但由於需要有兩種燃油，所以需要有兩套燃油裝置，這是這種發動機不足的地方。同時如果想要達到60%的熱效率，就必須停止對活塞的冷卻，但這樣對於零部件的耐用程度是一種考驗，也是以後量產需要解決的地方。
這種發動機的優點同樣在熱效率上，根據瞭解，最大熱效率可達55%，不過其做功形式跟傳統柴油發動機有所區別，這種發動機使用對向燃燒室的設計，這種發動機有achates power研發。
最早的對向活塞發動機要追溯到19世紀末期，被用在船、飛機、潛艇、坦克、火車等交通工具上，勞斯萊斯甚至在1950年代開發了用於軍事用途的對向活塞發動機。
對向活塞發動機的活塞區別於普通發動機，它的活塞是對向運動的，在上止點相遇，之後分別開始做功，這種發動機是兩衝程發動機，這意味著每當活塞在中間相遇的時候就開始做功，所以不需要四衝程發動機的換氣衝程。
這個發動機的基本工作原理的很簡單的，當活塞到達下止點時，新鮮的空氣從氣缸下面的進氣口進入氣缸，燃燒後的氣體從氣缸頂部的排氣口排出，之後兩個活塞相互靠近，在接近中點之前柴油會被直接噴入氣缸，每個氣缸有兩個對向安裝的噴油嘴。燃燒開始後將活塞分離，之後整個迴圈不斷重複，上面的活塞和下面的活塞各自使用一根獨立的曲軸，兩根曲軸透過齒輪結合在一起，作為一根軸輸出動力。
使用兩根曲軸看似很複雜，實際上這個發動機沒有氣門結構，意味著沒有凸輪軸、搖臂、氣門、氣門彈簧甚至連氣缸缸頭都沒有。舉個例子，一臺2。7L 3氣缸的這種高電腦掛機可以輸出270匹馬力，650N·m的扭矩。
首先，沒有了缸頭，燃燒後炙熱氣體接觸的面積更小，相比起燃燒室的面積，接觸面積減少了很多，相對於把熱量傳遞給缸頭，它的熱量傳遞給了兩側對向的活塞，這意味著有更多的熱量被用於做功，並且把整個氣缸的運動距離分給了兩個活塞，這使得衝程缸徑比很大，並且活塞的運動速度很低，這就使得能量的利用率更高。
此外，兩側活塞頂部的燃燒室能設計得非常理想，這樣空氣和燃油混合得更快，燃燒速度也就更快；這臺兩衝程發動機由機械增壓來控制進氣壓力，並且還有渦輪增壓的雙增壓結構，進氣孔和排氣孔被設計得最有利於掃氣，排氣口會首先開啟，讓燃燒後的高溫高壓氣體排出，當氣缸內壓力降低，進氣口開啟，新鮮空氣進入氣缸將剩餘的廢氣排出，進排氣口在活塞向中心運動時關閉，會有少量的廢氣剩餘。
從效率角度來講，這是最理想的配置，如果只有兩個氣缸，供給渦輪的氣流就會有很大的真空期，會降低整體的效率，尤其是低轉速、低負載時，沒有足夠的排氣氣流去推動渦輪。如果是四個氣缸，一個氣缸的排氣口開啟時間和另外一個氣缸的進氣口開啟時間就會有過多重合，這就會讓氣缸內剩餘的廢氣變多，降低掃氣效率，最終同樣會降低整體效率。
當然，這不能說明這種發動機不能使用其他的佈局，2、3、4、5缸都是可以的，achates也在開發一種以效能為目標的四缸發動機，但是在效率角度來講，三缸是最理想的。說到效率，測試資料顯示在很寬泛的負載條件下，發動機輸出熱效率都能處於40%以上，最大熱效率達到46%，氣缸內熱效率在負載測試下都沒有低於51%，所以這個發動機的優勢不僅僅是最大熱效率很高，而且具有非常寬泛的轉速和負載下都能有非常高的熱效率。在2012年就達到了SAE一項2018年的研究報告中，使用三缸對向活塞柴油機達到了55%的最大熱效率。
在2017年底特律車展上，有9家主機廠成為了這種該發動機的研發參與夥伴，如今只有一家已經開始實驗生產這種對向活塞發動機了。但是由於這是兩衝程發動機，在環保上會有明顯的劣勢，因為兩衝程發動機的機油是參與燃燒的，在日益嚴格的環保法規限制下，必然會遭受毀滅性打擊。此外，由於沒有配氣機構，所以進排氣口的位置、高度都會影響著發動機的進排氣相位，同時直接影響發動機的效能，同時不同擁有可變氣門技術，所以難以滿足在任何工況下的效率、動力表現。
以上，就是柴油發動機比汽油發動機優勝之處，但想要柴油發動機在中國能夠普及，油品質量必須先提高，只有擁有良好的配套設施，發動機才能出色發揮實力，而這一點是我國的短板。混合燃燒發動機擁有出色的熱效率表現，但是由於需要兩套燃油加註系統，不利於量產車型的使用；對向活塞發動機也是如此，熱效率高，但發動機的震動，各個工況下的輸出、排放是否能達到量產化標準，還需要廠家們繼續努力。
