1769年，英国人詹姆斯·瓦特对原始蒸汽机作了一系列的重大改进，取得了蒸汽机的发明专利。至19世纪末，蒸汽机已在工业上得到广泛的应用。但是，德国工程师狄赛尔却看到了蒸汽机的笨重、低效率等缺陷，并开始研制高效率的内燃机。经过精心的研究，他终于在1892年首次提出压缩点火方式内燃机的原始设计。翌年，狄赛尔成功的制造出了世界上第一台试验柴油机（缸径15厘米、行程40厘米）。实验室首先由工厂总传动寄拖动，邓运转稳定后放入燃料，柴油机顿时发出震耳欲聋的轰轰声转动起来。1896年，狄赛尔有制造出第二台试验柴油机，到次年进行试验，其效率达到26%，这边是世界上第一台等压加热的柴油机。 

 

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　　柴油机简介柴油机是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压缩点火式发动机，它又常以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。
　　柴油机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到500～700℃的高温。然后将燃油以雾状喷入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械功。

历史
　　法国出生的德裔工程师狄塞尔，在1897年研制成功

可供实用的四冲程柴油机。由于它明显地提高了热效率而引起人们的重视。起初，柴油机用空气喷射燃料，附属装置庞大笨重，只用于固定作业。二十世纪初，开始用于船舶，1905年制成第一台船用二冲程柴油机。
　　1922年，德国的博施发明机械喷射装置，逐渐替代了空气喷射。二十世纪20年代后期出现了高速柴油机，并开始用于汽车。到了50年代，一些结构性能更加完善的新型系列化、通用化的柴油机发展起来，从此柴油机进入了专业化大量生产阶段。特别是在采用了废气涡轮增压技术以后，柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。

分类
　　柴油机可按不同特征分类：按转速分为高速、中速和低速柴油机；按燃烧室的型式分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机等；按气缸进气方式分为增压和非增压柴油机；按气体压力作用方式分为单作用式、双作用式和对置活塞式柴油机等；按用途分为船用柴油机、机车柴油机等。
　　柴油机种类繁多。①按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。②按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。③按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机。④按转速可分为高速(大于1000转／分)、中速（350～1000转／分）和低速（小于350转／分）柴油机。⑤按燃烧室可分为直接

喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机。⑥按气体压力作用方式可分为单作用式、双作用式和对置活塞式柴油机等。⑦按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机。⑧按用途可分为船用柴油机、机车柴油机、汽车柴油机、发电柴油机、农用柴油机、工程机械用柴油机等。

柴油机燃料
　　柴油机燃料主要是柴油，通常高速柴油机用轻柴油；中、低速柴油机用轻柴油或重柴油。柴油机用喷油泵和喷油器将燃油以高压喷入气缸，喷入的燃油呈雾状，与空气混合燃烧。因此柴油机可用挥发性较差的重质燃料或劣质燃料，如原油和渣油等。
　　在燃用原油和渣油时，除须滤除杂质和水分外，还要对供油系统进行预热保温，降低粘度，以便输送和喷射。柴油机如采用某种合适的燃烧室也可燃用乙醇、汽油和甲醇等轻质燃料。为了改善轻质燃料的着火性，可加入添加剂提高十六烷值，或与柴油混合使用。一些气体燃料，如天然气、液化石油气、沼气和发生炉煤气等也可作为柴油机的燃料，但这时通常以气体燃料为主，以少量柴油引燃，这种发动机称为双燃料内燃机。

柴油发动机的燃烧过程
　　柴油发动机的燃烧过程一般分为着火延迟期、速燃期、缓燃期和后燃期四个阶段。
　　着火延迟期是指从燃料开始喷射到着火，其间经过喷散、加热

蒸发、扩散、混合和初期氧化等一系列物理的和化学的准备过程。它是燃烧过程的一个重要参数，对燃烧放热过程的特性有直接影响。
　　在着火延迟期内喷入燃烧室的燃料，在速燃期内几乎是同时燃烧的，所以放热速度很高，压力升高也特别快。
　　缓燃期阶段中燃料的燃烧取决于混合的速度。因此，加强燃烧室内的空气扰动和加速空气与燃料的混合，对保证燃料在上止点附近迅速而完全地燃烧有重要作用。
　　柴油机的混合和燃烧时间很短，以致有些燃料不能在上止点附近及时烧完，而拖到膨胀行程的后期放出的热量不能得到充分利用，因此应尽量避免燃料在后燃期燃烧。

