柴油機(jī)是用柴油作燃料的內(nèi)燃機(jī)。柴油機(jī)屬于壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)，它又常以主要*狄塞爾的名字被稱為狄塞爾引擎。
柴油機(jī)在工作時(shí)，吸入柴油機(jī)氣缸內(nèi)的空氣，因活塞的運(yùn)動(dòng)而受到較高程度的壓縮，達(dá)到500～700℃的高溫。然后將燃油以霧狀噴入高溫空氣中，與高溫空氣混合形成可燃混合氣，自動(dòng)著火燃燒。燃燒中釋放的能量作用在活塞頂面上，推動(dòng)活塞并通過(guò)連桿和曲軸轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功。
法國(guó)出生的德裔工程師狄塞爾，在1897年研制成功可供實(shí)用的四沖程柴油機(jī)。由于它明顯地提高了熱效率而引起人們的重視。起初，柴油機(jī)用空氣噴射燃料，附屬裝置龐大笨重，只用于固定作業(yè)。二十世紀(jì)初，開(kāi)始用于船舶，1905年制成*臺(tái)船用二沖程柴油機(jī)。
1922年，德國(guó)的博施發(fā)明機(jī)械噴射裝置，逐漸替代了空氣噴射。二十世紀(jì)20年代后期出現(xiàn)了高速柴油機(jī)，并開(kāi)始用于汽車。到了50年代，一些結(jié)構(gòu)性能更加完善的新型系列化、通用化的柴油機(jī)發(fā)展起來(lái)，從此柴油機(jī)進(jìn)入了專業(yè)化大量生產(chǎn)階段。特別是在采用了廢氣渦輪增壓技術(shù)以后，柴油機(jī)已成為現(xiàn)代動(dòng)力機(jī)械中zui重要的部分。
柴油機(jī)可按不同特征分類：按轉(zhuǎn)速分為高速、中速和低速柴油機(jī)；按燃燒室的型式分為直接噴射式、渦流室式和預(yù)燃室式柴油機(jī)等；按氣缸進(jìn)氣方式分為增壓和非增壓柴油機(jī)；按氣體壓力作用方式分為單作用式、雙作用式和對(duì)置活塞式柴油機(jī)等；按用途分為船用柴油機(jī)、機(jī)車柴油機(jī)等。
柴油機(jī)種類繁多。①按工作循環(huán)可分為四沖程和二沖程柴油機(jī)。②按冷卻方式可分為水冷和風(fēng)冷柴油機(jī)。③按進(jìn)氣方式可分為增壓和非增壓（自然吸氣）柴油機(jī)。④按轉(zhuǎn)速可分為高速（大于1000轉(zhuǎn)／分）、中速（350～1000轉(zhuǎn)／分）和低速（小于350轉(zhuǎn)／分）柴油機(jī)。⑤按燃燒室可分為直接噴射式、渦流室式和預(yù)燃室式柴油機(jī)。⑥按氣體壓力作用方式可分為單作用式、雙作用式和對(duì)置活塞式柴油機(jī)等。⑦按氣缸數(shù)目可分為單缸和多缸柴油機(jī)。⑧按用途可分為船用柴油機(jī)、機(jī)車柴油機(jī)、汽車柴油機(jī)、發(fā)電柴油機(jī)、農(nóng)用柴油機(jī)、工程機(jī)械用柴油機(jī)等。
柴油機(jī)燃料主要是柴油，通常高速柴油機(jī)用輕柴油；中、低速柴油機(jī)用輕柴油或重柴油。柴油機(jī)用噴油泵和噴油器將燃油以高壓噴入氣缸，噴入的燃油呈霧狀，與空氣混合燃燒。因此柴油機(jī)可用揮發(fā)性較差的重質(zhì)燃料或劣質(zhì)燃料，如原油和渣油等。
在燃用原油和渣油時(shí)，除須濾除雜質(zhì)和水分外，還要對(duì)供油系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)熱保溫，降低粘度，以便輸送和噴射。柴油機(jī)如采用某種合適的燃燒室也可燃用乙醇、汽油和甲醇等輕質(zhì)燃料。為了改善輕質(zhì)燃料的著火性，可加入添加劑提高十六烷值，或與柴油混合使用。一些氣體燃料，如天然氣、液化石油氣、沼氣和發(fā)生爐煤氣等也可作為柴油機(jī)的燃料，但這時(shí)通常以氣體燃料為主，以少量柴油引燃，這種發(fā)動(dòng)機(jī)稱為雙燃料內(nèi)燃機(jī)。
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程一般分為著火延遲期、速燃期、緩燃期和后燃期四個(gè)階段。
