更新时间：2024-09-21 00:53
柴油发动机（Diesel engine）简称柴油机，是一种以柴油为燃料的压燃式内燃机，俗称引擎、机头或油机，属于压缩点火式发动机，又以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。一般由机体、曲轴连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、启动系统等组成。每个工作循环经历进气、压缩、做功、排气四个行程。
1893年2月，德国鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）博士获得“内燃机的操作过程与结构类型”的专利，并于同年研发第一台固定式柴油机；1897年，狄塞尔发布第一款可工作式柴油发动机；1903年，开始为船舶提供动力；1913年第一台以柴油机为动力的机车制成；1920年左右开始用于汽车和农业机械；截至2022年，全球柴油机市场规模为2208亿美元；2022年11月20日，中国发布全球首款本体热效率52.28%商业化柴油机。
柴油机种类繁多，比较常用的以气缸数目分为单缸、多缸和中低速柴油机等。柴油机是国民经济和国防建设的主导动力装置，在船舶海工、汽车机车和电力等领域具有较好的应用。
1892年2月27日，德国科学家鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）向位于德国柏林的帝国专利局申请了“设计合理的新型内燃机”的专利；1893年2月23日，他获得了名为“内燃机的操作过程与结构类型”的专利，专利号为DPR67207，日期标注为1892年2月28日。1897年，狄塞尔发布他设计的第一款可工作式柴油发动机，是一款25马力四冲程的垂直气缸发动机。其热效率达26％，它也以发明者的名字命名为狄塞尔引擎，为了纪念这位发明家，柴油的英文diesel就源自他的姓氏，“柴油机”之名由此而得。
1898年，柴油机首先用于固定式发电机组；1899年，俄国工厂按照狄塞尔提出的原理，成功地制造出利用石油作燃料的压燃机，这样压燃机才被大家所采用。1903年开始，柴油发动机开始为船舶提供动力；1904年装于舰艇；1911年，中国广州柴油机厂股份有限公司的前身——协同和机器厂诞生，并于1915年制造出中国第一台船用柴油机；1913年第一台以柴油机为动力的内燃机车制成；1920年左右开始用于汽车和农业机械。
1922年，BOSH创始人罗伯特·博世，成功研发出喷油泵；1923年，奔驰公司第一台道路车辆柴油机被装在了5吨的卡车上；1924年，戴姆勒公司在柏林车展上展出了第一辆搭载柴油机的卡车模型；1927年10月，被用于量产的博世公司柴油机泵喷嘴面世。1928年，大部分发动机的动力输出已经超过了44.8kW。为重型商用车生产出具有更大动力的六缸和八缸发动机。1929年初，BOSCH公司将孔型喷油嘴应用到直喷式柴油机的喷油泵上。1932年，动力输出最高达到104.5kW。
自1976年起，德国MTU公司开始研制第三代坦克柴油机。1997年，V型8缸机MT881定型生产，之后通过引入高压共轨燃油喷射、二级增压、综合电子控制、适度隔热等先进柴油机技术，开发出多种变型机。MT883Ka-500型柴油机装备于以色列“梅卡瓦”4主战坦克、法国“勒克莱尔”、英国“挑战者”2E和美国M1主战坦克（出口型），MT883 Ka-524型柴油机装备于美国AAAV两栖装甲车。
20世纪80年代，中国就逐步开始加码对柴油机电控系统（ECU）的研究工作。1995年起，德国MTU公司开始研制第四代柴油机。20世纪末，诞生汽车电控柴油机系统，柴油机的动力性排放和噪声都得到了很大的改善，标志着柴油机技术进入了一个新的发展阶段。很多公司开始研究共轨电控喷射系统。
2022年11月20日，潍柴在潍坊发布全球首款本体热效率52.28%商业化柴油机和全球首款本体热效率54.16%商业化天然气发动机，经美国西南研究院查新检索证明，潍柴柴油机与天然气发动机本体热效率均为全球首次超过52%、54%。
1932年，中国第一台完全自主生产的柴油机面世，标志着中国柴油机行业的开端。至20世纪50年代，在新建造的船舶中，柴油机几乎完全取代了蒸汽机。船用柴油机已是民用船舶、中小型舰艇和常规潜艇的主要动力。20世纪中期，废除了涡轮增压技术，使柴油机进 一步得到了发展；20世纪60年代开始，再次出现直喷式发动机，并逐渐取代了预燃室式发动机。由于这种发动机的燃烧噪声级较低，90年代前乘用车一直使用预燃室式发动机，之后才迅速被直喷式发动机取代。
在20世纪末期，德国奔驰汽车公司和美国底特律的发动机厂商，还有日本的公司柴油机电控分配泵和直列泵的年销量都达到了10万台和几十万台之多。2006年2月26日，中国玉柴集团展示了中国第一台拥有自主知识产权的轿车柴油发动机YC4W，从而填补了中国轿车柴油发动机的空白。
2008年，中国潍柴集团启动了自主ECU的研发工程，攻克柴油机电控系统的技术难关。2019年全球船用柴油机市场规模为126亿美元；2020年9月，潍柴动力发布其首款热效率突破50%的商业化柴油机，标志着中国重型柴油机技术迈向世界一流；2022年1月，潍柴动力又发布全球首款本体热效率51.09%柴油机；2022年1月～2月，中国柴油机出口总额为1.86亿美元，同比增长136.10%。同年，全球柴油机市场规模为2208亿美元，较2019年下降2.4%。2023年，全球柴油动力发动机市场规模达到426.49亿元（人民币）。
