第1章 柴油机发展概述

第1章柴油机发展概述

现代汽车动力广泛采用汽油发动机和柴油发动机。由于柴油发动机具有良好的燃油经济性（比汽油机省油30％左右）、可靠性、耐久性和CO排放低（比汽油机低45％左右）等优点而被广泛应用于轿车、货车、客车及各种专用汽车上。特别是近20年来车用柴油机采用先进的电控高压共轨喷射技术，己使柴油机的一些缺点（如NOx排放、冒黑烟、噪声等）得到明显改善，排放己能达到欧洲IV号排放标准，备受人们亲昧，欧洲目前生产的轿车中，柴油轿车已经占50％以上。

柴油发动机（简称柴油机）的发展经历了发明、机械式燃油系统、增压和中冷以及电控柴油机几个历史阶段。

1.1 狄赛尔（Diesel）发明柴油机

1890年，德国工程师鲁道夫·狄塞尔(Rudolf Diesel)（图

1-1）第一个提出不用点火，采用压缩的方法，使喷入气缸的

柴油着火的压燃式内燃机原理，并于1892年2月27日取得了

专利。

1893年，狄塞尔试制出世界上第一台压燃式发动机——柴

油机（图1-2），它的缸径150mm，往复行程400mm。

1898年柴油机投入商业性生产，热效率达26%，这是一项

震惊世界的成就,后人为纪念他，称柴油机为狄塞尔发动机，狄塞尔为此获得了“人类最伟大的发明”金银纪念币奖（图1－3）。图1-1 狄塞尔（Diesel）

图1-3 “人类最伟大的发明”金银纪念币图1-2 狄塞尔发明柴油机

1.2 机械式燃油系统柴油机

柴油机使用的燃料是柴油，由于其蒸发性和流动性比汽油差，不能像汽油机那样在进气行程把汽油喷入进气管道，形成可燃混合气，进入气缸。但柴油的自燃点比汽油低，所以采用在压缩上止点前直接喷入气缸，与空气混合，靠压缩着火燃烧。由于柴油机混合气形成时间极短，只占150～350曲轴转角（按发动机转速3000r/min计，只占8.3×10-4～1.9×10-3s），可燃混合气形成十分困难；而且边燃烧边喷油，气缸内各处混合气浓度很不均匀，极易造成燃烧不完全，排气冒黑烟，动力经济性能下降等不良后果。为了使柴油机能够在极短的时间内完成燃烧，必须采取柴油高压喷射方法，使其达到良好雾化，并结合空气涡流和燃烧室等其他措施。

柴油高压喷射方法，从柴油机发明一直到上个世纪八十年代，一直采用的都是机械方式。根据高压喷油泵的不同，分有直列式、分配式和单体式三大类，汽车上主要使用直列式和分配式。

1. 直列式喷油泵柴油供给系统

直列式喷油泵柴油供给系统如图1－4所示。在输油泵3的作用下，柴油从油箱1被吸出，经过油水分离器2分离去柴油中的水分，再压向柴油滤清器6过滤，干净的柴油进入柱塞式喷油泵5，提高压力，再经高压油管8，送到喷油器9，以一定的速率、射程和喷雾锥角喷入燃烧室。多余的柴油从回油管7流回柴油滤清器。