著火延遲期是指從燃料開(kāi)始噴射到著火，其間經(jīng)過(guò)噴散、加熱蒸發(fā)、擴(kuò)散、混合和初期氧化等一系列物理的和化學(xué)的準(zhǔn)備過(guò)程。它是燃燒過(guò)程的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)燃燒放熱過(guò)程的特性有直接影響。
在著火延遲期內(nèi)噴入燃燒室的燃料，在速燃期內(nèi)幾乎是同時(shí)燃燒的，所以放熱速度很高，壓力升高也特別快。
緩燃期階段中燃料的燃燒取決于混合的速度。因此，加強(qiáng)燃燒室內(nèi)的空氣擾動(dòng)和加速空氣與燃料的混合，對(duì)保證燃料在上止點(diǎn)附近迅速而*地燃燒有重要作用。
柴油機(jī)的混合和燃燒時(shí)間很短，以致有些燃料不能在上止點(diǎn)附近及時(shí)燒完，而拖到膨脹行程的后期放出的熱量不能得到充分利用，因此應(yīng)盡量避免燃料在后燃期燃燒。
燃燒室的優(yōu)劣對(duì)柴油機(jī)的性能有決定性的作用，因此是柴油機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
燃燒室按組織燃燒過(guò)程的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)不同分為開(kāi)式、半開(kāi)式、預(yù)燃室式和渦流室式四類。前兩類屬于直接噴射式燃燒室；后兩類屬于分隔式燃燒室。
低速柴油機(jī)和部分中、高速柴油機(jī)主要用無(wú)渦流的開(kāi)式燃燒室。燃燒室由氣缸蓋底面和活塞頂面形成，具有一定形狀的整體空間。多孔噴油器（6～10孔）能使燃油霧化良好，并均勻分布在燃燒室空間。因此，開(kāi)式燃燒室中的燃燒屬于典型的空間式燃燒過(guò)程，要求燃燒室與油束形狀和分布相配合。它的優(yōu)點(diǎn)是燃料消耗率低，起動(dòng)容易；缺點(diǎn)是燃料霧化要求高，難于適應(yīng)變轉(zhuǎn)速工作。
小型高速柴油機(jī)大多采用有渦流的半開(kāi)式燃燒室。這種燃燒室又分為多種類型，主要有油膜式燃燒室和復(fù)合式燃燒室等。
油膜式燃燒室是1956年由德國(guó)的莫勒所發(fā)明。燃燒室位于活塞頂內(nèi)，呈球形。燃料噴向燃燒室壁面，大部分燃油在強(qiáng)渦流作用下噴涂在燃燒室壁面上，形成很薄的油膜，小部分燃油霧化分布在燃燒室空間并首先著火，隨后即引燃從壁面上蒸發(fā)的燃料。這種燃燒室可使工作過(guò)程柔和，燃燒*，聲輕無(wú)煙，并可使用輕質(zhì)燃料；缺點(diǎn)是低溫時(shí)起動(dòng)較困難。
復(fù)合式燃燒室是1964年由中國(guó)的史紹熙等發(fā)明，燃燒室在活塞頂內(nèi)呈深盆形，口部略有收縮，用特殊形狀的進(jìn)氣道形成進(jìn)氣渦流，采用單孔軸針式噴油器。噴油器軸線與燃燒室壁面基本平行，燃料噴向燃燒室的周邊空間。在渦流作用下，粗大的油粒散落在燃燒室壁面上形成油膜，細(xì)小的油粒在空間與空氣混合。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，燃燒室渦流速度高，壁面上的油膜燃料增多，具有油膜燃燒的特點(diǎn)；而在低轉(zhuǎn)速和起動(dòng)時(shí)，渦流速度低，空間混合的燃料量增多，具有空間式燃燒的特點(diǎn)，能改善冷起動(dòng)性能。
復(fù)合式燃燒室把油膜蒸發(fā)混合燃燒與空間混合燃燒合理地結(jié)合起來(lái)，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，故又稱為復(fù)合式燃燒系統(tǒng)，其工作過(guò)程柔和，可燃用多種燃料，對(duì)噴油系統(tǒng)要求低，而且起動(dòng)容易。缺點(diǎn)是低負(fù)荷排氣中未燃的碳?xì)浠锖枯^高。
預(yù)燃式燃燒室由預(yù)燃室和主燃燒室兩部分組成。預(yù)燃室在氣缸蓋內(nèi)，占?jí)嚎s容積的25～40％，有一個(gè)或數(shù)個(gè)通孔與主燃燒室連通。燃料噴入預(yù)燃室中，著火后部分燃料燃燒，將未燃的混合物高速噴入主燃燒室，與空氣進(jìn)一步混合燃燒。這種燃燒室適用于中小功率柴油機(jī)。
渦流式燃燒室由渦流室和主燃燒室組成。渦流室位于氣缸蓋上，呈球形或倒鐘形，占總壓縮容積的50～80％，有切向通道與主燃燒室相通。在壓縮行程時(shí)，壓入渦流室的空氣產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流運(yùn)動(dòng)，促使噴入其中的燃料與空氣混合。著火后混合物流入主燃燒室，形成二次流動(dòng)，進(jìn)一步與主燃燒室內(nèi)的空氣混合燃燒。