柴油发动机利用气体被压缩后温度会上升的原理，用活塞压缩进入气缸的空气，当空气温度上升到柴油燃点温度时，用喷油器将柴油喷成雾状射入气缸，柴油一旦与灼热的空气相遇，随即发生燃烧，燃烧所产生的高温高压燃气在气缸内膨胀，从而推动活塞做功。各汽缸按一定顺序依次做功，作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量，从而带动曲轴旋转。柴油是在高温高压之下“自燃”的，不是被点燃的，所以柴油发动机不需要点火系统。
柴油发动机通过改变汽缸内柴油和空气的比例来达到调整功率的目的。发动机转速固定时，又跟单位时间内柴油供应量大小、柴油燃烧性能的好坏等因素有关。向汽缸内多喷油，功率增加，当油量多到一定数量后，由于氧气不足，排气开始冒黑烟，如再继续增加油量；冒烟加重，但功率仍可少许增加，达到最大功率后，再多喷油，功率下降。
发动机每做一次功要经过进气、压缩、做功、排气四个动作的连续过程，把柴油机的化学能转变成热能，再将热能转变成机械能。每个过程称为一个冲程，即进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
行程为：进气门打开、排气门关闭、空气从进气门被吸入气缸、然后进气门关闭。活塞从上止点向下止点移动，目的是吸人新鲜空气为燃烧作好准备，此时进气门打开，排气门关闭。活塞到达下止点时进气门关闭进气冲程结束。
行程为：活塞上升并压缩吸入的空气，使空气温度升高。喷油器将燃油喷入气缸，并混入热空气中。压缩冲程；活塞从下止点向上止点移动，此时上下气门关闭，汽缸内空气受压缩，温度、压力提高，为燃烧提供条件，活塞到达上止点时压缩冲程结束。
在压缩冲程结束前，喷油器将燃油喷入汽缸，与空气混合形成可燃气体并自燃，产生高温、高压推动活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而作功，活塞到达下止点时，汽缸内压力下降，直至排气门打开。
排气冲程；作功结束后，汽缸内的气体已成为废气，活塞从下止点向上止点运动，排气门打开，进气门关闭，活塞将废气排出汽缸，到达上止点时，排气冲程结束。
柴油发动机总体结构一般由机体、曲轴连杆机构、配气机构、燃油系统、润滑系统、冷却系统、启动系统等几大系统或机构组成。
包括机体（气缸-曲轴盖）、气缸、气缸盖和底座（油底壳）等。这些零件构成了柴油机骨架，所有运动件和辅助系统都支承在它上面。
汽缸内燃烧气体的压力推动曲轴连杆机构，并将活塞的直线运动变为曲轴的旋转动力。主要部件有：活塞、连杆、曲轴、飞轮等。
曲柄连杆机构将气缸中燃料燃烧产生的热能转变为曲轴旋转的机械能，将活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动。它是一种能量转换机构。由活塞组、连杆组、曲轴组等活动构件和气缸、曲轴箱等固定构件组成。用于将活塞、连杆传来的气体压力转换成扭矩，分别传给曲轴两端的传动装置和联动机构，从而将活塞的往复直线运动转化成曲轴旋转运动。
气体分配机构是指按气缸工作顺序，适时开、闭进气门和排气门的机构。安装在气缸盖上部，由气门组、凸轮轴组等组成。工作时，曲轴旋转两周，凸轮轴转一周，各缸进、排气门开、闭一次。
将曲轴部分动力传递给气体分配机构和各附件，使它们与曲轴运动配合，保证发动机的正常运转。包含上曲轴箱传动部分和下曲轴箱传动部分，上曲轴箱传动部分包括曲轴齿轮、上垂直轴.高压泵及空气分配器联动齿轮轴、左右倾斜轴、发电机倾斜轴与液力偶合器等；下曲轴箱传动部分包括下垂直轴、低压柴油泵传动齿轮组、转速表联动装置、水泵联动齿轮及轴、机油泵联动轴等。
燃料供给系统是按照内燃机工作是所要求的时间，供给汽缸适量的燃料。它由燃油箱、燃油滤清器、油泵、喷油器等组成。
柴油机电控燃油喷射系统的发展，根据其进展时间和工作原理可以分为位置控制式、时间控制式和压力-时间控制式三个阶段。压力-时间控制式电控燃油喷射系统，即共轨式燃油喷射系统。
共轨式燃油喷射系统不再采用传统的柱塞泵脉动供油，液压泵的作用是为一个公共的蓄压室（共轨）建立压力。在喷油器上方有一个高速电磁开关阀，共轨中燃油经该阀进入喷油器，喷油量和喷油定时均由该电磁阀控制。根据柴油机负荷和转速要求，将共轨中的油压控制在预定值，实现反馈控制。高速电磁开关阀控制喷油器的启闭，以实现每一次的喷油控制。喷油压力、喷油量以及喷油定时都可由电控单元（ECU）灵活控制，喷油速率也可通过对喷油器内部结构的特殊设计，或者通过高速电磁阀的多次动作而自由选择。
泵喷嘴主要部件及作用如下：
旁通阀：若燃油内有空气，则通过此处排出。
节流孔与过滤器：收集、分离供油管内的气泡。
限压阀1：调节供油管内压力大于0.75MPa时打开。
限压阀2：保持回油管内压力在0.10MPa。
燃油泵：燃油泵是间歇式叶片泵，其优点是在较低发动机转速时也可供油。泵体内油道使油泵定子和转子始终处于被燃油浸润的状态，从而可随时输送燃油。
燃油分配管集成：燃油分配管集成在缸盖内的供油管内，其功能是等量向各泵喷嘴分配燃油。在此，燃油与受热燃油混合，并被泵喷嘴强制流回供油管，使供油管内流向各缸的燃油温度一致。 所有泵喷嘴被提供相同量的燃油，使发动机运转平稳，否则泵喷嘴的油温将会不同，并且泵喷嘴被提供不同质量的燃油。这将会使发动机运转不平稳并将在前几个缸中产生极度高温。
