柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。它是由德国发明家鲁道夫·狄塞尔（RudolfDiesel）于1892年发明的，为了纪念这位发明家，柴油就是用他的姓Diesel来表示，而柴油发动机也被称为狄塞尔发动机。柴油发动机的优点是功率大、经济性能好。柴油发动机工作时进入气缸的是空气，气缸中的空气压缩到终点时，温度在500-700oC，压力40—50个大气压。
柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方，每 个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个行程。但由于柴油机用的燃料是柴油，其粘度比汽油大，不易蒸发，而其自燃温度却较汽油低，因此可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。不同之处主要是，柴油发动机气缸中的混合气是压燃的，而不是点燃的。柴油发动机工作时进入气缸的是空气，气缸中的空气压缩到终点时，温度可达500-700℃，压力可达40—50个大气压。活塞接近上止点时，供油系统的喷油嘴以极高的压力在极短的时间内向气缸燃烧室喷射燃油，柴油形成细微的油粒，与高压高温的空气混合，可燃混合气自行燃烧，猛烈膨胀，产生爆发力，推动活塞下行做功，此时的温度可达1900-2000℃，压力可达60-100个大气压，产生的功率很大，所以柴油发动机广泛的应用于大型柴油设备上。
传统柴油发动机的特点：热效率和经济性较好，柴油机采用压缩空气的办法来提高空气温度，使空气温度超过柴油的自燃点，这时再喷入柴油、柴油喷雾和空气混合的同时自己点火燃烧。因此，柴油发动机无需点火系统。同时，柴油机的供油系统也相对简单，因此柴油发动机的可靠性要比汽油发动机的好。由于不受爆燃的限制以及柴油自燃的需要，柴油机压缩比很高。热效率和经济性都要好于汽油机，同时在相同功率的情况下，柴油机的扭矩大，最大功率时的转速低，适合于载货汽车的使用。
但柴油机由于工作压力大，要求各有关零件具有较高的结构强度和刚度，所以柴油机比较笨重，体积较大；柴油机的喷油泵与喷嘴制造精度要求高，所以成本较高；另外，柴油机工作粗暴，振动噪声大；柴油不易蒸发，冬季冷车时起动困难。 由于上述特点，以前柴油发动机一般用于大、中型载重货车上。小型高速柴油发动机的新发展：排放已经达到欧洲III号的标准。传统上，柴油发动机由于比较笨重，升功率指标不如汽油机(转速较低)，噪声、振动较高，炭烟与颗粒(PM)排放比较严重，所以一直以来很少受到轿车的青睐。特别是小型高速柴油发动机的新发展，一批先进的技术，例如电控直喷、共轨、涡轮增压、中冷等技术得以在小型柴油发动机上应用，使原来柴油发动机存在的缺点得到了较好的解决，而柴油机在节能与CO2排放方面的优势，则是包括汽油机在内的所有热力发动机无法取代的，成为“绿色发动机”，
上世纪50年代，中国开始了第一个“一五”发展计划，河南柴油机厂是当时苏联援华兴建的156个重点工程项目之一。河南柴油机厂当时主要用于生产农业机械柴油机、小型船舶柴油机，前来援助的苏联技术专家们对这个小厂并未太过注意，培养了一批中国技术工人，留下几套苏制柴油机样品、技术图纸后就匆匆离去了。但是他们做梦也不会想到，当年这个不起眼的小厂日后会成为俄罗斯海军的救命稻草。
柴油用英文表示为Diesel，这是为了纪念柴油发动机的发明者――鲁道夫·狄塞尔（RudolfDiesel）。
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汽机效率极低，萌发了设计新型发动机的念头。在积蓄了一些资金后，狄塞尔辞去了制冷工程师的职务，自己开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（他用于实验的是花生油）。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。
