柴油发动机（燃烧柴油来获取能量释放的发动机）

简介

柴油发动机

柴油发动机的优点是功率大、经济性能好。柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。不同之处主要是，柴油发动机气缸中的混合气是压燃的，而不是点燃的。柴油发动机工作时进入气缸的是空气，气缸中的空气压缩到终点时，温度在500-700oC，压力40—50个大气压。活塞接近上止点时，发动机上的高压泵以高压向气缸中喷射柴油，柴油形成细微的油粒，与高压高温的空气混合，柴油混合气自行燃烧，猛烈膨胀，产生爆发力，推动活塞下行做功。此时的温度可1900-2000oC，压力可达60-100个大气压，功率很大，所以，柴油发动机广泛的应用于大型柴油汽车上。

发展历程

1905年，德国的狄塞尔发明柴油机；

1976年，德国大众首先在高尔夫轿车上采用柴油发动机；

1989年，德国大众高尔夫柴油车获得“低排放车”的称号；

1990年，德国大众首次推出增压、直喷柴油机, 德国大众在柴油动力技术的开发和应用上一直走在世界的前沿；

1993年，开发出四缸涡轮增压直喷柴油发动机（TDI）；

1995年，开发出自然吸气式直喷（SDI）柴油发动机；

1995年，开发出变截面涡轮增压器；

1998年，开发出泵喷嘴技术；

1999年，开发出3升路波轿车柴油动力是未来的主流技术。未来的柴油动力将创造一个光辉灿烂的新经济时代，德国大众一升轿车的出世令整个世界震惊，这种柴油概念轿车的百公里油耗实现了创记录的0.99升----世界上最省油的轿车。发动机采用铝制自然吸气式单缸柴油机，采用了先进的高压直接喷射技术，排量为0.3升；

2002年，一汽-大众率先将捷达SDI轿车投放中国市场；

2004年，一汽-大众引入TDI技术，领路中国汽车新动力时代。^[1]

特点

传统柴油发动机的特点：热效率和经济性较好，柴油机采用压缩空气的办法提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。

但柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。

由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。小型高速柴油发动机的新发展：排放已经达到欧洲III号的标准。传统上，柴油发动机由于比较笨重，升功率指标不如汽油机(转速较低)，噪声、振动较高，炭烟与颗粒(PM)排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。但随着近年来柴油机技术的进步，特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的技术，例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决，而柴油机在节能与CO2排放方面的优势，则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的，因此，先进的小型高速柴油发动机，其排放已经达到欧洲III号的标准，成为“绿色发动机”，目前已经成为欧美许多新轿车的动力装置，可以预见，我国将出现越来越多的柴油轿车。^[2]

节能改造

SAJ柴油发电机专用变频器特点：

低频转矩输出180% ，低频运行特性良好

输出频率最大600Hz，可控制高速电机

全方位的侦测保护功能(过压、欠压、过载)瞬间停电再起动

加速、减速、动转中失速防止等保护功能

电机动态参数自动识别功能，保证系统的稳定性和精确性

高速停机时响应快

丰富灵活的输入、输出接口和控制方式，通用性强

采用SMT全贴装生产及三防漆处理工艺，产品稳定度高

全系列采用最新西门子IGBT功率器件，确保品质的高质量^[2]

发展前景

柴油发动机应用广泛，处在所属产业链的相对核心的位置。在过去十多年的发展中，柴油发动机生产业形成了一系列的配套企业，很多的柴油发动机企业更多充当了总承装配者的角色，而柴油发动机的一些关键的零部件：曲柄连杆、活塞、气缸套、凸轮已交由专业公司生产。专业化分工使得柴油发动机厂商能更加集中自身的优势，专注于柴油发动机的设计的和制造。

柴油发动机主要用于最终配套产品，比如大功率高速柴油机主要配套重型汽车、大型客车、工程机械、船舶、发电机组等。因此，柴油机行业的发展在很大程度上取决于相关终端产品市场情况。

在农用柴油机领域，发展中国家的市场增长将弥补发达国家的市场滑落，全球人口的快速增长，以及老旧设备的更新换代都对农业机械有较大需求，全球农用柴油机市场将呈现高速增长。在航空发动机领域，发动机产业是航空工业的核心细分子行业，未来发展前景非常广阔。综合以上对各领域的分析，我们认为，全球柴油发动机将保持8%的速度稳步向前发展。

欧洲与柴油机

欧洲是柴油发动机技术发源地，由于柴油的众多特点，从20世纪90年代中开始，欧洲各大汽车公司大力发展柴油发动机技术，并陆续向消费者推广，超过三分之二的轿车都使用柴油发动机。奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。

