柴油机作为一种典型的内燃机，采用的气体动力循环是定压加热理想循环，即狄塞尔循环，从而实现将燃料燃烧所释放的热能转化为机械能输出。然而在实际的运行过程中，由于各种损耗的影响，实际循环效率低于理想循环的热效率。为了提高柴油机的热效率改善柴油机的性能，针对柴油机的优化设计已经成为了动力机械领域的重要的研究方向。柴油机的设计需要许多学科交叉，例如：工程热力学、传热学、机械原理、动力学、流体力学、摩擦学等等，因此需要从不同方面来优化柴油机的性能。从内燃机动力学的角度出发，着重于提高内燃机的热效率，降低油耗率，以实现节能的目的。从燃烧学的角度出发，着重于降低内燃机的有害气体的排放，以实现环保的目的。从摩擦学的角度出发，着重于改善零部件的结构形状，减少摩擦引起的机械损伤，延长零部件的使用寿命。84551

在工程设计过程中，通常采用的设计方法是试凑法。其思路是参考一些成熟的设计范例，依靠经验和判断对柴油机的总体布置、材料选取、零部件的结构、尺寸、工艺等进行初步设计；然后再对其进行校核，检验是否符合设计标准，倘若不能满足设计要求，则需要进行修改和调整设计参数；经过反复校核、调整，直到满足设计要求为止。这种方法是具有迭代性质的，在传统的设计中经常被采用。但是由于所得到的设计结果仅仅只是可行的，而不是最佳的设计结果。所以，有必要对设计方案进行优化，经常使用的优化方法是利用计算机和优化计算方法相结合，从而得出最佳的设计方案。在优化设计的过程中常常会遇到各个学科相互联系、相互影响及耦合，这对柴油机的优化设计数学模型的建立和求解带来了很大困难。在柴油机活塞设计中就存在热-机耦合，因此需要从两个角度来对活塞进行强度校核。由于活塞结构较复杂且承受较大的工作载荷，采用有限元或者边界元分析计算是优化设计必须面临的问题。在柴油机活塞的优化设计中，在满足给定的设计参数的条件下，同时考虑机械应力和热应力，设计活塞的尺寸、结构等，实现对应力集中的缓解。论文网

由于柴油机相比于汽油机，具备热效率更高、能量利用率更好且更加节能的优点，因此被广泛应用于舰船动力、火力发电、车辆动力等工业领域。在当代社会，人们更加注重对环境的保护，为此各种各样的节能减排，减震抗噪技术应运而生。在降低排放方面，国外柴油机设计中采用了共轨与四气门技术、涡轮增压技术、中冷技术，高压喷射和电控喷射技术，排气再循环（EGR）技术，后处理技术，从而有效地降低碳烟颗粒、HC和NOx的排放并且提高了效率。柴油机活塞设计及优化流程

我国柴油机产业相比国外起步较晚，从上世纪80年代至今也获得了较大的进步。通过引进一批国外先进机型柴油机及技术，国内的柴油机技术水平已提高到国外八九十年代水平。近年来，国内部分采用先进排放控制技术的柴油机已经符合欧I排放标准，一些机型甚至能够符合欧II排放标准。但我国柴油机产业的整体发展仍面临着许多难题。我国柴油机设计的水平仍然很低，尤其是船舶柴油机，很大一部分依靠引进国外专利，尽管能够自主生产制造一些柴油机的零部件，但是核心零部件的生产水平仍然落后于欧美发达国家。此外，每年生产制造柴油机所花费的成本很大一部分是国外的专利许可费。这些因素很大程度上制约了我国发动机事业的发展。所以我国柴油机的发展事业仍然有很长一段路要走。