一、柴油机的产生
    19世纪后半期，伴随着蒸汽机的产生和广泛应用，诞生了世界首辆汽车。第一辆汽车是蒸汽汽车，其动力源为一台蒸汽机。蒸汽机是历史上第一种广泛应用的热机。热机是将燃料的化学能转化成内能，然后再将内能转化成机械能的动力机械，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机等。
    1892年，德国的工程师鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel ,1858-1913）提出T一种新型内燃机的想法并申请了专利，即在压缩终了将液体燃油喷人缸内，利用压缩终了气体的高温将燃油点燃，它可以采用大的压缩比和膨胀比，没有爆燃，热效率可以比当时其他的内燃机高1倍。
    柴油相对于汽油来说性质非常稳定，但比较难于点燃。最初，柴油只能作为石油炼制的废弃物予以抛弃。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，柴油也不会出现爆燃，这正是狄塞尔所需要的。1892年，狄塞尔试制成功了第一台压燃式内燃机，也就是柴油机，如图1-1所示。

    柴油机的最大特点是省油、热效率高，但狄塞尔最初试制成的柴油机却很不稳定。1894年，狄塞尔改进了柴油机并使其能运行1min左右，尽管此时柴油机运行还并不稳定，但狄塞尔却迫不及待地把它投人了商业生产。这位只了解技术但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。这使得狄塞尔的晚年陷人了极端贫困。
    现在看来，柴油机最大的优势为压缩比大，但这也带来了技术上的难题，即柴油高压喷射的问题。在狄塞尔所处年代的技术条件下，将柴油加压到柴油机运行可接受的压力的装置是不可能出现的，所以狄塞尔只能在空气压缩上做文章，造成了柴油机的笨重、复杂和不稳定。从柴油机发明至今，燃油喷射压力由几十个大气压提升到高于两千个大气压，燃油喷射压力的每一次提高都伴随着柴油机性能的飞跃。
现在人们越来越发现柴油机的无穷魅力：为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段，高转矩、高寿命、低油耗、低排放，柴油机成100％的重型车和近30％的乘用车都在使用柴油机。可以让狄塞尔感到欣慰的是，每当打开这些车的发动机舱盖，都会看见一个名字-------Diesel。

    二、柴油机的特点
    1．柴油燃料特点
    对柴油机来说，与其性能有关的燃料特性是自燃温度、馏程、黏度、含硫量等，其中，以自燃温度和低温流动性（凝点）影响最大。
    （1）自燃温度和自燃性柴油在无外源点火的情况下，能够使柴油自行着火的最低温度称为自燃温度。柴油能够自行着火的性质，称为柴油的自燃性，柴油的自燃性用十六烷值衡量。十六烷值高的柴油，其自燃温度低，滞燃期短，有利于发动机的冷起动，适合于高速柴油机使用，但十六烷值过高的柴油在燃烧过程中容易裂解，造成排气过程中的炭烟。
    柴油的自燃温度低于汽油，因而决定了柴油机采用压燃的可能性。
    （2）低温流动性（浊点与凝点）温度降低时，柴油中所含的高分子烷族烃（如石蜡）和燃料中夹杂的水分开始析出并结晶，使原来呈半透明状的柴油变得浑浊，达到这一状态的温度值就是柴油的浊点。当温度再降低时，柴油即完全凝固，此时的温度称为凝点。
    我国的国家标准中对轻柴油的标号，即是按照柴油的凝点来规定的。例如，国产0号柴
油凝点为0℃，适合夏季使用；-20号柴油凝点为一20℃，适合冬季或寒冷地区使用。选用轻柴油要根据不同的使用地区和季节条件。
    （3）挥发性挥发性表示液体燃料汽化的倾向，与燃料的馏分组成、蒸气压、表面张力，以及汽化潜热等有关。燃料的挥发性直接影响油气混合气的形成过程，因此对发动机的进气、喷油、燃烧及做功影响十分显著，一定意义上也决定了发动机的结构。
    柴油的挥发性不如汽油，这决定了柴油机的混合气形成必须依赖高喷射压力的喷油器。
    （4）抗爆性燃料对于发动机发生爆燃的抵抗能力称为燃料的抗爆性。它是燃料一项十分重要的指标，燃料的化学成分不同，燃料的抗爆性差别很大。
    汽油的抗爆性是以辛烷值来表示的，我国车用汽油的代号就是以辛烷值命名的。柴油的抗爆性能优于汽油，由此我们可以设计压缩比相对较大的柴油机以满足压燃式发动机经济性的要求。
    总而言之，柴油自燃温度低于汽油，同时稳定性（不易爆燃）优于汽油，可以采用较大的压缩比，因此具有了压燃的理论基础，但柴油蒸发性低于汽油，均匀混合气形成先天困难，因此必须采用特殊的方式帮助混合。