燃油冷却泵：使冷却液在冷却环路中循环。当燃油温度达到70C，发动机控制单元通过燃油冷却泵继电器将其接通。很多的乘用车上使用泵喷嘴，如宝来TDI、途安TDI和奥迪TDI等。
中压输油泵将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中。当高速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后，就迅速开启或关闭，从而控制燃油器工作，随即通过高压柱塞的增压作用，将从共轨中来的中压燃油加压至高压后喷出或停喷。中压共轨系统又包括共轨蓄压式和共轨液压式，共轨蓄压式的控制油和喷射油均来自共轨管；而共轨液压式的控制油来自共轨管，喷射油来自燃油输油泵，所以该系统的控制油和喷射油可以采用不同物质。其典型代表有日本电装公司的高压共轨式喷油系统ECD-U2，英国LucasVarity公司的LDCR型高压共轨喷油系统，德国Benz公司的OM611柴油机上的电控高压共轨喷油系统，美国BKM公司的Servojet共轨蓄压式电控喷射系统，美国Catepillar公司的HEUI共轨液压式喷射系统。
高压共轨系统由五个部分组成，即高压油泵、共轨腔及高压油管、喷油器、电控单元、各类传感器和执行器。供油泵从油箱将燃油泵人高压油泵的进油口，由发动机驱动的高压油泵将燃油增压后送人共轨腔内，再由电磁阀控制各缸喷油器在相应时刻喷油。
高压油泵
高压油泵供油量的设计准则是必须保证任何柴油发动机喷射量和控制的情况下高压油的供应以及启动和加速时的油量变化的需求。由于共轨系统中喷油压力的产生与燃油喷射过程无关，且喷油正时也不由高压油泵的凸轮来保证，因此高压油泵的压油凸轮可以按照峰值扭矩最低、接触应力最小和最耐磨的设计原则来设计凸轮。
高压油轨（共轨管）
共轨管将供油泵提供的高压燃油分配到各喷油器中，起蓄压器的作用。它的容积应削减高压油泵的供油压力波动和每个喷油器由喷油过程引起的压力震荡，使高压油轨中的压力波高压共轨管上还安装了压力传感器、液流缓冲器（限流器）和压力限制器。压力传感器向ECU提供高压油轨的压力信号；液流缓冲器（限流器）保证在喷油器出现燃油漏泄故障时切断向喷油器的供油，并可减小共轨和高压油管中的压力波动；压力限制器保证高压油轨在出现压力异常时，迅速将高压油轨中的压力进行放泄。
电控喷油器
电控喷油器是共轨式燃油系统中最关键和最复杂的部件，它的作用是根据ECU发出的控制信号，通过控制电磁阀的开启和关闭，将高压油轨中的燃油以最佳的喷油定时、喷油量和喷油率喷人柴油机的燃烧室。
由于高压共轨喷射系统的喷射压力非常高，因此其喷油嘴的喷孔截面积很小，如博世公司公司的喷油嘴的喷孔直径为0.169mm6，在如此小的喷孔直径和如此高的喷射压力下，燃油流动处于极端不稳定状态。油束的喷雾锥角变大，燃油雾化更好，但贯穿距离变小，因此，应改变原柴油机进气的涡流强度、燃烧室结构形状以确保最佳的燃烧过程。对于喷油器电磁阀，由于共轨系统要求它有足够的开启速度，考虑到预喷射是改善柴油机性能的重要喷射方式，控制电磁阀的响应时间更应缩短。
高压油管
高压油管是连接共轨管和电控喷油器的通道，它应有足够的燃油流量减小燃油流动时的压降，并使高压管路系统中的压力波动较小，能承受高压燃油的冲击作用，且启动时共轨中的压力能很快建立。各缸高压油管的长度应尽量相等，使柴油机每-一个喷 油器有相同的喷油压力，从而减少发动机各缸之间喷油量的偏差。各高压油管应尽可能短，使从共轨到喷油嘴的压力损失最小。BOSCH公司的高压油管的外径为6mm，内径为2.4mm，日本电装公司的高压油管的外径为8mm，内径为3mm。
润滑系统的作用是利用滤清后的压力机油的循环，实现润滑及冷却发动机各运动摩擦表面，带走磨削物和热量，防止机件产生锈蚀。润滑系统是柴油机可靠工作、延长使用寿命的重要保证。发动机的润滑系统采用压力与飞溅混合润滑方式工作。
根据储油方式的不同，润滑系统一般分为干曲轴箱式和湿曲轴箱式两种。汽车发动机多采用湿式油底壳，在满足储油量的情况下，考虑到前桥及25°爬坡需求，一般有较深的油底壳。干曲轴箱式润滑系统减少曲轴箱内高温燃气对润滑油的影响，防止润滑油氧化变质，延长润滑油寿命；适应各种复杂、高低起伏路况，防止车辆行驶过程中油面波动过大，影响发动机正常工作和润滑油的可靠供给；油底壳容积可大大缩小，高度可大大降低，使发动机总体高度降低，这非常利于提高坦克装甲车辆的防护作用，因此坦克装甲车辆发动机大多采用干曲轴箱式润滑系统。
冷却系统的作用就是降低发动机高温机件的温度，使其能在允许范围内持续工作；而加温系统的作用是在冬季时，通过加温防冻液来加热机油和发动机本体。由液体冷却部分、空气冷却部分和加温部分组成。液体冷却部分由加水口盖、水散热器、水泵、放水开关及管道组成；空气冷却部分由风扇、进气与进气百叶窗及风道组成；加温部分由加温器、接通开关、水管和蛇形水管组成。
以外力转动内燃机曲轴，使内燃机由静止状态转入工作状态的装置。由蓄电池、启动电动机等组成。电磁线圈及保持线圈通电，铁心移动带动驱动杆摆动，使电子启动器的齿轮与飞轮齿圈啮合，铁心继续移动接通直流电动机电路开始运转工作，直至柴油机启动。
起动系统用来克服发动机各运转零件的摩擦阻力和压缩气体的阻力，使曲轴有一定的转速，转入正常工作。发动机起动有空气起动和电起动两种方式。
