柴油发动机高压共轨技术技术的那些故事！
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。
柴油发动机直喷时代
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。
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。
在简要介绍了柴油机的一些发展历程中，燃油喷射系统所经历的一些“大事儿”后，我们接着来聊聊电喷发动机中，共轨系统的那些特点与技术。
高压共轨柴油直喷技术
高压共轨柴油直喷技术（Common Rail Direct Injection，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。
全球四大共轨系统供应商
柴油机共轨技术的主要优势在于，它能够将燃油喷射压力的产生与喷射过程彼此完全分离。通过共轨管内的油压来保证各喷油器拥有相同的燃油喷射压力，使76喷射压力不受发动机转速的影响，从而保证发动机稳定、高效的运行。
博世高压共轨燃油供给系统
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。
而传统柴油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”。
而电喷系统，通过采用电子控制装置，可以在主喷射之前（速燃期），进行预喷射（备燃期）。在主喷射之前百万分之一秒内，将少量的燃油喷入燃烧室内，进行预燃，预热燃烧室。在经过预喷射后，气缸温度已有所增加，再进行主喷射的压燃就更加容易。由于缸内的燃烧温度及压力不是突然增加，从而有利于降低燃烧时所产生的噪音。而在缓燃期后再进行后喷射（后燃期），令燃烧后的废气进行二次燃烧，将缸内温度增加200～250℃，从而降低了排气中的碳氢化合物，保护了环境，减少了尾气污染。
而现代（modern）的高压共轨喷射的控制系统，是通过由各个传感器，检测发动机转速，曲轴位置，凸轮轴位置，（也就是我们常说的一缸压缩上止点），来判断具体的喷油时刻，并根据具体的传感器数据，经过发动机电脑板（EECU）处理后，给予各缸喷油器相应电流信号，以控制喷油器的喷油时刻及喷油量，使发动机能够根据具体工况得到实时调节，满足工作需求。
高压共轨系统结构
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。
各大厂商的主流电喷挖掘机
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。
cat 320D2,和日立ZX240-5G
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。