德国大众：TDI柴油技术，最早由意大利菲亚特研发，后康明斯柴油机被大众获得并发展。

宝马：D技术，具有功率高，扭矩大的特点，并使用了双涡轮可变截面增压技术。

柴油发动机

奔驰：CDI技术

标志雪铁龙：HDI技术，和德国大众同源同种，也来自与意大利菲亚特。

雷诺：DCI技术，2006年前曾因增压涡轮易坏而被质疑其可靠性，随后雷诺对其进行了改进。

菲亚特：JTD技术

欧宝：TDCI技术，相对于大众的TDI技术，

美国产品

柴油发动机不仅在CO2的排放上已经远远领先汽油发动机，而且在不久的将来燃料中的含硫量也将少于汽油发动机。一直以来，汽车尾气都被认为是引发温室效应的重要原因之一。而美国和中国则被认为是CO2排放量最大的两个国家。

据调查，2004年欧洲汽车市场上有将近一半新车使用的都是新型的绿色柴油机。而在美国路上行驶的汽车中，却只有1%使用的是柴油发动机。原因很简单，美国消费者拥有世界上最低的汽油价格。但是现在美国本土市场的汽油价格接近于历史同期的最高水平，这就使得美国消费者不得不转而去关注那些能为他们省钱的经济型轿车。

在美国的汽车市场上只有两款车使用的是柴油发动机。而今天随着汽油价格的不断上涨，已经有13款柴油车出现在美国的汽车市场，而到了2006年又将有6款新车上市。届时使用柴油发动机的汽车种类将达到近20种。

布什总统关于柴油发动机文件的签署为今后柴油车指明了前进的方向。美国的政策制定者和消费者已经发现柴油车是一个不错的选择。对于中国来说柴油车同样是一个不错的选择。在市场机制条件下，使用柴油发动机的汽车将会拥有更广阔的前景。^[1]

工作原理

柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。

柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为16-22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，同时温度高达750-1000K（而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa，温度达600-700K），大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6-9MPa，温度也升到2000-2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。

普通柴油机的供油系统是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。

共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元（ECU）和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面：

1．喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由ECU适时控制；

2．可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力，喷油始点、持续时间，从而追求喷油的最佳控制点；

3．能实现很高的喷油压力，并能实现柴油的预喷射。

柴油机曲柄连杆机构

工作条件：柴油机工作时，内部曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。

组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。

功用：曲柄连杆机构是柴油机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。

柴油机的负荷通常是指柴油机阻力矩的大小。由于平均有效压力与扭矩成正比，所以常用平均有效压力来表示负荷。柴油机的工况是由转速和负荷共同决定的。所谓负荷特性是指柴油机转速不变时，其他主要性能参数（燃油消耗率ge、耗油量Gf和排气温度tr等）随负荷而变化的关系。这时由于转速是常数，所以有效功率可以用来作度量负荷。在发动机调试过程中，经常用负荷特性作为其性能比较的标准。另外，负荷特性给出了在等速条件下，发动机的负荷与燃油消耗率的关系，因此，对负荷可以在很大范围内改变，而转速基本维持不变的固定式发动机（如发电机组用发动机）具有特殊的意义。如果从发动机上测出一系列不同转速下的负荷特性曲线，则可选择出固定式或运输式发动机的最经济工况。柴油机在运转中，充气量变化不大，主要是通过改变每循环供油量来改变混合气的浓度(即过量空气系数)，从而调节柴油机的负荷（称为质调节〉。换句话说，柴油机主要是通过改变喷油泵调节杆的位置，用增加或减少供油量的方法来改变负荷。图是柴油机按负荷特性运转时一些参数随负荷变化的一般规律。柴油机增加负荷就意味着增加每循环供油量，所以耗油量Gf随负荷的增加而增加，而过量空气系数a随负荷的增加而减小；供油量多，放热也多，使排气温度tr随负荷的增加而升高。在空负荷时，Ne=0，Pi=Pm，这时m= 0，所以ge为无穷大。随着负荷的增加，m迅速上升，而ge反而下降。当负荷增加到A点时，ge达到最小值。再继续增加负荷，由于过量空气系数a减小，混合气形成和燃烧恶化，ge反而升高。排气烟度随负荷的增加曲'增加，但在低负荷时增加缓慢，且低负荷时烟度很小，肉眼看不出，通常被认为是排气无烟。在高负荷时，烟度迅速增加.当接近最大功率时，由于a减小，混合气形成和燃烧恶化，燃烧不完全，排气烟度急剧增加（图中B点），此时燃油消耗率ge也迅速升髙。活塞和汽缸盖等机件的热负荷也迅速増大。如果再继续增加供油量，则柴油机排气大量冒黑烟，功率反而下降，因此柴油机存在一个冒烟极限。为了保证柴油机安全可靠地运行，不允许柴油机在冒烟极限下工作。