燃烧室
　　燃烧室的优劣对柴油机的性能有决定性的作用，因此是柴油机设计的关键。
　　燃烧室按组织燃烧过程的特点和结构不同分为开式、半开式、预燃室式和涡流室式四类。前两类属于直接喷射式燃烧室；后两类属于分隔式燃烧室。
　　低速柴油机和部分中、高速柴油机主要用无涡流的开式燃烧室。燃烧室由气缸盖底面和活塞顶面形成，具有一定形状的整体空间。多孔喷油器(6～10孔)能使燃油雾化良好，并均匀分布在燃烧室空间。因此，开式燃烧室中的燃烧属于典型的空间式燃烧过程，要求燃烧室与油束形状和分布相配合。它的优点是燃

料消耗率低，起动容易；缺点是燃料雾化要求高，难于适应变转速工作。
　　小型高速柴油机大多采用有涡流的半开式燃烧室。这种燃烧室又分为多种类型，主要有油膜式燃烧室和复合式燃烧室等。
　　油膜式燃烧室是1956年由德国的莫勒所发明。燃烧室位于活塞顶内，呈球形。燃料喷向燃烧室壁面，大部分燃油在强涡流作用下喷涂在燃烧室壁面上，形成很薄的油膜，小部分燃油雾化分布在燃烧室空间并首先着火，随后即引燃从壁面上蒸发的燃料。这种燃烧室可使工作过程柔和，燃烧完全，声轻无烟，并可使用轻质燃料；缺点是低温时起动较困难。
　　复合式燃烧室是1964年由中国的史绍熙等发明，燃烧室在活塞顶内呈深盆形，口部略有收缩，用特殊形状的进气道形成进气涡流，采用单孔轴针式喷油器。喷油器轴线与燃烧室壁面基本平行，燃料喷向燃烧室的周边空间。在涡流作用下，粗大的油粒散落在燃烧室壁面上形成油膜，细小的油粒在空间与空气混合。当转速较高时，燃烧室涡流速度高，壁面上的油膜燃料增多，具有油膜燃烧的特点；而在低转速和起动时，涡流速度低，空间混合的燃料量增多，具有空间式燃烧的特点，能改善冷起动性能。
　　复合式燃烧室把油膜蒸发混合燃烧与空间混合燃烧合理地结合起来，兼

有两者的优点，故又称为复合式燃烧系统，其工作过程柔和，可燃用多种燃料，对喷油系统要求低，而且起动容易。缺点是低负荷排气中未燃的碳氢化物含量较高。
　　预燃式燃烧室由预燃室和主燃烧室两部分组成。预燃室在气缸盖内，占压缩容积的25～40％，有一个或数个通孔与主燃烧室连通。燃料喷入预燃室中，着火后部分燃料燃烧，将未燃的混合物高速喷入主燃烧室，与空气进一步混合燃烧。这种燃烧室适用于中小功率柴油机。
　　涡流式燃烧室由涡流室和主燃烧室组成。涡流室位于气缸盖上，呈球形或倒钟形，占总压缩容积的50～80％，有切向通道与主燃烧室相通。在压缩行程时，压入涡流室的空气产生强烈的涡流运动，促使喷入其中的燃料与空气混合。着火后混合物流入主燃烧室，形成二次流动，进一步与主燃烧室内的空气混合燃烧。
　　涡流室燃烧室和预燃室燃烧室都用轴针式喷油器，喷油压力较低，工作可靠；由于涡流室内涡流随转速增高而加强，柴油机高转速时柴油和空气仍能很好地混合。
　　涡流室式柴油机的转速可达4000转/分以上，工作过程柔和，排气中有害成分较少。但散热损失和气体流动损失大，而且后燃较严重，故燃料消耗率较高；冷车起动困难，往往需要加装预热塞。

柴油机的优点
　

柴油机具有热效率高的显著优点，其应用范围越来越广。随着强化程度的提高，柴油机单位功率的重量也显著降低。为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦损失、广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染，都是柴油机的重要发展方向。