空气起动系统由空气压缩机、油水分离器、电控阀、空气滤芯、自动调压器、沉淀池及手动开关、高压空气瓶、高压空气管、空气分配器、空气起动活门、喷射器、吹洗管及水箱等组成。
电起动是用电能作为动力源来驱动发动机的曲轴旋转，使发动机进入到工作状态。某型主战坦克用12150柴油机的电起动系统由QD25-15T同轴式起动电动机、QKH-2起动控制盒与LLA4起动按钮组成。
废气涡轮增压系统是利用发动机排出的废气驱动涡轮，涡轮再驱动压气机，提高发动机进气压力，增大气缸进气量，再协调提高燃料喷入量，以提高发动机功率的。根据驱动增压器的方式不同，增压系统可以分为机械增压和涡轮增压，机械增压采用曲轴直接驱动增压器；涡轮增压采用废气涡轮驱动增压器，废气涡轮可为径流涡流或轴流涡流。坦克装甲车辆柴油机的增压器通常采用离心式压气机。某些高强化柴油机通常采用同轴的轴流式压气机与离心式压气机串联，或者两离心式压气机串联。
柴油发动机排气歧管排出的高温气体通过连接管道进入增压器无叶片箱内，再流过截面逐渐收缩的喷嘴环，压力、温度降低，流速升高，使燃气中的一部分热能转变为动能，以一定的速度冲击到涡轮叶轮上，令涡轮高速转动。由于压气机叶片与涡轮同轴，所以压气机叶轮同样高速旋转，将吸入压气机涡轮壳的空气压缩后，送入柴油机的进气歧管，使得进入气缸内的空气量大增，这时再增加燃油喷入量后，就能大幅度提高发动机的功率。
四冲程柴油机的工作过程包括进气、压缩、膨胀和排气四个冲程。其中每一个冲程都引发活塞做一次从下止点到上止点或从上止点到下止点的运动，也就是各产生一个行程和曲轴旋转半转。因此，四冲程柴油机完成一次完整的工作循环需要曲轴旋转两转。为了进行换气，四冲程柴油机有一套阀门控制机构，每个气缸多半各配有两个进、排气阀。现代柴油发动机的发火压力达到pz=200bar。世界各国主战坦克使用的柴油发动机以四冲程为主。
二冲程柴油机的一次工作循环有两个活塞行程，因此只需要曲轴旋转一转。第一个工作行程包括扫气和压缩，第二个工作行程包括膨胀和排放燃过气体。二冲程柴油机的压缩、燃烧和膨胀过程基本上与四冲程柴油机的情况相同。但废气的排放和气缸充入新鲜空气的过程则有所不同。当打开排气机构（在新型柴油机上是排气阀，在较老式的柴油机上是排气口）时，废气随之开始排出，气缸中的压力随即下降。当打开进气机构（进气口）时，新鲜空气在扫气压力pS下进入气缸，并通过排气阀将留存的燃过气体从气缸中排放出去。
由于燃过气体的排放和新鲜空气的吸入不是利用活塞的运动强制进行的，因此，换气时必须从进气侧至排气侧有压差存在，才能用新鲜空气对气缸进行扫气。所需压差由扫气泵产生，用以把空气压缩到扫气压力pS。当关闭进气机构和排气机构时，在活塞的向上行程中开始进行压缩。
二冲程柴油机没有上述扫气泵提供处于扫气压力下的空气就不能运转。新型二冲程柴油机运行的发火压力为pz=140~160bar。
以上参考
综合性参数是反映柴油发动机整机性能的参数，是综合反映柴油发动机技术状况好坏的参数。柴油发动机结构参数的改变、某一分系统性能的改变或热状况的变化都会引起综合性参数的变化。
标定功率是柴油发动机在标定工况所发出的有效功率，是柴油发动机最重要的动力性能指标。气缸密封性、燃油供给系统、空气供给系统、配气相位以及辅助系统的任何一方面技术状况发生问题，都会影响到标定功率值的大小。
标定点比油耗是柴油发动机在标定工况运行时每千瓦有效功率、每小时消耗的燃油量。标定点比油耗是柴油发动机最重要的经济性能指标，也是综合反映柴油发动机技术状况好坏的参数。除了喷油量的改变引起标定功率的变化外，凡是影响标定功率的因素几乎都影响标定点比油耗。通常标定点比油耗的增加是与燃烧过程的恶化密切相关的。
摩擦损失功率主要是由于气缸一活塞组和曲轴、连杆、凸轮机构等处的轴承与摩擦副的摩擦损耗所造成的。在柴油发动机使用过程中标定点机械损失功率的明显增大是整机技术状况恶化的一个信号。例如：装甲车辆柴油发动机机械损失功率通常由摩擦损失功率、带动附件功率和泵气功率三部分组成，其中摩擦损失功率占机械损失功率的60%以上。
柴油发动机加速性是柴油发动机的动态性能指标，是指在全负荷下，柴油发动机由惰速加速到标定转速所需要的时间。当燃油供给系统、气缸一活塞组技术状况变差或者燃烧过程恶化时，柴油发动机加速性变差。
燃油供给系统、调速系统的磨损增大或柴油发动机燃烧不良时，将引起柴油发动机最高空转转速下降。相应的检测参数是柴油发动机动力输出端的曲轴转速或者主离合器起动齿圈的转速，检测条件是车辆原地空挡状态下，一脚油门踩到底的过程。
气缸压缩压力是指在柴油发动机不发火的情况下，直接用起动电机拖动柴油发动机曲轴转动，所测得的气缸最高压力。气缸压缩压力是判断气缸-活塞组磨损状况、气门-气门座密封性以及气缸垫是否漏气的重要参数。在柴油发动机使用过程中，气缸-活塞组的磨损增加、气缸密封不严等都将引起气缸压缩压力的降低。
机油消耗量是评价气缸-活塞组磨损状况的重要参数。在柴油发动机工作的过程中，气环的泵油作用不断将飞溅到缸壁上的机油泵入燃烧室，进入燃烧室内的机油参加燃烧或随废气排入大气。当气缸-活塞组磨损增加时，活塞环的泵油量增大，使机油消耗量增加。进排气门导管-导杆磨损量的增加、喷油器雾化不良、喷针卡死、进气系统故障等，也使机油消耗量增大。相应的检测参数是机油量。
当气缸-活塞组磨损严重时，窜人下曲轴箱内的燃烧气体量增加，由于柴油发动机的下曲轴箱与机油箱是联通的，所以会进一步表现在机油箱内气体压力增大，严重时会导致机油箱的呼吸器往外冒机油。通过实时检测机油箱内的气体压力，可间接评价气缸一活塞组的磨损程度，因此曲轴箱漏气量的多少或曲轴箱废气压力的高低反映了气缸-活塞组技术状况的好坏。相应的检测参数是气体压力，压力传感器可被安装在机油箱加油口盖位置。