汽油发动机一般将汽油喷入进气管同空气混合成为可燃混合气再进入汽缸，经火花塞点火燃烧膨胀做功。人们通常称它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷油咀将柴油直接喷入发动机气缸，和在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压下自燃，推动活塞做功。人们把这种发动机通常称之为压燃式发动机。

汽油机汽车具有转速高（轿车用汽油机转速可高达5000—6000转/分，货车用汽油机达4000转/分左右）质量轻、工作时噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故在轿车和中、小型货车及军用越野车上得到广泛应用。其不足之处是燃油消耗较高，因而燃油经济性较差。柴油机汽车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右，所以燃油经济性较好。1.7升柴油轿车比1.6升汽油轿车每百公里可节约2升油。一般货车大都采用柴油机。柴油机的弱点是转速较汽油机低（一般最高转速在2500—3000转/分左右）、质量大、制造和维修费用高（因为喷油泵和喷油器加工精度要求高）。它的应用范围正在向中、轻型货车扩展。国外柴油轿车也有很快的发展，其最高转速可达5000转/分。

核心技术

美国德尔福宣布开发出了可更准确检测出机油状态的柴油发动机机油传感器。该传感器通过检测机油的状态来确定机油更换时间，比根据行驶周期进行推算，可大幅度延长更换机油和过滤器的时间间隔。新传感器除测定原来的粘度和介电率外，还测定煤烟含量和燃料对机油的稀释度，从而能更准确地检测出机油状态。将于2009年开始面向卡车厂商量产。

由于柴油发动机引擎控制使用多个后喷射的情况增多，经由活塞环掺入机油而稀释机油的燃料量不断增加，这样很容易降低机油的润滑性和粘度。另外，煤烟通过EGR（排气再循环）混入机油的量增加，导致添加剂效果降低、机油粘度升高。由于只测定粘度，容易受这两个相反因素的影响，难以准确掌握机油的恶化程度。

燃料对机油的稀释度，可通过改进过的粘度测定系统根据对流时间进行测定。另一方面，煤烟的含有量可通过检测出的介电率变化进行推算。该传感器可测定机油温度和机油量，设想安装于机油箱底壳或引擎体上，外形设计为小尺寸。

该传感器除可用于商用卡车柴油发动机外，还可用于大型SUV和皮卡车等轻型车柴油发动机以及工业用柴油发动机等。^[1]

笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，经过多年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。现代柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。

为了使负荷调节更加精确，产生了共轨技术。

目前国外轻型汽车用柴油机日益普遍，奔驰、大众、宝马、雷诺、沃尔沃等欧洲名牌车都有采用柴油发动机的车型。

笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，加上柴油机的构造比较复杂，不少人对柴油机缺乏了解，尤其对现代先进的柴油机缺乏了解，因此柴油机汽车在一些城市成了“被限制的对象”，受到种种歧视。其实经过多年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。现代先进的汽车柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。

在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比（汽油与空气的比例），柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节输出的大小，而柴油机喷油控制是由发动机的转速和加速踏板位置（油门拉杆位置）来决定的。因此，基本工作原理是计算机根据转速传感器和油门位置传感器的输入信号，首先计算出基本喷油量，然后根据水温、进气温度、进气压力等传感器的信号进行修正，再与来自控制套位置传感器的信号进行反馈修正，确定最佳喷油量的。

电控柴油喷射系统由传感器、ECU（计算机）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与巳储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对喷油泵、废气再循环阀、预热塞等执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。^[1]

共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统。高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化。

在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒，实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象，由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物（HC）的排放量，油耗增加。此外，每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。^[1]

共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。

柴油机的涡轮增压器已作过介绍。至于增压中冷技术就是当涡轮增压器将新鲜空气压缩经中段冷却器冷却，然后经进气歧管、进气门流至汽缸燃烧室。有效的中冷技术可使增压温度下降到50℃以下，有助于减少废气的排放和提高燃油经济性。^[2]

发明者

柴油用英文表示为Diesel，这是为了纪念柴油发动机的发明者――鲁道夫·狄塞尔（RudolfDiesel）。

狄塞尔生于1858年，德国人，毕业于慕尼黑工业大学。1879年，狄塞尔大学毕业，当上了一名冷藏专业工程师。在工作中狄塞尔深感当时的蒸气机效率极低，萌发了设计新型发动机的念头。在积蓄了一些资金后，狄塞尔辞去了制冷工程师的职务，自己开办了一家发动机实验室。

针对蒸汽机效率低的弱点，狄塞尔专注于开发高效率的内燃机。 19世纪末，石油产品在欧洲极为罕见，于是狄塞尔决定选用植物油来解决机器的燃料问题（他用于实验的是花生油）。因为植物油点火性能不佳，无法套用奥托内燃机的结构。狄塞尔决定另起炉灶，提高内燃机的压缩比，利用压缩产生的高温高压点燃油料。后来，这种压燃式发动机循环便被称为狄塞尔循环。