柴油机革命
　　柴油机革命
　　　VW TDI ENGINE
　　以某些专家的眼光看，以往人们对柴油机存在一些误解，随着宝来TDI和奥迪V6 2.5TDI的相继上市，让我们有机会接触一下含最新技术的产品--大众TDI柴油机。
　　TDI发动机采用涡轮增压中冷和柴油直喷技术，所谓柴油直喷是把燃料直接喷射到主燃烧室，而不是以前常见的喷射到预燃室内。柴油直喷技术以前在大型柴油机中出现过，经过改进和细化，现在已经能够应用到乘用车柴油机上。与大众以往柴油机相比，TDI机型拥有许多优势。
　　电控燃油喷射系统带来更大的功率、更少的碳烟排放、更小的噪音和更佳的经济性。在大众的TDI发动机上，喷油时间和喷油量都由电脑控制，而以前的柴油机采用机械控制方式。冷启动按钮已经消失，相应的操作由发动机自动完成。
　　TDI机型上的Garret VNT15 可变截面涡轮增压器使增

压技术达到一个新的台阶，它有更快的响应(尽管以前机型的增压滞后现象也比较轻微)，起效范围更加宽广，同时不会造成排气背压过高的问题。在大众的TDI发动机中，增压响应被控制在0.25秒内，驾驶员根本感觉不到增压滞后的存在。
　　电子排放控制包括EGR(废气再循环)，有效地降低了氮氧化物的排放，从前大众柴油机上没有该装置是由于机械控制很难做到非常恰当。喷嘴设计的改进和喷油压力的提高意味着噪音和排放的降低，两段式喷口设计使压力增加平缓并降低了发动机工作过程中的敲击声。
　　一体式燃烧室比以前的预燃式燃烧室减少了热量损失，冷启动变得更容易，以前选装的缸体加热装置也没有必要再安装了。即使在零下10度，新加热塞设计能使加热周期缩短10秒。一体式燃烧室允许更低的压缩比(18.5：1或19.5：1对老机型的22：1或23：1)，可以降低发动机的噪音和震动，进而提升耐久性。
　　TDI发动机的燃油系统有自己的特征，现在有三种燃油喷射系统，首先是分配泵系统，由燃油泵向喷嘴顺序供油(旧机型油压在931巴，新机型压力更高)，喷油时间和喷油量都由电脑控制。大多数大众TDI发动机使用博世VP 37 电控分配泵，通常它安装在发动机前端，由正时皮带驱动。分配泵和喷嘴之间是高

压钢油管。这一系统应用在90和100马力的4缸1.9升机型上，还有2.5升5缸机以及150马力2.5升V-6上。在分配泵内，燃油首先通过叶片提升压力，随后旋转柱塞泵把压力进一步提升并按顺序把燃油送到每一缸喷油。每个喷嘴包含带回位弹簧的活塞，一旦燃油压力超过设定值，喷口即打开。5个喷口直径极小。回位弹簧按两级工作，即预喷在低压下进行，主喷则在高压下进行。主喷可以在混合器点火后继续进行，有效地降低了发动机的噪音。提高燃油喷射压力可以显著地改善排放水平，例如奥迪A4 TDI把喷射压力提升到1368巴，把排气颗粒水平降低了20%。所付出的代价是把燃油泵中的柱塞加粗1毫米。
　　其它大众TDI机型如115马力和150马力1.9升4缸机，1.2和1.4升3缸机采用泵喷嘴技术，在这些机型上，每缸有自己的小型高压燃油泵，由进排气凸轮轴驱动，泵喷嘴由低压叶片泵供油，当活塞接近压缩行程的上至点时，泵喷嘴的主泵活塞受到激发，但喷油量由附在其上的电磁阀控制，多余油量由旁通阀流回。电磁阀通电时，旁通阀关闭，燃油以高压形式通过喷嘴喷出，要停止喷油，只要给电磁阀断电，燃油即从旁通阀回流。喷油时间就是电磁阀开启时间，且每缸的燃油喷射是独立完成的，便于精确控制。
　　最后一种是高压共轨喷射系统，它的概念有点类似于汽油机喷射系统，只不过油轨内的压力提高了1000倍。中央油泵把高压油送入油轨，在油轨上对应每缸有相应的电磁阀控制燃油进入喷嘴。尽管说起来简单，但超高压使系统建造并不容易。这套系统应用在180马力2.5升V6机和3.3升V8机型上。
　　涡轮增压器的作用是增加发动机的进气量，使功率和扭矩都有较大幅度的增长。它工作起来就像一台微型航空发动机，涡轮位于柴油机排气系统上，把排气能量转换成旋转动能，驱动压缩机把更多的进气送入燃烧室。增压器与发动机没有任何的机械连接，因此不会消耗发动机的能量，其润滑和冷却由发动机上引出的机油来完成