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柴油引擎，可以说是2004年以来，台湾汽车市场最热门的话题之一。而随着油价的不断垫高，柴油引擎省油的特性，让其在市场上更受欢迎。
柴油引擎，在过去的台湾市场之中，一直是普罗大众所感到陌生的。柴油引擎由于容易排放黑烟而受到排放污染的限制，因此在民国69年法规更改之后，柴油小客车便在台湾市场绝迹了近20年的时间。
而在台湾对于柴油小客车采取限制的同时，柴油引擎省油、低转速大输出的特性，一直为国际车厂所喜欢，也成为都市区生活最适合的动力系统选择。在数十年的研发之后，国际车厂已开发出各方面均不逊于汽油引擎的产品，使其不论在性能、排放等表现上，均与汽油引擎平分秋色，而在柴油炼制成本较低的情形之下，柴油引擎更是受到先进国家消费者的喜爱，甚至连高价位的豪华车款，亦纷纷搭载了柴油引擎，其表现的优异可见一般。
而台湾在2002年加入WTO之后，柴油小客车的相关法令，也终于配合修改，让柴油小客车可以正式重回台湾市场。究竟柴油引擎与大家所熟悉的汽油引擎之间有什么不同呢？
一.柴油引擎的历史
1.内燃机的崛起
在机械工程学的定义中，凡利用热能而产生动力的机械，统称为热机(Heat Engine)。而热机又分为内燃机与外燃机两大类，燃料在热机内部燃烧产生热能，再将热能转变为机械动力者，皆称为内机，如汽油引擎、柴油引擎、燃器涡轮机等。而燃料在热机外燃烧者称为外燃机，如蒸气机。
在一般常见的引擎中，又分为利用点火器(如火星塞)点火的火花点火(SI)引擎，及利用高压高温空气使燃料燃烧的压缩点火(CI)引擎。汽油引擎属于火花点火引擎，柴油引擎则属压缩点火引擎。
十八世纪末期，瓦特(James Watt)发明了蒸气机促使了英国第一次的产业革命，也改变了人类的生活方式，使人们由自身劳力或兽力转而利用机械动力。一百年后(1876年)，德国人奥图(Nikolaus Otto)发明了第一具四行程内燃引擎，随后(1887年)，戴姆勒(Daimler)将四行程引擎成母野峏颡T车上。西元1892年，德国工程师狄赛尔(Rudolf Diesel)发明了燃烧效率较高的非火花点火引擎，并取得专利，这是内燃机发展的一个新里程碑。
2.柴油引擎的发展
Rudolf Diesel(1858-1913)，另辟奚径，在Otto循环引擎之外，开创柴油引擎的世界。
在奥图发明了第一具四行程内燃引擎后，当时钗h工程师都致力于内燃机的发展，但是多以火花点火引擎为发展方向，如Mercedes-Benz的创办人戴姆勒，正是将汽油引擎应用于车辆的始祖。但由于当时点火装置技术并不成熟，狄赛尔便以空气压缩使温度升高的理论，朝向压缩点火方向发展内燃机技术。也就是先将汽缸内的空气压缩至高温，再将燃料注入燃烧室，燃料因高温高压而自燃，产生引擎所需动力。
由于要将空气加温至燃料的燃点温度，需要极大的压力，当时的燃油—汽油在如此高温高压下，会产生猛烈的爆震，所以狄赛尔必须发展不同的燃油，他甚至曾经尝试使用植物油，而最后选定了当时最不受重视的柴油。柴油因不易点燃不能作为火花点火引擎燃料，并且柴油点燃后会产生黑烟，也不能像煤油般作为照明燃料，所以在那时不受重视。但是柴油安定不易爆震的特性，正好可作为压缩点使用。
经过将近二十年的研发，第一具压缩点火引擎于1892年问世，同年，狄赛尔也取得此项技术专利。由于狄赛尔的柴油引擎在发展初期技术尚未成熟，尽管它有不错的热效率及省油性，在当时却很难与技术以达成熟的汽油引擎竞争，然而狄赛尔却仍将他推入市场中，导致他所贩售的20台柴油引擎一一招致退货，并且在往后一段时间，人们都无法接受柴油引擎。而失意的狄赛尔也于1913年10月29日于船上投海自尽
柴油引擎在沈寂了一段时间后，美国Cummins公司在1924年时，将供油喷射泵应用于柴油引擎上，解决了当时狄赛尔以高压空气供油方式的不稳定运转，并首度将柴油引擎装于卡车上，奠定了车辆使用柴油引擎的基础。1936年，柴油引擎也搭载于Mercedes-Benz 260D，这也是柴油引擎应用于轿车的滥觞。