    2．柴油机的结构及运行特点
    汽油和柴油作为燃料的性质差异决定了汽油机和柴油机在混合气形成、着火和燃烧上的差异，从而也决定了柴油机的结构和运行的一些特点。为说明方便，我们将柴油机与较为熟悉的汽油机进行比较。
    （1）混合气形成混合气的形成有空间雾化混合和油膜蒸发混合两种基本方式。空间雾化混合是将柴油高压喷向燃烧室空间，形成雾状，与空气进行混合。为了使混合均匀要求喷出的燃油与燃烧室形状相配合，并充分利用燃烧室中空气的运动。油膜蒸发混合是将大部分柴油喷射到燃烧室壁面上，形成一层油膜，受热蒸发，在燃烧室中强烈的旋转气流作用下，燃料蒸气与空气形成均匀的可燃混合气。在汽、柴油实际喷射中，两种混合方式都兼而有之，只是多少、主次有所不同。
    汽油蒸发性较好，主要依靠蒸发，可以采用缸外混合的方式，混合气形成时间较为充分。汽油机吸气行程吸人的是汽油与空气的均质混合气。
    柴油蒸发性差，混合气形成主要依靠雾化，同时对混合环境温度要求较高，必须在温度较高的气缸内混合才能保证混合的有效性，所以柴油机的混合气形成发生在压缩行程的末尾，此时缸内压力较高，为了保证柴油雾化的效果，柴油喷射压力必须足够高。为了使混合均匀，要求喷出的燃油与燃烧室形状相配合，并充分利用燃烧室中空气的运动，所以柴油机燃烧室形状甚至进气道都不同于汽油机。
    同时，柴油喷入气缸内立即混合并被炙热的压缩空气点燃，因而柴油混合气形成时间非常短暂，混合气亦不如汽油均匀。这一点决定了柴油机最高转速不如汽油机高，因为要为混合气形成留下更充分的时间。
    柴油机没有浓混合气，更谈不上较长时间内形成理想均质混合气，这造成了柴油机无法如汽油机一样加装三元催化器以改善排气，同时也造成了柴油机和汽油机的排气污染成分大不相同。
    柴油机的这种混合气形成方式决定了其某些结构和运行特点。柴油蒸发不良，为了更好的雾化必须采用较高的喷油压力，所以柴油机的燃油．升压和喷射机构远较汽油机庞大复杂。
    （2）发火方式汽油机采用点燃式，因为汽油自燃温度较高，若压燃必须采用比柴油机更高的压缩比，但此时汽油机会发生剧烈爆燃，无法平稳运行。柴油自燃温度较低且稳定性好，可以采用压燃的方式。从结构上看，柴油机较汽油机而言，不设点火系统，结构上有所简化，但压燃式的点火方式决定了柴油喷人气缸内一遇炙热空气后立即燃烧，决定了柴油机一边喷油、一边混合、一边燃烧、一边做功的工作方式。这种工作方式不同于汽油机先混合、再吸气、再压缩、再混合、再点火、再燃烧、再做功的工作方式。前者喷油后各种过程交织混合在一起，其过程不再能灵活控制。后者各个过程工作步骤层次分明，易于控制。例如，柴油机不可能有点火正时控制的功能，柴油机和汽油机电控的方式、侧重点和难度也有不同。
    （3）压缩比由于柴油机采用压燃方式，要求柴油机压缩比更大，这就决定了柴油机所受的机械负荷和热负荷大于汽油机，要求柴油机的机体结构强度大于汽油机。显而易见，这就解释了为什么一般柴油机比汽油机质量和体积更大，噪声和振动也较大。具体对比见表1-1。

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