像所有伟大的发明家一样，狄塞尔的前进道路上困难重重。实验证明，植物油燃烧不稳定，成本也太高，难以承担狄塞尔的“重任”。好在当时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。压燃式发动机的结构强度始终是个难题。一次实验中，汽缸上的零件象炮弹碎片一样四处飞散，差点儿造成人员伤亡。实验不顺利，狄塞尔的资金也渐渐耗尽。他不得不回到制冷机工厂谋生。但狄塞尔没有向困难屈服，他利用业余时间继续实验，一步步完善自己的机器。
1892年，狄塞尔终于研发出一台实用的柴油动力压燃式发动机。这种发动机功率大，油耗低，可使用劣质燃油，显示出辉煌的发展前景。狄塞尔随即投入到柴油机生产的商业冒险中。不幸的是，作为优秀的工程师，狄塞尔缺乏商业头脑。他在经济上渐渐陷入困境。1913年狄塞尔已处于破产的边缘。这一年夏天，狄塞尔在乘坐英吉利海峡的渡轮时，突然失踪，据认为是投海自杀。但狄塞尔发明的柴油机，在汽车、船舶和整个工业领域得到越来越广泛的发展。
1976年，德国大众首先在高尔夫轿车上采用柴油发动机；
1989年，德国大众高尔夫柴油车获得“低排放车”的称号。同年大众从Fiat的研发机构获得部分技术，制造出第一台带有增压、直喷技术的5缸发动机R5 TDI，这台发动机被放在奥迪100车型上使用。
1990年，德国大众正式推出增压、直喷系列柴油机TDI，从此德国大众在柴油动力技术的开发和应用上一直走在世界的前沿；
1993年，开发出4缸涡轮增压直喷柴油发动机（TDI）；
1995年，开发出自然吸气式直喷（SDI）柴油发动机；
1995年，开发出变截面涡轮增压器VGT；
1998年，开发出泵喷嘴（Pumpe Düse）技术；
1999年，开发出百公里油耗3升的路波轿车柴油动力。而一升级柴油动力轿车的出世创造了百公里油耗0.99升的记录，成为世界上最省油的轿车。发动机采用铝制自然吸气式单缸柴油机，采用了先进的高压直接喷射技术，排量为0.3升；
2002年，一汽-大众率先将捷达SDI轿车投放中国市场；
2004年，一汽-大众引入TDI技术。
柴油发动机应用广泛，处在所属产业链的相对核心的位置。在过去十多年的发展中，柴油发动机生产业形成了一系列的配套企业，很多的柴油发动机企业更多充当了总成装配者的角色，而柴油发动机的一些关键的零部件：曲柄连杆、活塞、气缸套、凸轮已交由专业公司生产。专业化分工使得柴油发动机厂商能更加集中自身的优势，专注于柴油发动机的设计的和制造。
柴油发动机主要用于最终配套产品，比如大功率高速柴油机主要配套重型汽车、大型客车、工程机械、船舶、发电机组等。因此，柴油机行业的发展在很大程度上取决于相关终端产品市场情况。
在农用柴油机领域，发展中国家的市场增长将弥补发达国家的市场滑落，全球人口的快速增长，以及老旧设备的更新换代都对农业机械有较大需求，全球农用柴油机市场将呈现高速增长。在航空发动机领域，发动机产业是航空工业的核心细分子行业，未来发展前景非常广阔。综合以上对各领域的分析，我们认为，全球柴油发动机将保持8%的速度稳步向前发展。
60年后的今天，当年的河南柴油机厂已经改名为河南柴油机重工有限责任公司，是中国国内唯一的轻型高速大功率柴油机研发生产基地，其研发的620V系列柴油机是在德国柴油机基础上经过消化吸收后的技术创新产品，远销东欧、南美、非洲、东南亚多个国家，是世界一流的柴油机研发生产单位。
柴油发动机的工作过程其实跟汽油发动机一样的，每个工作循环也经历进气、压缩、作功、排气四个行程。
柴油机在进气行程中吸入的是纯空气。在压缩行程接近终了时，柴油经喷油泵将油压提高到10MPa以上，通过喷油器喷入气缸，在很短时间内与压缩后的高温空气混合，形成可燃混合气。由于柴油机压缩比高（一般为16-22），所以压缩终了时气缸内空气压力可达3.5-4.5MPa，同时温度高达750-1000K（而汽油机在此时的混合气压力会为0.6-1.2MPa，温度达600-700K），大大超过柴油的自燃温度。因此柴油在喷入气缸后，在很短时间内与空气混合后便立即自行发火燃烧。气缸内的气压急速上升到6-9MPa，温度也升到2000-2500K。在高压气体推动下，活塞向下运动并带动曲轴旋转而作功，废气同样经排气管排入大气中。
普通柴油机的是由发动机凸轮轴驱动，借助于高压油泵将柴油输送到各缸燃油室。这种供油方式要随发动机转速的变化而变化，做不到各种转速下的最佳供油量。