机油主油道压力主要反映依靠压力润滑的零件的磨损程度和是否得到良好润滑。当曲轴-轴承组或进排气凸轮轴轴承组磨损量增加时，配合间隙增大，使机油主油道压力下降。机油主油道压力还与机油泵工作状况、机油滤清器阻力及管道有关。相应的检测参数是机油压力，可通过车载机油压力传感器来获得。
供油提前角的变化，通常是由于柴油发动机摩擦副之间的磨损增加从而间隙随之增大引起的。喷油泵齿轮、花键、联轴器花键衬套、喷油泵凸轮、柱塞、推杆及套筒扳手的磨损，都使供油时刻推后，供油提前角减小。相应的检测参数是各缸的供油压力，通过供油压力波形关键特征点的时间对应关系可计算供油提前角。
喷油开启压力是影响柴油喷雾质量的主要因素。在柴油发动机使用过程中，喷油器弹簧的塑性变形、弹力减弱，引起喷油开启压力下降。相应的技术状况检测参数是各缸的供油压力。
喷油泵分缸供油不均匀性将引起柴油发动机工作粗暴，运转稳定性恶化，造成动力性能和经济性能变差。在柴油发动机使用过程中，喷油泵分缸供油不均匀性主要是由于喷油器喷孔磨损增大、加油齿杆或燃油系统其他零件的磨损引起的。相应的技术状况检测参数是各缸的供油压力。
反映配气机构技术状况的主要参数是配气相位。在柴油发动机使用过程中，配气相位的变化一般是由于柴油发动机传动齿轮、配气凸轮、气门锁盘等零件的磨损增加而引起的。配气相位超出规定的范围时，会使某些气缸的进气不及时，会出现对应气缸的早燃或后燃现象，影响柴油发动机整体的功率特性和运转平稳性（引起机体剧烈振动）。相应的技术状况检测参数可以是柴油发动机功率，也可以是柴油发动机整体的振动。
进气系统阻力的大小用空气滤芯真空度表示。当空气滤清器清洁度变差、阻塞严重时，空气滤清器真空度将增大。相应的技术状况检测参数是空气滤清器入口和出口的气体压差。
笨重、噪声大、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，现代柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在减轻重量、消减噪声和烟度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），而柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节负荷的大小。柴油机电控喷射系统由传感器、控制单元（ECU）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人计算机，与ECU已储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。
“CRDI”是英文Common Rail Direct Injection的缩写，意为高压共轨柴油直喷技术。CRDI技术和自然吸气直接喷射柴油发动机（SDI）技术、直喷式涡轮增压柴油发动机（TDI）技术均为德国博世公司研发的柴油发动机技术。共轨系统由高压泵、喷油管、高压蓄压器（共轨）、喷油器、电控单元和传感器及执行器组成。
为了使负荷调节更加精确，产生了共轨技术。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变化的程度。
共轨式喷油系统主要的贡献就是将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，通过对共轨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基本无关。这一柴油发动机技术的创新最大限度地降低了柴油发动机车型的振动和噪声，同时将油耗进一步降低， 使排放更加清洁。但共轨技术的喷油压力低于泵喷嘴系统，一般只能达到160MPa左右。由于喷油压力调节宽泛，采用共轨技术的柴油车能更好地适应各种工况，起步也不会困难。
增压中冷技术就是用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。
柴油发动机中间冷却技术的类型分为两种，一种是利用柴油机的循环冷却水对中冷器进行冷却，另一种是利用散热器冷却，也就是用外界空气冷却。当利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。因此，汽车柴油机大都采用空气冷却式中冷器。空气冷却式中冷器利用管道将压缩空气通到每个散热器中，利用风扇提供的冷却空气强行冷却。空气冷却式中冷器可以安装在发动机水箱的前面、旁边或者另外安装在一个独立的位置上，它的波形铝制散热片和管道与发动机水箱结构相似，热传导效率高，可将增压空气的温度冷却到50℃~60℃ 。
优良的混合气是提高柴油发动机动力性、燃油经济性，降低排放率、噪音率的关键因素。要求喷射系统产生足够高的喷射压力，确保燃油雾化良好，同时还必须精确控制喷油始点和喷油量。泵喷嘴系统能够符合上述的严格要求。因此，早在1905年柴油发动机的创始人Rudolf diesel先生就提出了泵喷油器概念，设想将喷油泵和喷嘴合成一体，省去高压油管并获得高喷射压力。20世纪50年代，间歇隔膜泵喷射系统的柴油发动机就已应用在轮船及卡车上。之后，Volkswagen 和Robert Bosh AG公司合作研制出适用于乘用车的电磁阀控制泵喷射系统。