像所有伟大的发明家一样，狄塞尔的前进道路上困难重重。实验证明，植物油燃烧不稳定，成本也太高，难以承担狄塞尔的“重任”。好在当时石油制品在欧洲逐渐普及，狄塞尔选择了本来用于取暖的重馏分燃油———柴油作为机器的燃料。压燃式发动机的结构强度始终是个难题。一次实验中，汽缸上的零件象炮弹碎片一样四处飞散，差点儿造成人员伤亡。实验不顺利，狄塞尔的资金也渐渐耗尽。他不得不回到制冷机工厂谋生。但狄塞尔没有向困难屈服，他利用业余时间继续实验，一步步完善自己的机器。

1892年，狄塞尔终于研发出一台实用的柴油动力压燃式发动机。这种发动机功率大，油耗低，可使用劣质燃油，显示出辉煌的发展前景。狄塞尔随即投入到柴油机生产的商业冒险中。不幸的是，作为优秀的工程师，狄塞尔缺乏商业头脑。他在经济上渐渐陷入困境。1913年狄塞尔已处于破产的边缘。这一年夏天，狄塞尔在乘坐英吉利海峡的渡轮时，突然失踪，据认为是投海自杀。但狄塞尔发明的柴油机，在汽车、船舶和整个工业领域得到越来越广泛的发展。^[2]

发展历史

如果用最简单方式看待历史，那么组成历史的仅仅包括年代、人名、故事三个要素。虽然时间跨度冲淡他的年代和故事，但他应该感到欣慰，因为至少他的名字得以流传。鲁道夫·狄赛尔(Rudofl Diesel)一个永远不会被忘却的名字。

在科学史上，人们总是会对那种无心插柳却一举成功的故事津津乐道，比如伦琴射线、青霉素、宇宙微波背景辐射等等。当然能有上述的成就固然可敬，但还有一种同样可敬的人：他们在有生之年不断探索，但成就却不被世人承认，直到多年之后他们的成就才发扬光大。柴油机的发明者鲁道夫？狄赛尔就是这样的一个人。

狄赛尔1858年出生在法国巴黎，他的父亲是德国奥古斯堡的精制皮革制造商。成年之后，狄赛尔进入了德国的慕尼黑技术大学攻读。就在他读大学期间的1876年，德国人奥托研制成功了第一台4冲程煤气发动机，这是法国技师罗夏内燃机理论第一次得到实际运用。这一成就鼓舞了当时从事机械动力研究的许多工程师，这其中既包括后来汽车的发明者卡尔·奔驰和戈特利普·戴姆勒，也包括对机器动力十分有兴趣的年轻人狄赛尔。

与致力于改造奥托发动机的奔驰和戴姆勒不同，狄赛尔的想法更为超前，他想完全舍去发动机中的点火系统，靠压缩空气发热，喷入燃料后自燃做功，这种方式完全区别于吸入燃气混合气点燃做功的方式，后人称狄赛尔的原理为“压缩式内燃机”原理。当然狄赛尔产生这样的设想也并不是空穴来风，因为当时并没有发明分电器和高压点火线圈，点火装置非常简陋和不稳定，狄赛尔想跳过这个技术障碍完全是可以理解的。不久，他在法国人约瑟夫·莫勒特(Joseph Mollet)发明的气动打火机上找到了灵感，并坚持不懈的探索下去。

柴油发动机

狄赛尔没有料到，他的想法实现起来远远比发明点火系统复杂的多，他所遇到的第一个就是燃料问题。常用的汽油非常活跃，也非常容易点燃，但汽油却不能适应有很高的压缩比的压燃式发动机，一旦把汽油雾化喷入含有高温、高压空气的燃烧室，就会发生猛烈的敲缸甚至爆炸。舍去汽油是必然的，狄赛尔创造性把他的目标指向了植物油。经过一系列试验，对于植物油的尝试也失败了，但他是第一个把植物油料引入内燃机的人，因而近现代鼓吹“绿色燃料”者都把狄赛尔尊为鼻祖。

最终燃料选择锁定在了石油裂解产物中一直未被重视的柴油上。柴油相对于汽油来说性质非常稳定，比较难于点燃，同时柴油一旦点燃会冒出大量的黑烟，因而它又不能像煤油那样用作照明。但柴油稳定的特性却恰恰适合于压燃式内燃机，在压缩比非常高的情况下柴油也不会出现爆震，这正是狄赛尔所需要的。经过近20年的潜心研究，狄赛尔终于在1892年试制成了第一台压燃式内燃机，也就是柴油机。