3.替代能源前合适的过渡方案
柴油引擎由于出力大而省油佳，但早期因噪音及黑烟的排放，所以多用于大型车辆及机具使用。而柴油引擎正因扭力大而省油的特性，也让欧洲钗h车厂致力改进以适用于小型车辆上。在共轨直喷与可精确供油的压电式喷嘴技术成熟后，柴油引擎更适合小行车使用。在寻求替代能源的现今，柴油引擎虽不是终极的解答，但是柴油引擎的省油特性，可作为十分合适的过渡方案。
二.柴油引擎运作原理
1.柴油引擎亦分二行程与四行程
在「柴油引擎的历史」中已经提过，有别于汽油的火花点火(SI)引擎，柴油引擎为压缩点火(CI)引擎。与汽油引擎一样，柴油引擎依其运转方式可分为四行程与二行程引擎。二行程柴油引擎可能大家较为陌生，但是当过装甲兵的读者，对于使用在M113运兵车及M109自走炮车上的六缸与八缸二行程柴油引擎，应该会有点印象。用在一般车辆上的柴油引擎，还是以四行程居多，所以本文还是以介绍四行程柴油引擎运作原理为主。
2.四行程柴油引擎的运作原理
柴油引擎是以压缩点火的方式，利用空气的高温点燃柴油，产生动力。
进气行程：
排汽门关闭而进气门打开。当活塞从上死点往下行时，仅有在进气歧管中之空气经由进气门被吸入汽缸中，此时并没有燃油进入汽缸内。
压缩行程：
在进气行程结束后，并当活塞从下死点开始往上走时，进气门即关闭并停止进气。在活塞上升的同时压力和温度便开始增加。在柴油引擎中，空气必需被压缩加热，直至它到达点火温度以上。
动力行程
当压缩行程接近终了时，喷油嘴将燃油以雾化方式喷出，经压缩加热后之空气即会点燃被雾化之燃油。在此结果下，汽缸内之压力将迅速上升并将活塞往下推，此推力变成让曲轴产生转动的力量。
排气行程
在燃烧过程结束后，并当活塞往下走接近下死点时，排汽门即会开启。当活塞再度往上行时，废气便经由排汽门、排汽歧管和消音器将废气排至大气中。
3.高压缩比与压缩点火
柴油引擎在机构元件方面，非常类似于汽油引擎的，但是汽油引擎主要是靠火星塞来点燃混合器，而柴油引擎则是纯粹导入空气并经具高压缩比(16~23:1)的汽缸容积来压缩空气，使所压缩的空气其温度迅速上升超过500℃，然后经由喷油嘴将柴油注入加以雾化，之后藉由已被压缩的空气所产生之高温来自行点燃雾化的柴油。因此柴油引擎不需使用点火系统，但它仍需要喷射泵浦和喷油嘴所组成的燃油喷射系统。
为什么可以靠压缩空气来点燃油气，而不需要火星塞呢？原因是当空气分子被导入汽缸压缩后，空气中之分子受到互相冲撞与摩擦，因而使分子移动速度被迅速地增加。空气分子加速表示已从外在吸收了能量，所以造成温度上升。然而要使汽缸内空气达能够点燃柴油温度，是需要很高压缩比的，所以高压缩比是柴油引擎必备的一大特性。
三.柴油引擎 vs 汽油引擎
柴油引擎与汽油引擎的应用与发展，至今已有一世纪之久，两种引擎各有其市场，也各有其应用领域。一般来说，柴油引擎因为它所产生的动力较大，而运转度较低，多半应用于船舶、重型车辆及大型机具；而汽油引擎因其体积与重量小，运转精致且适合高速运转，可应用于汽机车、割草机等小型机具及小型螺旋桨飞机等。
由于柴油引擎技术不断更新，越来越多轿车及商旅车采用小排气量的柴油引擎，到底柴油引擎车与汽油引擎车有什么不同呢？以下将就其机械特性与行车特性对柴油与汽油引擎做比较，而柴油引擎以目前广泛用于小型车的共轨直喷引擎为比较对象。
主流的四行程柴油引擎(图右)与四行程汽油引擎(图左)的设计极为类似，主要差别在于压缩点火与火星塞点火。新一代的柴油引擎大多采用共轨直喷引擎，而汽油引擎亦朝向缸内燃油直喷的方向发展。
四.各种柴油系统比较：直接喷射 vs 间接喷射
各种不同形式的柴油引擎除排气量的不同外，最大的差别在于其燃烧室及供油系统设计。柴油引擎依燃烧室设计不同，可分为直接喷射(DI)式及间接喷射(IDI)式。间接喷射又可分为预燃室型与涡流式型两大类。
1.直接喷射式：
直接喷射式柴油引擎将燃油直接注入汽缸之中。
直接喷射引擎之缸头燃烧室设计是平的，主燃烧室位于活塞上端锻造成之特殊的凹陷空间内，并经由处于凹洞中央处之多孔型喷油嘴来达成迅速将燃油喷入之目的。