共轨喷射式供油系统由高压油泵、公共供油管、喷油器、电控单元（ECU）和一些管道压力传感器组成，系统中的每一个喷油器通过各自的高压油管与公共供油管相连，公共供油管对喷油器起到液力蓄压作用。工作时，高压油泵以高压将燃油输送到公共供油管，高压油泵、压力传感器和ECU组成闭环工作，对公共供油管内的油压实现精确控制，彻底改变了供油压力随发动机转速变化的现象。其主要特点有以下三个方面：
1．喷油正时与燃油计量完全分开，喷油压力和喷油过程由ECU适时控制。
2．可依据发动机工作状况去调整各缸喷油压力，喷油始点、持续时间，从而追求喷油的最佳控制点。
3．能实现很高的喷油压力，并能实现柴油的预喷射。
相比起汽油机，柴油机具有燃油消耗率低（平均比汽油机低30%），而且柴油价格较低，所以燃油经济性较好；同时柴油机的转速一般比汽油机来得低，扭矩要比汽油机大，但其质量大、工作时噪音大，制造和维护费用高，同时排放也比汽油机差。但随着现代技术的发展，柴油机的这些缺点正逐渐的被克服。
工作条件：柴油机工作时，内部曲柄连杆机构直接与高温高压气体接触，曲轴的旋转速度又很高，活塞往复运动的线速度相当大，同时与可燃混合气和燃烧废气接触，曲柄连杆机构还受到化学腐蚀作用，并且润滑困难。可见，曲柄连杆机构的工作条件相当恶劣，它要承受高温、高压、高速和化学腐蚀作用。
组成：曲柄连杆机构的主要零件可以分为三组，机体组、活塞连杆组和曲轴飞轮组。
功用：曲柄连杆机构是柴油机实现工作循环，完成能量转换的传动机构，用来传递力和改变运动方式。工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。
美国德尔福宣布开发出了可更准确检测出机油状态的柴油发动机机油传感器。该传感器通过检测机油的状态来确定机油更换时间，比根据行驶周期进行推算，可大幅度延长更换机油和过滤器的时间间隔。新传感器除测定原来的粘度和介电率外，还测定煤烟含量和燃料对机油的稀释度，从而能更准确地检测出机油状态。将于2009年开始面向卡车厂商量产。
由于柴油发动机引擎控制使用多个后喷射的情况增多，经由活塞环掺入机油而稀释机油的燃料量不断增加，这样很容易降低机油的润滑性和粘度。另外，煤烟通过EGR（排气再循环）混入机油的量增加，导致添加剂效果降低、机油粘度升高。由于只测定粘度，容易受这两个相反因素的影响，难以准确掌握机油的恶化程度。
燃料对机油的稀释度，可通过改进过的粘度测定系统根据对流时间进行测定。另一方面，煤烟的含有量可通过检测出的介电率变化进行推算。该传感器可测定机油温度和机油量，设想安装于机油箱底壳或引擎体上，外形设计为小尺寸。
该传感器除可用于商用卡车柴油发动机外，还可用于大型SUV和皮卡车等轻型车柴油发动机以及工业用柴油发动机等。
而60年后的俄罗斯海军已经失去了苏联红海军的发展势头，苏联解体后继承了大部分海军家底的俄罗斯海军，表明上看还是一只规模庞大的舰队。但是俄罗斯经济低迷加之许多造船厂、设计局独立到其它国家，技术人员流失也非常严重，俄罗斯海军不仅无力建造新的水面舰艇，就连现存的舰艇也因为缺乏保障而大批封存报废。直到2008年后，俄罗斯经济缓慢复苏，俄海军这才开始进行舰艇补充计划。由于暂时不具备建造大型驱逐舰的技术条件，俄罗斯计划从小型护卫舰开始，慢慢补充海军战力。
汽油发动机一般将汽油喷入进气管同空气混合成为可燃混合气再进入汽缸，经火花塞点火燃烧膨胀做功。人们通常称它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷油咀将柴油直接喷入发动机气缸，和在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压下自燃，推动活塞做功。人们把这种发动机通常称之为压燃式发动机。