这台柴油机用汽缸吸入纯空气，再用活塞强力压缩，使空气体积缩小到15倍左右，温度上升到 500—700度，然后用压缩空气把雾状柴油喷入汽缸，与缸中高温纯空气混合，由于汽缸这是已经有了较高的温度，因而柴油喷入后自行燃烧做功。1892年 2月27日，狄赛尔取得了此项技术的专利。

柴油机的最大特点是省油，热效率高，但狄赛尔最初试制的柴油机却很不稳定，1894年，狄赛尔改进了柴油机并使其能运行1分钟左右，尽管他的柴油机还并不稳定，但狄赛尔却迫不及待的把它投入了商业生产，因为他的竞争对手早在1886年就把汽油机安装车辆上，而8年之后，汽油机汽车已经投入了商业运作。这位只了解技术并不了解商业运作的发明家犯下了一生中最大的一次错误，他急于推向市场的20台柴油机由于技术不过关，纷纷遭到了退货，这不但给了他巨大的经济负担，更重要是影响了柴油机在公众的印象，在随后的几年里几乎没有厂家或个人乐意装配柴油机。没有了资金来源又负债累累，这就使得狄赛尔的晚年陷入了极端贫困。1913年10月29日，55岁的狄赛尔独自一人呆站在横渡英吉利海峡的轮船甲板上，被巨浪卷入了大海(多数历史学家认为狄赛尔是跳海自尽的)。为了纪念狄赛尔，人们把柴油发动机命名为Diesel。

狄赛尔做梦都想看到自己的发明能大规模装载在汽车上，但他致死都没有看到这一天。客观的讲，狄赛尔的柴油机确实存在着不少缺陷，其中最大的问题就是重量。由于柴油机汽缸压力比汽油机高很多，因而柴油机的缸体要比汽油机粗壮许多，同时早期的柴油机为压缩空气使用的空气压缩机质量也非常巨大，这就使得柴油机整体上十分笨重，极不适应当时骨架还很娇小的汽车。但柴油机拥有汽油机不可比拟的扭矩优势，在功率相同时柴油机又拥有很大燃油经济性优势，这就让人们并没有放弃它。

1924年，美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的质量，同年在柏林汽车展览上MAN公司展示了一台装备柴油机的卡车，这是第一台装有柴油机的汽车。不久以后，博世公司开始正式生产标准泵喷油器，正是由于柱塞泵的普及，为柴油机安装在汽车上提供了基础。1936年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D，这时距狄赛尔去世已经23年。

尽管30年代已经有轿车安装了柴油机，但真正为柴油机提供发挥舞台的还是重型机械和装甲车辆。二战中，美国的舒尔曼坦克和德国虎式坦克都使用汽油机，虎式坦克以其强大的火力和厚重的装甲占得了上风，美军只能拿数量来扯平。但在苏联战场，苏军的T-34坦克的火力和装甲虽也不及虎式坦克，但T-34使用柴油发动机，他在中弹后不易起火，这样就大大提高了战场生存能力。战后，各国汲取了战争中的教训，都自己的坦克换装成了柴油发动机。

20世纪50年代以后，两大阵营在坦克功率方面进行了不断的军备竞赛，这无形中大大加速了柴油机技术的发展。人们知道喷油压力直接影响着柴油机的功率和扭矩，因而世界各大柴油机制造公司都在拼命提高柴油机的喷油压力，在这个时期，康明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT喷油系统，从而大规模的提高了喷油压力。

如果说柴油机在重型机械上得到应用是狄赛尔的无心插柳，那么电控技术使柴油机回到了轿车领域才真正让狄赛尔得偿夙愿。

如果想把柴油机引入轿车领域，那么必须解决柴油的排放和振动问题。实际上，柴油机排气中CO和 HC比汽油机少得多，NOx排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。柴油机是一种非均质燃烧，混合气形成时间很短，而且混合气形成与燃烧过程交错在一起。经过研究发现：柴油机喷油规律，喷入燃料的雾化质量，气缸内气体的流动以及燃烧室形状等均直接影响燃烧过程的进展以及有害排放物的生成。

除了靠提高喷油压力和柴油雾化效果来改善排放，使用预喷射也是行之有效的方法。预喷射就是在主喷射之前的某一时刻精确的喷入约为1-2毫升的预喷油量，从而使燃烧室被加热，缩短了随后进行的主喷射的着火延迟期。于是温度与压力上升减缓，降低了燃烧噪声水平和NOx。70年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。

最先出现的电控喷油泵技术，而后又发展出了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到2050bar，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合发动机的要求(大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受发动机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题，但它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到 1600bar，有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点，对其大加采用(最早使用高压共轨的轿车是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车)。