对柴油的主要要求：
按产品质量、性能将柴油划为3个等级6种牌号，即轻质柴油等级分为优等品、一等品和合格品。每一个等级的轻柴油又按凝点分为10号、0号、-10号、-20号、-35号和-50号6种牌号。
选用柴油时，应根据地区气温与季节选用不同牌号（即不同凝点）的轻柴油。为了保证发动机燃料系统在低温下正常工作，柴油的凝点应比使用地区的最低气温低4-6℃。
柴油发动机是一种利用柴油作为燃料的内燃式发动机。它以高效的能量转换、稳定可靠、燃油经济性好等特点，广泛应用于重型机械、交通运输工具、发电厂等领域，是商用车、工程机械、农用机械、船舶、移动式电站的主要配套动力设备。
柴油机在军事航空领域中得到广泛应用。军用飞机的要求在于功率高、能耗低、可远程作战。而柴油机通过高效的能量转换，使得燃料的效率比其他航空发动机高，同时柴油机的排放也比较少。因此，在军事领域，柴油机被广泛地应用于军用运输机、无人机等飞行器中。例如美国MQ-9“捕食者”无人机便采用了柴油机动力系统，其工作时间可达20个小时，可以长时间待在空中执行任务。
柴油机在民航领域中的应用也逐渐受到重视。随着环保、节能等问题的不断加剧，民航公司开始寻找新的动力方案。近年来，涡轮柴油发动机和高压共轨柴油发动机等新型发动机技术被引入，以改善燃油效率和减少废气排放。柴油机在长途飞行方面具有优势，而且使用柴油机还能降低燃料成本和减少二氧化碳排放。
在航天领域中，虽然柴油机目前应用比较有限，但是仍然存在一些特殊场景，需要使用柴油机作为能源系统。例如，在太空探索任务中，柴油机被用作电力系统的备份方案。因为在太阳系的外部行星上，太阳辐射不足，太阳能电池无法正常工作，而柴油机可以提供稳定的电力，使得太空探索任务更加可靠。此外，在一些月球采样任务中，传统的火箭发动机容易产生着陆扰动，而柴油机可以提供较为平稳的探测过程。
柴油机的工作特点使柴油机在热机领域内具有最高的热效率，而且允许作为船用发动机使用。因而，柴油机在工程界应用十分广泛。尤其在船用发动机中，柴油机已经取得了绝对领先地位。
1985年全世界制造的船舶中（2000吨以上）以柴油机作为推进装置者占99.89%，而到1987年100%为柴油机船。船用主机经济性、可靠性、寿命是第一位，尺寸、质量是第二位，低速机适用作船用主机，大功率四冲程中速机适用作滚装船和集装箱船，中、高速机适用作发电机组。柴油机通常具有以下突出优点:经济性好，有效热效率可达50%以上，可使用廉价的重油，燃油费用低；功率范围宽广，单机功率从0.6 kW ~45 600 kW，适用领域广；尺寸小，质量轻，有利于船舶机舱布置；机动性好，启动方便，加速性能好，有较宽的转速和负荷调节范围，可直接反转，能适应船舶航行的各种工况要求。
汽车柴油发动机化是世界性的发展趋势。截至2005年，欧美汽车发达国家大力发展低油耗、高热效率、低排放的柴油发动机作为汽车的动力。欧洲有90%的重型车、30%的轿车已实现了柴油化，柴油车的市场份额已达40%。德国所有出租车使用柴油发动机；法国、瑞典等国家使用车中的柴油轿车则高达50%以上。在美国，已有100%的重型商用车柴油化，70%的交通工具如轮船、火车和汽车都是以柴油机为动力。中国重型柴油汽车的产量逐步增加，中型和轻型车柴油化步伐也在加快，微型车柴油化实现了零的突破，汽车动力柴油化在中国已呈现发展趋势。
柴油发动机汽车还可燃烧多种燃料。既可以植物油为原料，也可用废弃植物油制造的“生物柴油”作为燃料，这不仅弥补了食品加工为处理废油的开支，也为柴油发动机汽车提供了新的燃料来源，而且使用这种燃料排出尾气的黑烟不到使用汽油排放的，且不合硫的氧化物。用20％生物柴油和80％常规柴油配成的燃料，其废气排放中有毒污染物可减少一半，在西欧国家被广泛使用。
柴油机一般用于拖拉机、农用运输车、排灌及农副产品加工机械、卡车、工程机械、联合收割机等。柴油发动机是农业机械生产中的重要组成部分，主要是燃烧柴油来获取动力。由于农业生产环境较差，地形较复杂，需要较大的动力，柴油机的优点主要为扭矩大、功率高、经济性能好等。因此，柴油机在农业机械生产中应用较为广泛。在中国，随着柴油机的普遍应用与发展，农业机械、拖拉机使用柴油发动机在2020年累计销量达589万台，与2016年相比增加15.24％。
2019年中国柴油机行业市场规模约为291亿元，同比上升2.34%；截止至2020年中国柴油机全年销量634.1万台，占内燃机总销量的比重为13.55%；2022年，中国多缸柴油机销量为372.79万台，单缸柴油机销量为55.88万台。
在能源排放清洁化、动力系统电气化、产业发展智能化的大趋势下，以柴油机为代表的传统产业，面临着前所未有的挑战。2022年，由于受疫情多发散发及商用车等终端市场承压，中国柴油机销量同比下降42.50%，为428.66万台。但中国汽车市场规模广大，重型卡车、重型货车等细分市场前景明朗，仍能提振柴油机销量；且近几年来中国柴油机销量呈现平缓趋势，因此中国柴油机行业的销量不会出现较大的差异变化，销量增速保持在2%左右，预计2028年销量在680万台左右。
2022年，全球柴油机市场规模为2208亿美元，较2019年下降2.4%；2022年，车用柴油机市场份额占比超过50%，船用柴油机市场份额占比约为6%。