渦流室燃燒室和預(yù)燃室燃燒室都用軸針式噴油器，噴油壓力較低，工作可靠；由于渦流室內(nèi)渦流隨轉(zhuǎn)速增高而加強(qiáng)，柴油機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)柴油和空氣仍能很好地混合。
渦流室式柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速可達(dá)4000轉(zhuǎn)/分以上，工作過(guò)程柔和，排氣中有害成分較少。但散熱損失和氣體流動(dòng)損失大，而且后燃較嚴(yán)重，故燃料消耗率較高；冷車起動(dòng)困難，往往需要加裝預(yù)熱塞。
柴油機(jī)具有熱效率高的顯著優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。隨著強(qiáng)化程度的提高，柴油機(jī)單位功率的重量也顯著降低。為了節(jié)能，各國(guó)都在注重改善燃燒過(guò)程，研究燃用低質(zhì)燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦損失、廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度、進(jìn)一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染，都是柴油機(jī)的重要發(fā)展方向。
柴油機(jī)革命 VW TDI ENGINE 以某些專家的眼光看，以往人們對(duì)柴油機(jī)存在一些誤解，隨著寶來(lái)TDI和奧迪V6 2.5TDI的相繼上市，讓我們有機(jī)會(huì)接觸一下含技術(shù)的產(chǎn)品--大眾TDI柴油機(jī)。
TDI發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓中冷和柴油直噴技術(shù)，所謂柴油直噴是把燃料直接噴射到主燃燒室，而不是以前常見(jiàn)的噴射到預(yù)燃室內(nèi)。柴油直噴技術(shù)以前在大型柴油機(jī)中出現(xiàn)過(guò)，經(jīng)過(guò)改進(jìn)和細(xì)化，現(xiàn)在已經(jīng)能夠應(yīng)用到乘用車柴油機(jī)上。與大眾以往柴油機(jī)相比，TDI機(jī)型擁有許多優(yōu)勢(shì)。
電控燃油噴射系統(tǒng)帶來(lái)更大的功率、更少的碳煙排放、更小的噪音和更佳的經(jīng)濟(jì)性。在大眾的TDI發(fā)動(dòng)機(jī)上，噴油時(shí)間和噴油量都由電腦控制，而以前的柴油機(jī)采用機(jī)械控制方式。冷啟動(dòng)按鈕已經(jīng)消失，相應(yīng)的操作由發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)完成。
TDI機(jī)型上的Garret VNT15 可變截面渦輪增壓器使增壓技術(shù)達(dá)到一個(gè)新的臺(tái)階，它有更快的響應(yīng)（盡管以前機(jī)型的增壓滯后現(xiàn)象也比較輕微），起效范圍更加寬廣，同時(shí)不會(huì)造成排氣背壓過(guò)高的問(wèn)題。在大眾的TDI發(fā)動(dòng)機(jī)中，增壓響應(yīng)被控制在0.25秒內(nèi)，駕駛員根本感覺(jué)不到增壓滯后的存在。
電子排放控制包括EGR（廢氣再循環(huán)），有效地降低了氮氧化物的排放，從前大眾柴油機(jī)上沒(méi)有該裝置是由于機(jī)械控制很難做到非常恰當(dāng)。噴嘴設(shè)計(jì)的改進(jìn)和噴油壓力的提高意味著噪音和排放的降低，兩段式噴口設(shè)計(jì)使壓力增加平緩并降低了發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的敲擊聲。
