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浅谈柴油发动机技术的那些故事 高压共轨技术

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【铁甲工程机械网原创】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,我们就带着您一起来聊聊电控柴油机的那些事儿。

柴油发动机最早有鲁道夫•狄塞尔(Rudolf Diesel)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。

鲁道夫-狄赛尔

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Prosper L\'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。

Prosper L\'Orange和他设计的高压泵原理图

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。

Clessie Cummins和他的第一台柴油发动机

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。

卡特彼勒第一台以柴油机为动力的拖拉机

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。

装配有容克205发动机的容克Ju 86轰炸机

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(unit injector)燃油系统,并在装配在自家卡车上进行了率先使用。

沃尔沃现在所使用的德尔福E3系列泵喷嘴

1994年博世(Bosch)研制成功柴油机单体泵(unit pump)燃油系统。

博世单体泵系统

2004年博世推出柴油机电控喷油器。同年,奔驰在自己的产品中率先使用了选择性催化还原(SCR)系统,而德国曼(MAN)则推出了采用带废气再循环系统(EGR)和微粒过滤器的柴油发动机,以满足全新的欧Ⅳ排放标准。

选择性催化还原(SCR)系统

微粒过滤器

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。