全球范围内柴油机主要分为车用柴油机和船用柴油机，截至2023年，车用柴油机市场规模最大。随着车用柴油机和船用柴油机需求的增长，根据历年增长率分析，预计2023-2028年的复合增长率为3.6%左右，到2028年柴油机市场规模将超过2700亿美元。
直喷式柴油机的比例不断提高，直喷式柴油机的缸径不断减小。如戴姆勒－克莱斯勒公司用于SMART车的BENZOM-660机（D/S= 65. 5/79 mm，3缸，排量0.8 L），大众的LUPO机（D/S=76. 5/86.4 mm，3缸，排量1. 19 L）。
广泛采用增压、中冷与多气门技术。柴油机气缸内能燃烧的燃料量取决于进入气缸的充气量，为此车用柴油机上广泛采用了涡轮增压与中冷技术（TAC），以及多气门技术。如德国VW公司的LUPO机与BENZOM-660机，都采用四气门，以提高充气效率。
实现高压喷射与电控。为满足越来越严格的排放法规（欧Ⅱ与欧Ⅳ标准），喷油压力不断提高。在传统的泵管嘴系统中，喷油压力已普遍超过100MPa，在新的高压喷射系统中，喷油压力已超过150MPa，甚至达到200MPa。
排气再循环（EGR）与排气后处理技术（机外净化）。实现排气再循环可降低NOx，但不利于燃油经济性，若能实现EGR冷却与电控，则有利于改善综合性能。柴油机的排气后处理技术比汽油机困难，但是因外在微颗粒过滤及其再生技术与NOx催化还原技术方面已取得了长足的进步，可以满足未来欧Ⅳ排放法规的要求。
优化结构设计，减少摩擦与附件功率损失，提高机械效率。柴油机的有效效率等于指示效率与机械效率的乘积，因此，柴油机的燃油消耗率也直接受到机械效率的影响，国外在致力于完善缸内工作过程的同时，也十分重视减少摩擦损失和提高机械效率的研究。此外，以德国MTU公司为代表的部分停缸技术（CDA）也是一种有效手段。
中国《内燃机行业“十四五”发展规划 》提出，“ 十四五”期间，柴油机技术将继续围绕节能减排新要求，以实现“超近零排放”、高热效率、低振动噪声、高可靠性等为目标。政策频频发力，节能减排、绿色制造展是柴油机行业发展新趋势。
进一步提高喷油压力，提高共轨压 力可以有效解决汽车尾气排放达标问题，电喷共轨式烟油 喷射系统要达到很高的压力，以至于要达到超高压标准， 通过综合研究喷射压力控制在 180MPa 左右。喷射孔的内径 要缩小，反应时间缩短，降低功率消耗，延长重要零件的 使用寿命。为了提高喷射压力，电磁阀喷射器都要进行相 应的提高，共轨系统有很好的经济前景，通过新型智能传 感器的研究，可以提高响应速度，延长喷油器的使用寿命， 因此要采用新型材料，提高喷油系统的经济耐久性。
近20年来，柴油颗粒过滤器一直被用于控制柴油乘用车的颗粒质量和数量。近年，欧洲（采用欧六排放标准）和中国（采用国六排放标准）在轻型车辆的排放法规方面往前迈进了一大步，旨在解决高燃油效率的汽油缸内直喷 (GDI) 汽车的颗粒物排放问题。为了减少极细颗粒物（直径大于 23 纳米）的排放，最新的法规不仅限制了车辆排放颗粒物的质量，而且还规定了车辆尾气中烟灰颗粒的数量。
为了达到极细颗粒物的限值，汽车制造商在这些地区的排放控制系统中加装了汽油颗粒过滤器 (GPF)。这些高效的尾气过滤器会截留车辆排放的大部分颗粒物，包括极细颗粒物，防止它们离开尾气管或最终进入大气。
此外，欧洲还制定了真实路况驾驶排放标准，称为 RDE。简而言之，RDE 是一个监管合规协议，确保车辆不仅在受控条件下，而且在每天的道路行驶中都符合排放限制。这包括各种不同的驾驶条件，如上坡驾驶、快速加速、在高速公路和城市中驾驶，以及在包括寒冷天气在内的不同室外温度下驾驶。 车载尾气检测系统(PEMS) 用于实时监测尾气管，确保车辆排放物保持在限值内。
与为满足先前法规而开发的车辆相比，最新的 EU6d 法规已经显著减少了气体污染物的排放。然而，预计下一个监管阶段 (EU7) 的法规将更加严格 。
欧洲 (EU7) 和中国 (CN7) 的未来法规预计将在 2030 年前实施，可能会大幅严格限制气体和颗粒物排放，这需要先进的排放控制技术。
对于重型车辆，欧盟 VII 标准的提案也正在起草中。与轻型车辆一样，降低氮氧化物和颗粒物排放限值（包括将颗粒物降至 23 纳米）也在讨论中。此外，还在讨论对一氧化二氮 (N2O) 和甲烷 (CH4) 实行限制。总体而言，合规性正在得到加强，包括所有正常驾驶条件以及冷起动排放。我们需要新的先进技术来满足这些法规。
2019年1月1日，中国国内实施国六车用柴油标准；2022年12月1日，国内实施非道路移动机械国四标准，禁止生产、进口和销售不符合国四标准要求的560 kW以下（含560 kW）非道路柴油移动机械及柴油机。
在美国，排放标准由美国环境保护署（EPA）和加州空气资源局（CARB）规定。
轻型车辆仍在逐步采用 3 级标准 (2017-2025)。美国环境保护署在此处提供了标准概要。
虽然 1970 年的《美国清洁空气法案》及其修正案长期以来一直是世界各地排放法规的典范，但美国选择仅使用颗粒质量法规，而不是基于质量和颗粒数量的法规。因此，美国汽油车不像欧洲和中国那样使用颗粒过滤器。预计即将出台的美国 4 级法规将要求使用 GPF。
加利福尼亚州已经提出要大幅减少来自内燃机的氮氧化物和颗粒物，同时延长其使用寿命。他们还强制全部车辆中的一部分车辆实现零排放。美国环境保护署的清洁卡车计划也提出了大幅减少氮氧化物的建议，这可能需要先进的技术。