话说到这里，柴油机话题快告一段落了，但柴油机的故事肯定还没有讲完，因为人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放，柴油机成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段。狄赛尔肯定没有想到当年他那个没人问津的丑小鸭，现在 100%的重型车和近30%的乘用车都在使用。但可以让狄赛尔感到欣慰的是，每当打开这些车的发动机盖，都会看见一个名字——Diesel。^[2]

机器保养

要延长柴油机的使用寿命，在使用过程中，就要加强空气滤清器、润滑油滤清器和燃油滤清器这三种滤清器的保养，充分发挥它们的作用。

空气滤清器在安装时不可漏装、反装或错装各密封垫圈及橡胶连接管，并保证各按嵌处的严密性。使用的纸质集尘杯空气滤清器，每工作50-100小时，要清除尘土1次，可用软毛刷将表面尘土刷掉，若工作时间超过500小时或已损坏，就应及时更换。使用油浴式空气滤清器，每工作100-200小时，应用清洁的柴油清洗滤芯，并更换其中的润滑油，若滤芯已破碎，就需立即更换，并注意在使用中，按规定添加润滑油。

润滑油滤清器在柴油机使用中如不及时保养，滤芯堵塞、润滑油压力增加，安全阀打开，润滑油直接流入主油道，会加剧润滑表面的磨损，影响柴油机的使用寿命。因此，润滑油滤清器每工作180-200小时，就要清洗1次，发现破损，应立即更换，以防止杂质进入润滑表面。柴油机换季使用，还应清洗曲轴箱和各润滑表面，方法是用润滑油、煤油和柴油混合后作洗涤油，可在润滑油放出后加入洗涤油清洗，然后，柴油机低速运转3-5分钟，再放尽洗涤油，加入新润滑油。

燃油供给系统中的各种燃油滤清器，每工作100-200小时，就应清除杂物1次或更换一次，并对油箱和各输油管道进行全面清洗。特别是针对电控共轨系统，由于高压精确喷射，燃油系统的偶件精度高，配合间隙小，对燃油滤清器的过滤效率和水分离效率都提出了更高的要求。使用两级式过滤系统，一级油水分离器，一级柴油精滤器，水分离效率要求大于95%，颗粒过滤效率3－5微米过滤效率大于98.6%。满足该性能要求的公司主要是欧美企业，如博世(BOSCH)，滤不凡（Luber Finder),弗列加（Fleetguard），曼胡（Mann-Hummel），帕克（Parker），等，国内有达菲特（DIFITE）等。在日常保养时，应特别仔细，发现异常，或行驶里程和时间达到发动机规定，需及时更换。在季节过渡换油时，应对整个燃油供给系统的各零部件进行清洗。使用的柴油，应符合季节要求，并需经48小时的沉淀净化处理。

使用柴油机作为发动系统的设备在运作的过程中都会冒出一缕缕的黑烟，不仅造成操作人员的周围环境乌烟瘴气，而且对环境的危害尤其的严重，所以解决柴油机冒黑烟的难题不仅是操作人员心烦的事情也是业内人士所头疼的问题。下面就让专业人士给你讲解一些相关知识吧。

首先可以肯定的是柴油机冒黑烟主要原因还是由于燃料转化率不完全造成的，除了设备自身结构设计的原因之外，还有可能是操作人员有些没有注意到的细节所造成的。主要的解决方法有以下几种：

一：柴油机的油箱是没有密封的，长期的与空气进行接触，造成空气中的一些悬浮杂质以及尘埃等落入空气滤清器中造成进气口被堵塞，造成内部燃烧提供空气不足，而造成燃烧不完全，所以建议在较为恶劣的环境中应该应该勤清洁，而空气较为良好的环境中可以隔一段时间进行清洁，并定期的更换空气滤清器。

二：也可能是燃料质量不好，造成油箱内部的油管通路等堵塞，造成供油不充分，最佳的解决方法是更换电磁阀。燃料质量不好的话也可能会造成燃油滤清器损坏，内部的油变质造成冒黑烟的情况，严重时还可能会损坏燃油系统，如果发现燃油滤清器不达标了一定要及时的进行更换。

三：燃油系统的油管由于油质不良而造成一些杂质附着在管路表面，所以要定期的清洗油管，加两次柴油添加剂可有效的改善冒黑烟的情况。

对于柴油机提供动力的机械设备来说，如果长期高温的话对整机运行状态良好性会造成一定的影响。内在表现会造成润滑失效、零部件磨损加剧、出现拉缸、汽缸垫烧毁等严重故障发生。因此我们又必要去了解造成柴油机高温的缘由才能更好的做出简单预防方案。

