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浅谈柴油发动机技术的那些故事高压共轨技术

2021年12月15日 常德机械设备网

柴油发动机自研发至今,已经深深地融入到了我们的生活当中。无论是在我们所从事的工程机械设备领域,还是在车辆、船舶等其他领域都得到了大量的应用。

而柴油机的燃油输送技术也由早期的直列泵燃油输送系统,发展到了如今电子控制的燃油共轨系统。不仅消除了老式柴油机噪音大、冒黑烟的缺点,还有效的降低了柴油机在工作过程中对环境的污染,保护了环境。

如今,各大工程机械厂商的主流设备上均使用了先进的电控柴油发动机,并且根据国内市场的具体使用环境进行了优化。

而厂商在设备上使用的电控发动机的品牌及种类又不尽相同,比如我们常见的共轨系统、单体泵系统,而这些系统具体的工作原理是什么,自身的优缺点在哪里呢?今天,小编就带着您一起来聊聊电控柴油机的那些事儿。

柴油发动机直喷时代

柴油发动机最早有鲁道夫•狄塞尔(RudolfDiesel)研制并生产,并经后人不断改良,并发展新技术,逐步发展到了如今的先进水平。

柴油发动机从20世纪初,开始进入直喷时代,并且进入突飞猛进的发展阶段。柴油机生产厂商开始在如何提高柴油发动机燃油效率及动力性能方面进行了重点投入与研发,并取得了丰厚的技术积累,为今后柴油机技术的发展奠定了良好的基础。

1908年ProsperL’Orange和Deutz公司合作,共同研制出第一台可以精准控制喷油量的高压泵系统以及采用针阀结构的喷油器。而这也是现在我们所常用的柴油发动机喷油器结构及高压泵结构的原型。

1919年,康明斯研制出自己的第一台柴油发动机,以替代人工来驱动简单的农业设备。

而卡特彼勒也从20世纪30年代开始为自家拖拉机研制柴油发动机,以满足日益增长的市场需求,并紧追由科技进步所推动的时代变革的脚步。

二次世界大战爆发前期,各国开始将柴油发动机大量运用在坦克、飞机以及飞艇等军事装备上,由此柴油机进入了军事领域,至今仍是各国军队地面主战装备的首选动力。

当二战爆发后,各参战国开始为了提升自身的军事装备的实力,开始大量生产用于驱动武器装备的柴油发动机,同时也刺激了柴油发动机工业技术的积累与发展。

但为了保证战争消耗的需要,各大厂商全力生产以保证前线的需求,所以使用新技术的发动机并未投入实际的生产过程中,而是停留在了纸面上。

到了二战后期,随着盟军在各战场取得连续胜利,轴心国的败局已定,各厂商的生产环境的变化,使得他们有时间来讲当时只停留在纸面上面的想法来变成现实了。

1943年康明斯(Cummins)研制成功共轨系统(common-rail),并且取得专利。

1976年至1992年,康明斯联合苏黎世联邦理工学院共同研发新一代共轨喷射系统。

1993年沃尔沃研制出泵喷嘴(unitinjector)燃油系统,并在装配在自家卡车上进行了率先使用。

1994年博世(Bosch)研制成功柴油机单体泵(unitpump)燃油系统,通过上面的介绍我们可以了解到,现在工程机械及其他领域使用的柴油发动机上应用的燃油共轨系统,早在20世纪40年代就已经研制出来,并在70年代进行了改进与完善。

但受制于当时电子控制技术的发展限制,和上个世纪时,人们并未像如今这样如此关注能源、污染等问题,所以燃油共轨系统并未得到大批量的生产与推广。

高压共轨柴油直喷技术

高压共轨柴油直喷技术(CommonRailDirectInjection,缩写:CRDI)。全球以罗伯特·博世有限公司,德尔福汽车系统,电装公司,和西门子威迪欧(现由大陆集团独资)为现代(modern)共轨系统的主要供应商。

柴油共轨技术的使用最大限度地降低了柴油发动机所产生的振动和噪音,同时进一步降低油耗,降低尾气中有害颗粒物含量,减小污染。

而传统柴有发动机最大的诟病就是在工作过程中噪音大,振动大。柴油发动机噪音的产生,主要由于发动机在燃烧过程当中,经历的速燃期过程所产生的。而直接影响速燃期燃烧稳定的,就是速燃期之前,即喷油器开始喷入气缸的过程中,至燃油开始燃烧时,所经历的备燃期。

而传统的直喷发动机喷油器,在高压泵压力建立并达到喷油器设定的压力值后,直接开启喷油器针阀,将燃油“一股脑”的全部喷入到气缸当中,导致气缸内混合气浓度过高,从而造成速燃期内发动机工作粗暴,也就是常说的噪音大,“哆嗦”。

由于为了保证高压共轨系统能够高效精准的控制,对燃油及保养周期的要求采取了更高的要求,使得高压共轨系统在适应性极强的直喷系统面前,显得有些“娇贵”。

近些年来,国际各大厂商由于受到石油危机及不断升级的发动机排放标准的影响,逐步的开始在自家设备上装备使用电控系统的柴油发动机,以适应政策及环境标准的变化。例如国内知名的进口挖掘机型号,如:卡特彼勒CAT320D,小松PC200-8,沃尔沃EC240BP,日立ZX240-3,所使用的均为高压共轨燃油系统。

而这些机型又都是厂商在国内乃至全球的主打机型。但限制于国内油品质量的问题,导致了这些大牌厂商中,采用高压共轨系统的机械设备故障率较高,使得电控发动机的各项优势无法施展出来,令“电喷车”在国内遇冷。

面对电控发动机在国内市场的境况,卡特彼勒和日立建机根据中国市场需要迅速的调整战略,面向中国市场各自推出了全新的改款机型,CAT320D2以及日立ZX240-5G。而这两台改款机型均采用了直喷发动机,以应对国内燃油的品质问题。

但是在国际大环境下,国际各大工程机械厂商早已开始面对日益严峻的环保问题,并想法设法“应付”每年都在提升的排放标准时,不知面向国内销售的进口、合资、国产机型逆势推出为了迎合市场的“直喷车”时,我们的工程机械行业是否还能健康、长效的发展。其中的问题,还是交给决策者们去解决吧。

随着技术的不断进步,相信会有更多先进的技术运用在柴油发动机上,运用在工程机械设备上,让设备能够创造更多价值。

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