2018年，德里被评为世界上污染最严重的首都，总的来说，30个污染最严重的城市中有22个位于印度。因此，印度政府一直在采取强有力的监管行动来限制尾气排放。2020年4月，印度跳过了一个监管阶段，从施行轻型车辆的 Bharat Stage（BS）4和重型车辆的BS IV标准，转而采用BS 6/VI 标准，后者基本参照了欧洲法规。
与汽油机相比，柴油机具有以下的优点：
与汽油机相比，柴油机也面临着如下一些在设计上的挑战：
由于柴油发动机所处的工作环境较为复杂，所以经由环境因素的影响柴油机会经常出现一些故障，因此，重视柴油发动机的维护保养工作，对于延长柴油发动机的使用寿命，提高施工施工效率与工作收益等大有裨益。需要通过以下几个角度切入对柴油发动机维修与保养工作：
当柴油发动机的初始状态是冷机，应该采取逐步暖机的方式对发动机进行操作，进而提高发动机的运转速率，从而确保柴油发动机从冷机状态逐渐过渡到正常启动，并有效的提高工作机能，工作人员在启动发动机的过程当中，切忌对发动机实施热启动操作，以免对采油发动机内部的高压油管、喷油泵等部件造成损坏，进而折损了柴油发动机的使用寿命与工作性能。
柴油发动机具有一定限度的负载输出曲线，当其处在过载以及空载的启动状态中时，就会对力矩输出特征造成扭曲或者偏移的影响，长期下去会对发动机的功率以及工作性能造成严重的影响，且具有较高的维修成本，由于产生的故障形式较为复杂，需要投入大量的人力、物力以及财力对柴油发动机进行维护。为此，在启动的过程当中，切忌过载以及空载启动，通过这样的方式，来延长使用寿命并切实增加使用机能。
在柴油发动机的日常应用中，为了较好降低发生故障 问题的几率，更好延长其使用寿命，同样还需要重点围绕 着柴油发动机的日常保养工作进行严格把关，应该切实把 握好以下几点：
对于柴油发动机进行日常保养需要重点关注于柴油 资源的有效应用，能够确保柴油的类型选择较为合理，不仅仅需要针对轻柴油和重柴油进行有效区分，还需要重点 审查柴油自身质量性能，对于存在明显质量问题和杂质较 多的柴油规避应用，确保其品质较为理想。
在柴油发动机的日常运行中，较好实现对于滤清器的 有效保养是比较关键的一环，其直接关系到柴油发动机的 运行效率和稳定性，需要重点围绕着空气滤芯、燃油滤 清器以及润滑油滤清器等各个不同类型的滤清器进行详 细检修分析，确保其能够及时发现各个滤清器可能存在的 堵塞或者是破损问题，进而也就能够及时修复和替换处 理，避免出现上述各类故障隐患问题。一般而言，空气滤清 器应该保障工作时间100小时内除尘一次，并且同时检 查其是否存在异常问题；燃油滤清器则需要每工作100-200 小时内进行清理，对于破损问题及时处理；润滑油滤 清器则是需要在 180-200 小时的间隔中进行定期清理和 检查。
对于柴油发动机进行日常养护还需要把握好机油的 合理运用，能够确保机油有效行程理想保护效果，降低柴 油发动机运行中可能存在的明显机械损伤问题。在机油的 具体应用中，也需要首先关注机油的品质，选择优质机油 进行添加，保障其能够形成较为理想的保护膜。在柴油发 动机的运行过程中，也需要及时关注机油压力状况，针对 反映出来的异常问题进行及时排查修复。对于机油也需要 进行及时更换，避免出现明显机油变质问题。
在柴油发动机的日常养护中，还需要重点关注其应用 状况，需要确保操作较为规范合理，能够较好实现对于机 械设备的合理规划，避免出现长时间不停歇的持续工作。 对于相关操作人员也需要进行有效培训指导，促使其掌握 一些柴油发动机应用小技巧，比如在冬季启动柴油发动机 时，就需要提前进行预热，避免直接启动影响其正常运行， 也会带来启动困难问题。
不当的燃油喷射和压力不足会导致燃烧异常，进而影响排放。失火检测器会检测每个气缸从一个燃烧循环到下一个燃烧循环的排气时间（分段时间），该时间由速度传感器信号获得。如果其中一个气缸的分段时间比其他缸的长，则说明这个气缸发生了失火或压力不足。在柴油机中，燃烧不发火仅在发动机怠速时才需要进行检测。
在共轨燃油喷射系统中，燃油系统的故障诊断包括电子监控喷油器和轨道压力控制（高压控制）。在泵喷嘴系统中的诊断还包括喷油器开关时间的监控。在燃油喷射系统中，一些特殊的功能（如提高供油量精度）也要被监控，如零供油量标定、供油量平均值修正和AS- -MOD观察器（ 进气系统模型观察器）。后两个功能从氧传感器获取信息作为输入信号，再通过模型计算设定值与实际供油量之间的差值。
曲轴箱通风诊断是通过空气质量传感器监测曲轴箱通风故障，如果曲轴箱通风采用了“陷阱空洞”设计，根据法规，则无须监控。
冷却系统包括一个节温器和一一个冷却水温度传感器。如果节温器发生故障，发动机温度就会慢慢上升，进而使排气速度加快。节温器的诊断即利用冷却水温度传感器检测其名义温度是否达到标准。除了通过动态似真函数对电子故障进行检测以外，对冷却水温度传感器的检测是为了确保能够实现最低的温度。当发动机温度降低时，动态似真函数就要起动。这些功能可以在低温或高温范围内通过监控传感器是否“胶结”来实现。
发动机可以在不同的工作点工作，以满足空调的电负荷要求。因此进行诊断时必须对空调的所有电气元件进行监控，因为如果它们发生故障，就可能导致排；放物增加。
如果传感器（如空气流量计、转速传感器、温度传感器）和执行机构（如节气门、高压泵、电热塞）对排放有影响，或者将其用于监控其他元件或系统（因此它们可能影响诊断）， 则相应的诊断法规要求它们必须被监控。
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