汽油机汽车具有转速高（轿车用汽油机转速可高达5000—6000转/分，货车用汽油机达4000转/分左右）质量轻、工作时噪声小、起动容易、制造和维修费用低等特点，故在轿车和中、小型货车及军用越野车上得到广泛应用。其不足之处是燃油消耗较高，因而燃油经济性较差。柴油机汽车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右，所以燃油经济性较好。7升柴油轿车比1.6升汽油轿车每百公里可节约2升油。一般货车大都采用柴油机。柴油机的弱点是转速较汽油机低（一般最高转速在2500—3000转/分左右）、质量大、制造和维修费用高（因为喷油泵和喷油器加工精度要求高）。它的应用范围正在向中、轻型货车扩展。国外柴油轿车也有很快的发展，其最高转速可达5000转/分。
通常，柴油发动机与汽油发动机相比热效率高出30%，因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机轿车的推广使用具有重大意义。柴油发动机与汽油发动机相比具有功率大，寿命长，动力性能好的特点，它排放产生的温室效应比汽油低45%，一氧化碳与碳氢排放也低，在整车的使用寿命期氮氧化合物排放略大于汽油机。柴油机的不足之处是有害颗粒物排放大，柴油发动机采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等先进技术，柴油发动机汽车的排放已达到欧III、欧IV排放标准。在欧洲，柴油轿车比较普及，随着环保与节能可持续发展的严格要求，今后汽车，特别是柴油小轿车将是一个发展趋势。我国一汽大众已经开发出捷达、宝来柴油轿车，并已在国内部分城市上市。
汽车在一定的使用条件下，以最小的燃料消耗量完成单位运输工作的能力称为汽车的燃料经济性。汽车燃料经济性是汽车的主要使用性能之一。通常，燃料的消耗费用占到汽车运行费用的37%左右。影响汽车燃料经济性的主要因素有：从汽车本身讲，首先要提高发动机的热效率、进气效率和降低摩擦损失。其次要减少车身重量，减少空气阻力，减少车轮的滚动阻力。第三，提高传动效率，合理匹配变速比。从使用方面讲，不同等级的路面跑起来耗油不同。交通拥挤、堵塞严重的状况与畅通行驶的耗油完全不同。风、雨、气候变化对汽车的耗油量都有影响。驾驶者的技术对耗油水平也有很重要的作用。影响汽车燃料油经济性的因素十分多，其中最主要的还是汽车发动机本身。
柴油发动机不仅在CO2的排放上已经远远领先汽油发动机，而且在不久的将来燃料中的含硫量也将少于汽油发动机。一直以来，汽车尾气都被认为是引发温室效应的重要原因之一。而美国和中国则被认为是CO2排放量最大的两个国家。
据调查，2004年欧洲汽车市场上有将近一半新车使用的都是新型的绿色柴油机。而在美国路上行驶的汽车中，却只有1%使用的是柴油发动机。原因很简单，美国消费者拥有世界上最低的汽油价格。但是现在美国本土市场的汽油价格接近于历史同期的最高水平，这就使得美国消费者不得不转而去关注那些能为他们省钱的经济型轿车。
在美国的汽车市场上只有两款车使用的是柴油发动机。随着汽油价格的不断上涨，已经有13款柴油车出现在美国的汽车市场，而到了2006年又将有6款新车上市。届时使用柴油发动机的汽车种类将达到近20种。
布什总统关于柴油发动机文件的签署为今后柴油车指明了前进的方向。美国的政策制定者和消费者已经发现柴油车是一个不错的选择。对于中国来说柴油车同样是一个不错的选择。在市场机制条件下，使用柴油发动机的汽车将会拥有更广阔的前景。
但是随着俄罗斯军事介入乌克兰克里米亚地区冲突，俄罗斯被乌克兰和西方国家联合制裁，11356、22380型护卫舰的燃气轮机动力被乌克兰禁售，21980、21630小型护卫舰的柴油机动力被德国禁售。俄罗斯新造的舰船面临缺少动力集体趴窝的窘境，甚至于有3艘11356型护卫舰被迫转卖给印度。新舰迟迟无法投入服役严重影响了俄罗斯海军的战略规划，为此俄罗斯一方面加紧研制国产燃气轮机，解决大型护卫舰的动力问题，而小型护卫舰的动力问题则求助于中国。
笨重、噪音大、喷黑烟，令许多人对柴油机的直观印象不佳，经过多年的研究和新技术应用，现代柴油机的现状已与往日不可同喻。现代柴油机一般采用电控喷射、共轨、涡轮增压中冷等技术，在重量、噪音、烟度方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。
在电控喷射方面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是控制空燃比（汽油与空气的比例），而柴油机的电控喷射系统则是通过控制喷油时间来调节负荷的大小。