长时间进行超负荷进行工作，会造成耗油量增加、内部散热升高、冷却水出现开锅等现象。针对这种情况的最佳处理方法是，避免长时间超负荷工作。

机械设备内部的液体量是否达到标准是非常重要的，通常如果液体量不足尤其是冷却液不足会降低设备的散热效果，因此而造成柴油机出现过热情况。对于这种情况造成的高温，只要在日常使用过程中主要做好检查工作，能够及时的对不足量的液体及时补充即可。

机械设备的散热是否良好，表面的清洁度是否良好，散热风扇是否良好发挥较好的散热效果等都有可能会造成柴油机出现高温故障情况。为了杜绝这种情况发生，我们只要在日常使用中做好检查工作，能够及时的发现一些异常情况并做好修复或者是更换的工作。

生产商家

DEUTZ（道依次）德国

由历史上著名的四冲程发动机的发明者奥托于 1864 年创建，目前公司在德国有 4 个发动机厂，在全球有 17 个许可证和合作厂，所产柴油机功率范围从 5 至 5,000 马力，燃气机功率为 250 至 5,500 马力。

MAN(曼) 德国

MAN股份公司（MAN AG），前称“奥格斯堡-纽伦堡机械工厂股份公司”（Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AG，又译作“曼股份公司”、“曼公司”），是一家控股公司位于德国巴伐利亚州首府慕尼黑的商用车、机器设备制造商，德国股票指数DAX的成分公司，世界 500强之一，在全球有62,000名雇员，年销售额为150亿欧元，其中75%来自德国之外。旗下的MAN商用车股份公司是世界著名的重型卡车制造商之一。

VOLVO(沃尔沃) 瑞典（现已属中国）

沃尔沃汽车公司是北欧最大的汽车企业，也是瑞典最大的工业企业集团，世界20大汽车公司之一。创立于1924年，创始人是古斯塔夫·拉尔松和阿萨尔·加布里尔松。2010年03月28日 吉利控股集团收购瑞典沃尔沃公司100%股权^[1]

用途分类

按用途可分为：

工程机械配套柴油发动机

农用机械配套柴油发动机

井下设备配套柴油发动机

车辆配套柴油发动机

叉车配套柴油发动机

压缩机配套柴油发动机

发电用柴油机

发电机组,焊机，泵配套柴油发动机

船机配套柴油发动机

按排量缸分

单缸柴油机和多缸柴油机缸

按工作循环分

二冲程柴油机和四冲程柴油机；

其他分类：

立式、卧式、直列式、斜置式、V形、X形、W形、对置汽缸、对置活塞等；

使用指南

根据国标（GB252—87），轻柴油规格按凝点分为10、0、-10、-20、-35和-50六个牌号，分别表示凝点不高于10℃、0℃、-10℃、-20℃、-35℃和-50℃；牌号越高，凝点越低。

柴油是应用于压燃式发动机（即柴油发动机）的专用燃料。柴油的外观为水白色、浅黄色或棕褐色的液体。柴油又分为轻柴油与重柴油二种。轻柴油是用于1000r/min以上的高速柴油机中的燃料，重柴油是用于1000r/min以下的中低速柴油机中的燃料。一般加油站所销售的柴油均为轻柴油。轻柴油产品目前执行的标准为GB 252-2000 《轻柴油》标准，该标准中柴油的牌号分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号，柴油的牌号划分依据是柴油的凝固点。

冷滤点是衡量轻柴油低温性能的重要指标，能够反映柴油低温实际使用性能，最接近柴油的实际最低使用温度。用户在选用柴油牌号时，应同时兼顾当地气温和柴油牌号对应的冷滤点。5号轻柴油的冷滤点为8℃，0号轻柴油的冷滤点为4℃，－10号轻柴油的冷滤点为－5℃，－20号轻柴油的冷滤点为－14℃。

如何选用轻柴油的牌号

根据GB 252-2000标准要求，选用轻柴油牌号应遵照以下原则：

1、10号轻柴油适用于有预热设备的柴油机；

2、5号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在8℃以上的地区使用；

3、0号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在4℃以上的地区使用；

4、-10号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-5℃以上的地区使用；

5、-20号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-14℃以上的地区使用；

6、-35号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-29℃以上的地区使用；

7、-50号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-44℃以上的地区使用；^[1]

注意事项

目前在柴油车使用中存在的问题，是技术水平不足造成的，而不是柴油机本质的问题，是可以通过技术的进步加以解决的。

首先，各种动力都有其发展的应有位置和时序。不着手研究开发气体燃料汽车、混合动力汽车、电动汽车以及燃料电池汽车等新技术是要落后的，但是片面强调其短期大量推广的可能性，甚至与常规动力的正常发展相对立也是不对的。其次，应该一分为二地评价气体燃料发动机。气体燃料发动机固然能够较好地满足当前的排放要求，对能源利用结构的调整有着重要的意义，但天然气发动机排放的总碳氢量（主要是甲烷）要高于柴油，在满足欧Ⅳ排放标准方面也z会遇到很多困难。第三，排放和节能同等重要，二者应当综合考虑，节能不仅是节约石油资源，而且是重要的环保问题。以当前国际上关注的排放问题是全球性的温室效应问题为例子，柴油机油耗低，二氧化碳排放远低于汽油机，可减少45％以上的温室气体排放。

