而卡特彼勒也從20世紀30年代開始為自家拖拉機研制柴油發動機,以滿足日益增長的市場需求,并緊追由科技進步所推動的時代變革的腳步。
卡特彼勒第一臺以柴油機為動力的拖拉機
二次世界大戰爆發前期,各國開始將柴油發動機大量運用在坦克、飛機以及飛艇等軍事裝備上,由此柴油機進入了軍事領域,至今仍是各國軍隊地面主戰裝備的首選動力。當二戰爆發后,各參戰國開始為了提升自身的軍事裝備的實力,開始大量生產用于驅動武器裝備的柴油發動機,同時也刺激了柴油發動機工業技術的積累與發展。
裝配有容克205發動機的容克Ju 86轟炸機
但為了保證戰爭消耗的需要,各大廠商全力生產以保證前線的需求,所以使用新技術的發動機并未投入實際的生產過程中,而是停留在了紙面上。
到了二戰后期,隨著盟軍在各戰場取得連續勝利,軸心國的敗局已定,各廠商的生產環境的變化,使得他們有時間來講當時只停留在紙面上面的想法來變成現實了。
1943年康明斯(Cummins)研制成功共軌系統(common-rail),并且取得專利。
1976年至1992年,康明斯聯合蘇黎世聯邦理工學院共同研發新一代共軌噴射系統。
1993年沃爾沃研制出泵噴嘴(unit injector)燃油系統,并在裝配在自家卡車上進行了率先使用。
1994年博世(Bosch)研制成功柴油機單體泵(unit pump)燃油系統。
2004年博世推出柴油機電控噴油器。同年,奔馳在自己的產品中率先使用了選擇性催化還原(SCR)系統,而德國曼(MAN)則推出了采用帶廢氣再循環系統(EGR)和微粒過濾器的柴油發動機,以滿足全新的歐Ⅳ排放標準。
通過上面的介紹我們可以了解到,現在工程機械及其他領域使用的柴油發動機上應用的燃油共軌系統,早在20世紀40年代就已經研制出來,并在70年代進行了改進與完善。但受制于當時電子控制技術的發展限制,和上個世紀時,人們并未像如今這樣如此關注能源、污染等問題,所以燃油共軌系統并未得到大批量的生產與推廣。
在簡要介紹了柴油機的一些發展歷程中,燃油噴射系統所經歷的一些“大事兒”后,我們接著來聊聊電噴發動機中,共軌系統的那些特點與技術。
高壓共軌柴油直噴技術
高壓共軌柴油直噴技術(Common Rail Direct Injection,縮寫:CRDI)。全球以羅伯特·博世有限公司,德爾福汽車系統,電裝公司,和西門子威迪歐(現由大陸集團獨資)為現代(modern)共軌系統的主要供應商。
柴油機共軌技術的主要優勢在于,它能夠將燃油噴射壓力的產生與噴射過程彼此完全分離。通過共軌管內的油壓來保證各噴油器擁有相同的燃油噴射壓力,使76噴射壓力不受發動機轉速的影響,從而保證發動機穩定、高效的運行。
柴油共軌技術的使用最大限度地降低了柴油發動機所產生的振動和噪音,同時進一步降低油耗,降低尾氣中有害顆粒物含量,減小污染。
而傳統柴有發動機最大的詬病就是在工作過程中噪音大,振動大。柴油發動機噪音的產生,主要由于發動機在燃燒過程當中,經歷的速燃期過程所產生的。而直接影響速燃期燃燒穩定的,就是速燃期之前,即噴油器開始噴入氣缸的過程中,至燃油開始燃燒時,所經歷的備燃期。而傳統的直噴發動機噴油器,在高壓泵壓力建立并達到噴油器設定的壓力值后,直接開啟噴油器針閥,將燃油“一股腦”的全部噴入到氣缸當中,導致氣缸內混合氣濃度過高,從而造成速燃期內發動機工作粗暴,也就是常說的噪音大,“哆嗦”。
而電噴系統,通過采用電子控制裝置,可以在主噴射之前(速燃期),進行預噴射(備燃期)。在主噴射之前百萬分之一秒內,將少量的燃油噴入燃燒室內,進行預燃,預熱燃燒室。在經過預噴射后,氣缸溫度已有所增加,再進行主噴射的壓燃就更加容易。由于缸內的燃燒溫度及壓力不是突然增加,從而有利于降低燃燒時所產生的噪音。而在緩燃期后再進行后噴射(后燃期),令燃燒后的廢氣進行二次燃燒,將缸內溫度增加200~250℃,從而降低了排氣中的碳氫化合物,保護了環境,減少了尾氣污染。
而現代(modern)的高壓共軌噴射的控制系統,是通過由各個傳感器,檢測發動機轉速,曲軸位置,凸輪軸位置,(也就是我們常說的一缸壓縮上止點),來判斷具體的噴油時刻,并根據具體的傳感器數據,經過發動機電腦板(EECU)處理后,給予各缸噴油器相應電流信號,以控制噴油器的噴油時刻及噴油量,使發動機能夠根據具體工況得到實時調節,滿足工作需求。
由于為了保證高壓共軌系統能夠高效精準的控制,對燃油及保養周期的要求采取了更高的要求,使得高壓共軌系統在適應性極強的直噴系統面前,顯得有些“嬌貴”。
近些年來,國際各大廠商由于受到石油危機及不斷升級的發動機排放標準的影響,逐步的開始在自家設備上裝備使用電控系統的柴油發動機,以適應政策及環境標準的變化。例如國內知名的進口挖掘機型號,如:卡特彼勒CAT320D,小松PC200-8,沃爾沃EC240BP,日立ZX240-3,所使用的均為高壓共軌燃油系統。而這些機型又都是廠商在國內乃至全球的主打機型。但限制于國內油品質量的問題,導致了這些大牌廠商中,采用高壓共軌系統的機械設備故障率較高,使得電控發動機的各項優勢無法施展出來,令“電噴車”在國內遇冷。
面對電控發動機在國內市場的境況,卡特彼勒和日立建機根據中國市場需要迅速的調整戰略,面向中國市場各自推出了全新的改款機型,CAT320D2以及日立ZX240-5G。而這兩臺改款機型均采用了直噴發動機,以應對國內燃油的品質問題。
但是在國際大環境下,國際各大工程機械廠商早已開始面對日益嚴峻的環保問題,并想法設法“應付”每年都在提升的排放標準時,不知面向國內銷售的進口、合資、國產機型逆勢推出為了迎合市場的“直噴車”時,我們的工程機械行業是否還能健康、長效的發展。其中的問題,還是交給決策者們去解決吧。
隨著技術的不斷進步,相信會有更多先進的技術運用在柴油發動機上,運用在工程機械設備上,讓設備能夠創造更多價值。
2025-05-12 08:33
2025-05-08 10:07
2025-04-18 09:15
2025-04-17 09:16
2025-04-14 14:40
2025-04-08 10:46
2025-03-27 09:39
2025-03-20 09:43
2025-03-19 10:14
2025-03-17 08:41