优点：
燃烧室构造简单且表面积较小，热损失和耗油率低。
缸头构造简单，受热变形机会小。
引擎启动容易且不需预热塞。
燃烧室表面积的容积率小，冷却损失亦小。
缺点
对燃油之可燃性级数的要求较高。
需要较高的燃油喷射压力。
使用之多孔型喷油嘴价格较高。
喷油嘴微小的衰退会大大影响引擎的性能。
因其气流涡动较弱，空气的使用率较差，不适合在高转速运作。
2.预燃室型间接喷射：
预燃室型间接喷射柴油引擎，先在预燃室内产生点火，再点燃主燃烧室。
预燃室位于主燃烧室上方，在燃烧行程前期，喷油嘴将燃油喷入预燃室中产生局部燃烧，因而产生高温高压气体。随此压力，剩余之燃油经喷油嘴之油孔喷出并进入主燃烧室中，然后与涡动的空气混合来完全燃烧。预燃室型引擎，它的燃烧过程分两阶段完成，差别是在燃油与空气的混合系利用从预燃室所喷出的气流来完成。
优点
因燃油喷射压力相对较低(80~150bar)，燃油系统故障较率低且寿命较长。
对燃油可燃性级数要求较低。
操作上较宁静且不易发生爆震。
空气与燃油之混合状况较佳。
缺点
缸头构造复杂。
因预燃室的表面积容量大，所以冷却损失亦较大。
引擎启动困难且需预热系统。
需较大启动扭力，也就是需要高必v的启动马达。
耗油率较直接喷射式为高。
3.涡流型间接喷射：
涡流型间接喷射是介于直接喷射与预燃式间的设计。
涡流式型在压缩行程期间，空气流入涡流室，当燃油喷入时会产生强大的涡动效果，然后到达燃烧室。燃油点燃是藉着喷入涡流室的燃油，与空气混合时产生强烈的循环而发生。在预燃室型式中，燃油仅被局部点燃，但在涡论室型式中，所有的燃油均被完全点燃。因此，涡流室的容积占全部整个燃烧室容积达70~80%以上。涡流室型式之燃烧特性介于直接喷射式与预燃室型式之间。
优点
燃油与空气之混合状况较佳，引擎转速与平均有效压力可提升。
具更低的喷射压力。
因引擎的转速范围更广，引擎运转更平顺。
缺点
缸头构造复杂。
热效率较直接喷射式低。
在低速时容易发生爆震。
在引擎启动期间需要预热塞。
五. 各种柴油系统比较：柱塞式喷射泵浦系统 vs 共轨式喷射系统
柴油引擎的燃烧方式是将燃油喷入燃烧室中，并于燃烧室中之空气混合来产生自燃。因此，为达最大性能与平稳操作之情况，必须有适当的喷油量与喷油时间。同时，在喷入燃油之时必须要让燃油以雾化之形状来喷出以获取平顺的燃烧效果。简单的说，柴油引擎的供油系统必须在喷油量、喷油时间及燃油雾化三方面有准确的控制。
1.柱塞式喷射泵浦系统：
柱塞式喷射泵浦系统为传统柴油引擎所采用之供油系统，因为其制造技术成熟成本低，目前仍广为中大型柴油引擎采用。
柱塞式喷射泵浦系统为传统柴油引擎所采用之供油系统，目前仍广为中大型柴油引擎采用。
其作动方式是藉由供油泵浦将燃油自油箱吸至喷射泵浦内，喷射泵浦内有一凸轮轴，凸轮轴由引擎传动。凸轮轴转动使得凸轮依引擎旋转正时来压动控制各缸喷油压力的柱塞，以建立燃油压力，并将燃油藉高压油管输送至各缸喷油嘴，并将燃油注入汽缸内，而喷油嘴的启闭是由引擎凸轮轴所控制。因为是由引擎运转来驱动喷射泵浦，所以燃油压力会随着引擎转速的不同而改变。
柱塞式喷射泵浦系统虽广为柴油引擎采用，但因为其喷射泵浦是以机械方式驱动，无法依据引擎负荷状况提供精确的供油量；并且由于喷射泵浦至各缸的距离并不相同，使得输送至各缸的燃油压力不尽相同。这样的缺陷会降低引擎运转的精致性，并增加噪音、排污及油耗。
2.共轨式喷射系统：
新的共轨式柴油引擎，具有控制精准、重量轻等优势，能有效控制排放。
共轨式喷射系统是由高压泵浦将燃油加压，并输送至具有调压阀之共用油轨中，再由喷油嘴将油轨中的燃油注入汽缸中。目前应用于小型车及商旅车的共轨直喷引擎，是由引擎控制系统(ECU)来控制高压泵浦、调压阀及喷油嘴等元件之运作，使得燃油在极高的压力下，仍能依据当时之引擎负载及转速准确地调整喷油量，让引擎运转顺畅，并且运转噪音及排污量都较传统柴油引擎小了钗h。并且喷油泵浦体积及重量也较柱塞式喷射泵浦小，减轻不少引擎重量。