1．关键零部件技术：如油泵油嘴和增压中冷技术。

2．燃油品质：优质低硫的柴油是柴油机满足日益严格的排放法规的前提。

3．电控技术：柴油机电控技术对于发动机综合性能的优化和提高至关重要。

柴油发动机

4．排放后处理关键技术：如废气再循环（EG R）技术、微粒捕集技术以及N O x催化转化技术。

5．整机开发及匹配技术：如柴油机燃油、进气及燃烧系统的匹配与优化技术，重型车用及轿车用柴油机技术。

6．柴油机的制造、工艺及材质等技术。^[2]

用油

市场中现有的机油按SAE法分类，单级机油：冬季用油有6种，夏季用油有4种，多级机油：冬夏通用油有16种。冬季用油牌号分别为：0W、5W、 10W、15W、20W、25W；夏季用油牌号分别为：20、30、40、50；冬夏通用油牌号分别为：5W-20、5W-30、5W-40、5W- 50、10W-20、10W-30、10W-40、10W-50、15W-20、15W-30、15W-40、15W-50、20W-20、20W- 30、20W-40、20W-50。

二、品质的表示：

SL/SJ：表示汽油引擎车使用

CF/CG：表示柴油引擎车使用

具体如下：API是美国石油学会的英文缩写，API等级代表发动机油质量的等级。它采用简单的代码来描述发动机机油的工作能力。

API发动机油分为两类："S"开头系列代表汽油发动机用油；"C"开头系列代表柴油发动机用油；当"S"和"C"两个字母同时存在，则表示此机油为汽柴通用型。

在S或C后面的字母表示的意义是；从“SA”一直到“SL”,每递增一个字母，机油的性能都会优于前一种，机油中会有更多用来保护发动机的添加剂。字母越靠后，质量等级越高，国际品牌中机油级别多是SF级别以上的。例如，壳牌非凡喜力（Shell Helix Plus）是API SL级，而壳牌红色喜力机油（Shell Helix Red Motor Oil）则是API SG级，这说明非凡喜力的质量等级要高于红喜力。

排气温度升高的原因

(1)排气阀泄漏：排气阀泄漏将造成压缩压力降低，由于空气供量减少致发火延迟长而产生后燃，并且在燃烧过程中产生漏气，使燃烧不完全的燃气进入排气管；(2)喷油定时：喷油提前角太小而使喷油太迟，其喷入气缸的燃油来不及完全燃烧而产生后燃；(3)排气定时：排气阀提前打开，气缸内还没有完金燃烧的燃气进入排气管产生后燃；(4)喷油器雾化：喷油器雾化不好，使燃油在气缸内不能充分燃烧而产生在排气管中后燃；(5)喷油器安装：喷油器在安装过程中垫片处置不当，垫片过厚，甚至原垫片没取出又加入新垫片造成过厚，使喷油器喷油位置不对；(6)压缩压力：(i)由于气缸盖与气缸套之间的垫片过厚，造成气缸间隙容积增大而压缩压力降低，使发火延时产生后燃；(ii)压缩环磨损造成压缩压力降低，由于气缸内新鲜空气不足使发火延迟而使燃气后燃。(7)增压机：增压机的轴承损坏，使其转速降低，过给气或扫气压力也同时降低；增压机空气滤网脏堵、压缩机叶轮、喷嘴环、废气叶轮以及压缩机叶轮积碳或脏堵，这些都会使增压机空气压力不足而使燃油不能充分燃烧；(8)喷油阀故障可能造成二次喷射而产生后燃，使排温升高，或者表现为由于单缸功率下降，导致其它缸负荷增加；(9)空气冷却器：(i)空气冷却器冷却水管侧积垢堵塞，使其热交换效果降低而使增压空气进机温度升高，使柴油机循环温度升高而最终导致排温升高；(ii)空气冷却器气侧堵塞使增压空气压力低，进入气缸的空气量不足，使燃油不能充分燃烧而产生后燃使排温升高。经验显示增压机和空气冷却器是影响柴油机排温升高的两项最重要因素，特别是强化高增压四冲程中速柴油机，对过给及扫气压力要求高，如果空气冷却器出现堵塞，轻则柴油发动机排温升高，重则柴油发动机在未加负荷时就已无法使用，导致机器停止。^[3]