柴油机电控喷射系统由传感器、ECU（控制单元）和执行机构三部分组成。其任务是对喷油系统进行电子控制，实现对喷油量以及喷油定时随运行工况的实时控制。采用转速、温度、压力等传感器，将实时检测的参数同步输入计算机，与ECU巳储存的参数值进行比较，经过处理计算按照最佳值对执行机构进行控制，驱动喷油系统，使柴油机运作状态达到最佳。
为了使负荷调节更加精确，产生了共轨技术。柴油机的涡轮增压器已作过介绍。至于增压中冷技术就是当涡轮增压器将新鲜空气压缩经中段冷却器冷却，然后经进气歧管、进气门流至汽缸燃烧室。有效的中冷技术可使增压温度下降到50℃以下，有助于减少废气的排放和提高燃油经济性。
在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有千分之几秒，实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在主喷射之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象，由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物（HC）的排放量，油耗增加。
此外，每次喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化的缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。 共轨技术是指高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化，因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，喷油量大小取决于燃油轨（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。
如果说柴油机在重型机械上得到应用是狄赛尔的无心插柳，那么电控技术使柴油机回到了轿车领域才真正让狄赛尔得偿夙愿。
如果想把柴油机引入轿车领域，那么必须解决柴油的排放和振动问题。实际上，柴油机排气中CO和HC比汽油机少得多，NOx排放量与汽油机相近，只是排气微粒较多，这与柴油机燃烧机理有关。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。经过研究发现：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均直接影响燃烧过程的进展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的喷入约为1-2毫升的预喷油量，从而使燃烧室被加热，缩短了随后进行的主喷射的着火延迟期。于是温度与压力上升减缓，降低了燃烧噪声水平和NOx。70年代以后，博世公司把电控汽油机喷射技术引用回柴油机，从而让柴油机的发展和使用进入了一个新纪元。
最先出现的电控喷油泵技术，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，这很符合发动机的要求(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级别车)。
话说到这里，柴油机话题快告一段落了，但柴油机的故事肯定还没有讲完，因为人们越来越发现柴油机的无穷魅力：高扭矩、高寿命、低油耗、低排放，柴油机成为解决汽车能源问题最现实和最可靠的手段。狄赛尔肯定没有想到当年他那个没人问津的丑小鸭，但可以让狄赛尔感到欣慰的是，每当打开这些车的发动机盖，都会看见一个名字——Diesel。
2014年俄罗斯从中国的河南柴油机重工厂购买了数台TBD620V12柴油机，装备在21980型导弹快艇上。紧接着2015年俄罗斯又采购了该厂的8台CHD622V20柴油机，装备在21630“暴徒”级护卫舰上，让该型舰得以迅速投入服役。当年苏联专家不经意间扶持出来的小柴油机厂，如今已经成为俄罗斯最重要的舰艇动力来源地。