图1-4 直列式喷油泵柴油供给系统

1-柴油箱 2-油水分离器 3-输油泵 4-柱塞式喷油泵动力输入 5-柱塞式

喷油泵 6-柴油滤清器 7-回油管 8-高压油管 9-喷油器

直列式喷油泵柴油供给系统的核心部件是直列式喷油泵，以其柱塞行程等参数不同分A、B、P、Z等系列，A型喷油泵外形结构如图1-5所示。

直列式喷油泵基本工作原理如图1－6所

示。当发动机运转时，通过传动机构驱动喷油

泵凸轮轴转动，经挺柱体部件，克服柱塞弹簧

的压力，推动柱塞在柱塞套内作上下往复运动。

柱塞下行时，燃油由柱塞套进油孔被吸入柱塞腔，柱塞上行时，进油孔关闭，油压迅速提高，当油压大于出油阀顶部压力时，出油阀打开，

高压油喷出。油泵凸轮轴每转一圈，每一缸

出一次高压油。

直列泵的供油量靠调速器进行机械调

节，供油时间则依靠喷油提前器进行机械调

节。

2.分配式喷油泵柴油供给系统

分配式喷油泵柴油供给系统如图1－7

所示。在一级输油泵3的作用下，柴油从油

箱被吸出，经油水分离器2分离去柴油中的

水分和柴油滤清器6过滤，干净的柴油进入

图1-7 分配式喷油泵柴油供给系统

1-油箱 2-油水分离器 3-一级输油泵 4-二级输油泵 5-传动轴 6-柴油滤清器 7-调速手柄 8-分配式喷油泵 9、10、11-回油管 12-喷油器 13-

高压油管

图1-6 直列式喷油泵工作原理

图1-5 直列式喷油泵

分配式喷油泵8内部的二级输油泵4提高压力，再送入分配式喷油泵增压，经高压油管到喷油器12，喷入燃烧室。多余的柴油从回油管流回柴油滤清器或油箱。

分配式喷油泵柴油供给系统的核心部件是分配式喷油泵，以其结构特点分为VE（轴向压缩式）和VR（径向压缩式）两大类。VE型喷油泵外形结构如图1-8所示。

分配式喷油泵基本工作原理如图1－9

所示。当发动机运转时，通过传动机构驱动

喷油泵凸轮轴1转动，带动平面凸轮盘20

作旋转和轴向运动。当柱塞左移，柱塞进油

槽与柱塞套的进油供相对时，燃油由柱塞套

进油孔被吸入柱塞腔；当柱塞右移，进油孔

关闭，油压迅速提高；当柱塞出油孔与柱塞

套出油孔接通时，高压油顶开出油阀，高压

油喷出。对于四缸柴油机，柱塞转一圈，产

图1-8 VE型分配泵

生4次喷油。

分配泵的供油量靠调速飞锤6等调速器

部件进行机械调节，供油时间则是依靠在喷油提前器活塞两侧油压变化，再进行机械调节。

图1-9 VE型分配泵工作原理

1-驱动轴 2-泵体 3-调压阀 4-泵盖 5-调速手柄 6-飞锤 7-调速弹簧 8-回油电磁阀 9-稳定弹簧10-最大油量调整螺钉 11-张力杆 12-调整杆 13-断油电磁阀 14-柱塞 15-柱塞套 16-出油阀紧座17-出油阀 18-油量调节套筒 19-柱塞弹簧 20-平面凸轮盘 21-滚轮 22-喷油提前器活塞 23滚轮支架

24-十字连轴器 25-调速器驱动齿轮 26-滑片式输油泵

1.3 增压和中冷柴油机

柴油机采用增压和中冷技术，极大地提高了发动机的动力性能、经济性能和排放性能，

改写了“排量大小决定功率”的传统概念，宣告了汽车产业一个新时代的诞生。

柴油机普遍采用的是废气涡轮增压，就是利用柴油机排气能量，将空气预先压缩后再供

入气缸，以提高进气密度、增加进气量的一项技术。由于进气量的增加，可相应地增加循环

供油量，从而增加发动机的功率,一般可增加功率10％～60％，有的甚至成倍增长；同时增

压还可以改善燃油经济性，降低有害气体排放，其CO和HC排放仅为非增压发动机的1/3～

1/2。

1.废气涡轮增压柴油机

废气涡轮增压是利用发动机排气时的能量，冲击增压器涡轮机2（图1-10），使它高速

旋转。通过传动轴，带动压气机3也高速旋转，将空气增压，再经进气管进入气缸。