技术的革新 柴油车发展史

       不久前闹得沸沸扬扬的“大众排放门”事件，主角是全球的1100万辆大众柴油车。在很多注重环保的欧洲国家，柴油车的数量占汽车总量的一半多。大众丑闻使柴油车的清洁形象受到损害，人们开始重新认识与严密监管柴油车。你对柴油车的了解有多少呢？跟着猫妹一起来看看柴油车的发展史吧。

       柴油的英文是Diesel，这是为了纪念柴油发动机的发明者——鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）。

       狄塞尔生于1858年，德国人，毕业于慕尼黑工业大学。1879年，狄塞尔大学毕业，当上了一名冷藏专业工程师。在工作中狄塞尔深感当时的蒸气机效率低下，萌发了设计新型发动机的念头。在有了一定积蓄后，狄塞尔辞去了制冷工程师的职务，创办了一家发动机实验室。

       针对蒸汽机效率低的弱点，狄塞尔专注于开发高效率的内燃机。 19世纪末，石油产品在欧洲极为罕见，于是狄塞尔决定选用植物油来解决机器的燃料问题（他在实验中使用的是花生油）。因为植物油点火性能不佳，无法套用奥托内燃机的结构。狄塞尔决定另起炉灶，提高内燃机的压缩比，利用压缩产生的高温高压点燃油料。后来，这种压燃式发动机循环便被称为“狄塞尔循环”。

       狄塞尔的研究道路并不是一帆风顺的。由于植物油燃烧不稳定，成本较高，必须寻找另外的燃料。随着石油制品在欧洲逐渐普及，狄塞尔选择了本来用于取暖的重馏分燃油———柴油作为机器的燃料。柴油相对于汽油来说性质非常稳定，比较难于点燃，同时柴油一旦点燃会产生大量的黑烟，所以它不能像煤油那样用作照明。但柴油稳定的特性却恰恰适合于压燃式内燃机，这正是狄赛尔所需要的。然而压燃式发动机的结构强度始终是个难题。一次实验中，汽缸上的零件碎裂飞散，差点造成人员伤亡，狄塞尔的资金也渐渐耗尽。他不得不回到制冷机工厂谋生。狄塞尔没有向困难屈服，利用业余时间继续实验，逐渐完善自己的机器。

第一台柴油发动机

       1892年，狄塞尔研发出一台实用的柴油动力压燃式发动机。这台柴油机用汽缸吸入纯空气，再用活塞强力压缩，使空气体积缩小到15倍左右，温度上升到 500—700度，然后用压缩空气把雾状柴油喷入汽缸，与缸中高温纯空气混合，由于汽缸这时已经有了较高的温度，因此柴油喷入后自行燃烧做功。

       1892年 2月27日，狄赛尔取得了这项技术的专利。柴油发动机功率大、油耗低、可使用劣质燃油，具有广阔的发展前景。但狄赛尔最初试制的柴油机却很不稳定，1894年，狄赛尔改进了柴油机并使其能运行1分钟左右，尽管柴油机还不稳定，但他却迫不及待地把它投入了商业生产。狄赛尔急于推向市场的20台柴油机由于技术不过关，纷纷遭到了退货，在随后的几年里几乎没有厂家或个人愿意装配柴油机。没有了资金来源又负债累累，这使得狄赛尔的晚年陷入了极端贫困。1913年10月29日，55岁的狄赛尔站在横渡英吉利海峡的轮船甲板上，被巨浪卷入了海中(很多历史学家认为狄赛尔是跳海自尽的)。为了纪念狄赛尔，人们把柴油发动机命名为Diesel。

       狄赛尔做梦都想看到自己的发明能大规模装载在汽车上，但他却没有机会看到这一天。狄赛尔的柴油机存在着不少的缺陷，其中最大的问题就是重量。由于柴油机汽缸压力比汽油机高很多，因而柴油机的缸体要比汽油机大许多，同时早期的柴油机为压缩空气使用的空气压缩机质量也非常巨大，这就使得柴油机整体上十分笨重，极不适应当时体型还很小的汽车。

       1924年，美国的康明斯公司正式采用了泵喷油器，这一发明有效地降低了柴油机的质量，同年在柏林汽车展览上MAN公司展示了一台装备柴油机的卡车，这是第一台装有柴油机的汽车。不久以后，博世公司开始正式生产标准泵喷油器，正是由于柱塞泵的普及，为柴油机安装在汽车上提供了基础。1936年，奔驰公司生产出了第一台柴油机轿车260D，这时距狄赛尔去世已经23年。

1936款奔驰260D

       尽管30年代已经有轿车安装了柴油机，但真正为柴油机提供发挥舞台的还是重型机械和装甲车。二战中，美国的舒尔曼坦克和德国虎式坦克都使用汽油机，虎式坦克以其强大的火力和厚重的装甲占了上风，美军只能拿数量来扯平。但在苏联战场，苏军的T-34坦克的火力和装甲虽也不及虎式坦克，但T-34使用柴油发动机，它在中弹后不易起火，这样就大大提高了战场生存能力。战后，各国汲取了战争中的教训，把自己的坦克换装成了柴油发动机。

苏联T-34坦克

       20世纪50年代以后，两大阵营在坦克功率方面进行了不断的军备竞赛，这无形中加速了柴油机技术的发展。由于喷油压力直接影响着柴油机的功率和扭矩，因此世界各大柴油机制造公司都在拼命提高柴油机的喷油压力。在这个时期，康明斯公司研制成功完全不同于柱塞泵的PT喷油系统，从而大规模地提高了喷油压力。

       后来各大公司开始把柴油机引入轿车领域，首要解决的问题就是柴油的排放和振动问题。柴油机是一种非均质燃烧，混合气形成时间很短，而且混合气形成与燃烧过程交错在一起。研究发现，柴油机喷油规律，喷入燃料的雾化质量，气缸内气体的流动以及燃烧室形状等都会直接影响燃烧过程以及有害排放物的生成。

       除了靠提高喷油压力和柴油雾化效果来改善排放，使用预喷射也是行之有效的方法。预喷射就是在主喷射之前的某一时刻精确地喷入约1-2毫升的预喷油量，加热燃烧室，缩短了主喷射的着火延迟期。于是减缓了温度与压力的上升，降低了燃烧噪声水平和污染物排放。70年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引入柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。

CP1型高压油泵结构示意图

       最先出现的是电控喷油泵技术，而后又发展出了电控泵喷嘴技术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到2050bar，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三角形的，并采用了分段式预喷射，符合发动机的要求(大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技术的喷油压力受发动机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技术可以解决这个问题，但它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到 1600bar，有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节很宽泛的特点，对其大加采用(最早使用高压共轨的轿车是阿尔法罗密欧156和奔驰C级车)。

1998年款阿尔法罗密欧156

       柴油车型因其低油耗、低排放、高扭矩等特点在欧洲市场获得了广泛认可。其百公里油耗比同排量的汽油版车型至少低27%。在欧洲，柴油车占整体乘用车的比重超过40％。在我国由于政府对柴油车上路的干预、消费者对柴油车认识的误区以及对国内柴油品质不高等原因使得柴油车在我国的使用率不高。以大众为例，现在中国市场上销售的主流柴油车型为三款，分别为途锐3.0TDI，TIGUAN2.0TDI和辉腾3.0TDI。

大众途锐3.0L V6 TDI涡轮增压直喷柴油发动机

       “大众排放门”对柴油车的销量以及形象造成了极大影响，人们开始重新审视和严密监管柴油车排放问题，未来车企应该致力于研发新技术，降低柴油车排放，重新提高柴油车在公众心中的形象。