柴油机由于其热效率高、扭矩大、耐久性好、寿命长等特点，已经毫无争议地成为货运卡车、长途巴士等运输工具的主要动力源。然而，比较耐人寻味的是，在美国和日本这两个汽车生产和消费的大国，柴油乘用车的市场份额竟不到10%。究其原因,其中自然可部分归因于各国排放法规以及各国地理环境和汽车走行模式的不同，而政府政策的调控作用，即所谓政治因素也不容忽视。对于即将成为世界第二大汽车消费大国同时节能正在成为当务之急的中国，柴油车到底应在汽车市场占据怎样的位置？！

柴油逐渐接近汽油尾气排放要求

目前欧洲汽车公司正在把柴油乘用车开发作为其重要战略，日本本田、马自达等公司也于最近两年分别开发出柴油机版的Accord及M6等投入欧洲市场。

柴油机热效率高的一个主要原因是压缩比大，另一个是稀薄燃烧，就是空气过剩状态下进行燃烧。而恰恰是这两个特点导致柴油乘用车长时间没能普及。压缩比大、稀薄燃烧导致柴油机排气的温度较低而且含氧量较高，因而柴油机很难像汽油机那样应用三元催化剂来净化排气中的法规规制物质。因此，除了微粒物质外，虽然柴油机排气比没有三元催化剂的汽油机还要清洁，但长期以来还是很难达到与汽油车一样的排放法规要求。但是，随着高压共轨燃油喷射等最新技术的应用，柴油机排气已逐渐接近汽油车的尾气排放法规要求。

柴油机新技术不断推出

目前应用在柴油机上的几项最新技术有：中冷、可变截面涡轮增压器(Intercooler VGT)、高效废气再循环(EGR)系统、高压共轨电控燃油喷射系统及氧化催化剂、微粒捕捉器等尾气后处理技术。在日本市场上发现达到2005年后新长期排放法规(目前世界上已经实行的最严格的排放法规)要求，投入日本市场的日本制的柴油汽车，包括三菱扶桑、日野、五十铃等商用车以及本田雅阁、马自达M6等面向欧洲市场的柴油乘用车，几乎毫无例外地采用了以上几项共同的技术。

柴油机的缺点之一是重量比较重，减轻重量的一个有效方法是发动机小型化，同时为使动力输出不至于降低太多，可以进行进气增压。增压器主要有超级增压器(Supercharger)和涡轮增压器(Turbo charger)。超级增压器是利用电动驱动或是发动机动力输出轴的部分动力来驱动压缩机来达到进气增压的目的，但超级增压不可避免地带来一些动力损失，影响燃油经济性。而涡轮增压器是利用排气动能来驱动压缩机来进行进气增压，所以可以提高燃油经济性。

但是，涡轮增压器有一个缺点，即所谓反应延迟(lag),特别是在低速的时候，由于发动机排气动能较小，增压器转速不够，而在加速的时候，从更多的燃油喷入汽缸、燃烧，到排气动能增加到需要的进气压力要求，需要一个过程，即延迟。因此，虽然更多的燃油喷入汽缸，但是相应的进气量并没有显著增加，这样造成黑烟排放的增加。可变截面涡轮增压器就是为了解决这个问题而开发的一项技术，来达到增加发动机动力输出，加大扭矩，减少有害排放物质的效果。

共轨燃油喷射技术到上世纪90年代中后期才被应用并普及到柴油汽车上，而这项技术的应用可以说给柴油机带来了革命性的变化。共轨喷射系统的一个主要优点是可以实现燃油喷射时间和喷射压力的分别控制。用多项油泵增压后的高压燃油存储在共轨内，而喷油器内针阀的开关运动由电磁阀来控制。这样，可以容易地实现高于100MPa的燃油喷射压力，同时在发动机的一个循环内，实现灵活的喷射时期、喷射量及喷射次数的控制，从而达到优化燃烧、增强发动机动力性能、改善燃油经济性、减少有害物质排放的效果。

最近，德国博世、日本电装等公司最新开发出来的第3代、第4代共轨高压喷射系统，采用压电晶体来代替电磁阀来控制针阀运动，可实现大于200MPa的喷射压力，并且可实现间隔小于0.2ms的多段喷射，达到进一步改进发动机各项性能的效果。

柴油机压缩比高，加上基本上为空气过量状态下的燃烧，这样缸内温度比较高，因此会有大量NOx(氮化物)生成。把排气的一部分导入进气流中，一方面可以降低缸内氧的含量，另一方面可以增加缸内工作气体的比热，从而可以降低燃烧温度，达到降低NOx排放的目的。然而，我们知道柴油机NOx与微粒排放之间存在一种被叫做trade-off的关系，由于EGR，缸内氧浓度降低，并且温度降低，这样微粒的排放会大幅增加，所以尽管EGR可以降低NOx排放，考虑到微粒排放的增加，EGR基本上还是被限制在较小的范围。

然而，最新研究表明，进一步加大EGR直到理论空燃比附近，可以实现NOx和微粒同时递减，即所谓无烟低温燃烧。但这种燃烧方式带了HC和CO排放增加的问题。并且这种最新燃烧技术基本上处于研究阶段，还没有广泛普及应用。

关于后处理系统，目前基本上有两种方案：一种应用EGR来尽量降低NOx排放，然后用微粒捕捉器(DPF)来过滤排气中的微粒物质；另一种应用超高压燃油喷射，从燃烧的角度来解决微粒排放问题，然后应用尿素可选择催化还原技术来除去NOx排放。两种方案各有其优缺点。现在，材料选择、内部几何形状设计等对其的各种改进多种多样，但是，因为柴油机排气温度较低，所以无论哪一种方案都需要通过膨胀冲程或是排气管喷射燃油，然后用上流设置氧化催化剂进行催化燃烧，提高催化剂活性。另外，无论哪一种方案都会受到燃油质量的影响，比如燃油含硫量会导致催化剂中毒，降低其活性。

控制管理系统是核心

以上简单介绍了几项应用到现代柴油发动机上的最新技术，而处于核心地位的则是控制管理系统。如果没有计算机控制技术及传感器技术的进步和发展，上面几项技术的应用则无从谈起。中心处理单元必须时刻监视排气压力、温度、各成分浓度、发动机转速、凸轮轴转速、驾驶者的命令要求等，然后发出正确的命令，选择正确的进气压力、适当的EGR量、精确的燃油喷射量、喷射时期、喷射次数等，从而实现最优动力性能、最好燃油经济性、最清洁排放水平。

随着经济的高速增长，个人拥有汽车数量的急剧增加，我国正面临着能源问题的严峻挑战，政府也竭力在世界各地寻找能源供给以保障能源安全。而另一方面，我国能源利用效率同发达国家比还处于相当低的水平，从自身寻找能源，即节能成为当务之急，柴油机同汽油机相比无疑可以更加节能。