一體式燃燒室比以前的預(yù)燃式燃燒室減少了熱量損失，冷啟動(dòng)變得更容易，以前選裝的缸體加熱裝置也沒(méi)有必要再安裝了。即使在零下10度，新加熱塞設(shè)計(jì)能使加熱周期縮短10秒。一體式燃燒室允許更低的壓縮比（18.5：1或19.5：1對(duì)老機(jī)型的22：1或23：1），可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音和震動(dòng)，進(jìn)而提升耐久性。
TDI發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)有自己的特征，現(xiàn)在有三種燃油噴射系統(tǒng)，首先是分配泵系統(tǒng)，由燃油泵向噴嘴順序供油（舊機(jī)型油壓在931巴，新機(jī)型壓力更高），噴油時(shí)間和噴油量都由電腦控制。大多數(shù)大眾TDI發(fā)動(dòng)機(jī)使用博世VP 37 電控分配泵，通常它安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前端，由正時(shí)皮帶驅(qū)動(dòng)。分配泵和噴嘴之間是高壓鋼油管。這一系統(tǒng)應(yīng)用在90和100馬力的4缸1.9升機(jī)型上，還有2.5升5缸機(jī)以及150馬力2.5升V-6上。在分配泵內(nèi)，燃油首先通過(guò)葉片提升壓力，隨后旋轉(zhuǎn)柱塞泵把壓力進(jìn)一步提升并按順序把燃油送到每一缸噴油。每個(gè)噴嘴包含帶回位彈簧的活塞，一旦燃油壓力超過(guò)設(shè)定值，噴口即打開(kāi)。5個(gè)噴口直徑極小?；匚粡椈砂磧杉?jí)工作，即預(yù)噴在低壓下進(jìn)行，主噴則在高壓下進(jìn)行。主噴可以在混合器點(diǎn)火后繼續(xù)進(jìn)行，有效地降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音。提高燃油噴射壓力可以顯著地改善排放水平，例如奧迪A4 TDI把噴射壓力提升到1368巴，把排氣顆粒水平降低了20%。所付出的代價(jià)是把燃油泵中的柱塞加粗1毫米。
其它大眾TDI機(jī)型如115馬力和150馬力1.9升4缸機(jī)，1.2和1.4升3缸機(jī)采用泵噴嘴技術(shù)，在這些機(jī)型上，每缸有自己的小型高壓燃油泵，由進(jìn)排氣凸輪軸驅(qū)動(dòng)，泵噴嘴由低壓葉片泵供油，當(dāng)活塞接近壓縮行程的上至點(diǎn)時(shí)，泵噴嘴的主泵活塞受到激發(fā)，但噴油量由附在其上的電磁閥控制，多余油量由旁通閥流回。電磁閥通電時(shí)，旁通閥關(guān)閉，燃油以高壓形式通過(guò)噴嘴噴出，要停止噴油，只要給電磁閥斷電，燃油即從旁通閥回流。噴油時(shí)間就是電磁閥開(kāi)啟時(shí)間，且每缸的燃油噴射是獨(dú)立完成的，便于精確控制。
zui后一種是高壓共軌噴射系統(tǒng)，它的概念有點(diǎn)類似于汽油機(jī)噴射系統(tǒng)，只不過(guò)油軌內(nèi)的壓力提高了1000倍。*油泵把高壓油送入油軌，在油軌上對(duì)應(yīng)每缸有相應(yīng)的電磁閥控制燃油進(jìn)入噴嘴。盡管說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，但超高壓使系統(tǒng)建造并不容易。這套系統(tǒng)應(yīng)用在180馬力2.5升V6機(jī)和3.3升V8機(jī)型上。
渦輪增壓器的作用是增加發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，使功率和扭矩都有較大幅度的增長(zhǎng)。它工作起來(lái)就像一臺(tái)微型航空發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪位于柴油機(jī)排氣系統(tǒng)上，把排氣能量轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)把更多的進(jìn)氣送入燃燒室。增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有任何的機(jī)械連接，因此不會(huì)消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的能量，其潤(rùn)滑和冷卻由發(fā)動(dòng)機(jī)上引出的機(jī)油來(lái)完成。（林揚(yáng)）
