傳統(tǒng)機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油系統(tǒng)憑借其可靠性、易維護(hù)性一直在不斷地發(fā)展和使用。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著人們對(duì)能源、環(huán)保的意識(shí)和要求日益提高，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)噴油系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。因此，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的共軌燃油噴射技術(shù)在避免了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，得到了快速的發(fā)展，已經(jīng)成為燃油噴射的主要發(fā)展趨勢(shì)。

一、傳統(tǒng)機(jī)械燃油噴射系統(tǒng)

傳統(tǒng)機(jī)械式燃油噴射系統(tǒng)如圖1所示。主要包括：油箱、低壓、輸油泵、燃油濾清器、高壓燃油泵、噴油器以及油管等。工作過程是：發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸通過齒輪帶動(dòng)噴油泵的凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，把燃油從油箱送到輸油泵，形成低壓，再經(jīng)過燃油濾清器，一部分供給高壓的噴油泵，另一部分回到油箱。進(jìn)入噴油泵的燃油，通過高壓油管輸送到噴油器，當(dāng)壓力超過噴油器的開啟壓力時(shí)，噴油器開啟，進(jìn)行噴油。

柴油噴油泵的控制依賴于發(fā)動(dòng)機(jī)。主要體現(xiàn)在：發(fā)動(dòng)機(jī)給噴油泵提供動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)每旋轉(zhuǎn)2圈各缸做功1次，噴油泵旋轉(zhuǎn)1圈，對(duì)各缸進(jìn)行1次燃油噴射。這樣來看，噴油泵噴油的大體時(shí)刻就由發(fā)動(dòng)機(jī)間接控制，并且柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化較大。噴油提前器是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)較高的時(shí)候使噴油泵的凸輪軸相應(yīng)地提前一個(gè)角度，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)的要求。調(diào)速器是通過感應(yīng)元件感知發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工況，對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，主要是滿足怠速時(shí)的穩(wěn)定性和超過標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)的斷油，其余工況依靠感應(yīng)元件和調(diào)速器內(nèi)的彈簧的平衡來穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種機(jī)械式噴油泵的形式主要有直列式噴油泵和VE式分配泵。

傳統(tǒng)的機(jī)械柴油噴射發(fā)動(dòng)機(jī)不能更好的對(duì)噴油時(shí)刻和噴油過程進(jìn)行控制，已經(jīng)不能滿足節(jié)能和環(huán)保的要求。在此條件下，電控共軌柴油噴射系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并且得到了快速的發(fā)展。

二、電控共軌燃油噴射系統(tǒng)

20世紀(jì)40年代電控共軌燃油噴射技術(shù)首先在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，20世紀(jì)50年代在賽車發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，柴油機(jī)的電控供油系統(tǒng)開始在實(shí)際應(yīng)用中大量使用。主要有日本電裝公司和豐田汽車公司ECD-U2系統(tǒng)、博世公司和D-C公司電控共軌式燃油噴射系統(tǒng)。

（一）共軌系統(tǒng)的組成

相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械式噴油系統(tǒng)，電控共軌式噴油系統(tǒng)要復(fù)雜得多，從壓力的產(chǎn)生機(jī)構(gòu)到噴油量的控制機(jī)構(gòu)都有了很大的改進(jìn)。主要包括：高壓供油泵、燃油濾清器、高壓共軌管、電控噴油器、電控單元ECU、各種傳感器等。機(jī)構(gòu)的改進(jìn)決定了電控共軌系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械式噴油系統(tǒng)有了很多的優(yōu)點(diǎn)。

（二）共軌技術(shù)的原理

共軌技術(shù)通過共軌直.接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速電磁開關(guān)閥的開啟與閉合，定時(shí)、定量地控制噴油器噴射到燃燒室的油量，從而保證柴油機(jī)達(dá)到最佳的霧化、燃燒和最少的污染排放。

共軌技術(shù)是指高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過程彼此完全分開的一種供油方式。由高壓油泵把高壓燃油輸送到公共供油管，通過對(duì)公共供油管內(nèi)的油壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以大幅度減小柴油機(jī)供油壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機(jī)的缺陷。ECU控制噴油器的噴油量，而噴油量的大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時(shí)間的長(zhǎng)短。

（三）共軌技術(shù)的發(fā)展階段

國(guó)外在柴油機(jī)電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)方面的研究開展得較早而且比較深入，有多種共軌系統(tǒng)已經(jīng)投產(chǎn)，并與整車進(jìn)行了匹配應(yīng)用。日本電裝公司的ECD-U2系統(tǒng)是電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的典型代表，該系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)△噴射，還能實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和靴型噴射。

共軌噴射的發(fā)展大體經(jīng)歷了3個(gè)階段，如表1所示。

從表1中可以看出：共軌噴射的最高噴射壓力在不斷提高，這樣對(duì)于噴射品質(zhì)的提高有著重要的意義。壓力越高，燃料霧化越好，顆粒越小越均勻，燃燒越充分，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性均好，但這對(duì)噴射系統(tǒng)的要求也越高；噴射的次數(shù)不斷增加，可以實(shí)現(xiàn)滿足發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放的多次噴射，可以控制燃燒的不同階段噴油量和噴油速率，使燃燒更充分，熱效率提高；在最小穩(wěn)定噴射量上，3個(gè)階段的每次的噴射量在下降，這說明每次噴射時(shí)候可以使噴射更均勻、更細(xì)密，噴油和斷油更干脆，反應(yīng)靈敏，響應(yīng)特性好，這樣有利于燃燒，減少積炭的產(chǎn)生。

（四）共軌技術(shù)的特點(diǎn)

柴油機(jī)共軌技術(shù)是集成了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感檢測(cè)技術(shù)以及先進(jìn)的噴油結(jié)構(gòu)于一身的新技術(shù)。該技術(shù)的主要特點(diǎn)有：①采用先進(jìn)的電子控制裝置及配有高速電磁開關(guān)閥；②采用共軌方式供油；③高速電磁開關(guān)閥頻響高，控制靈活；④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)移植方便，適應(yīng)范圍廣。

該技術(shù)在汽車上的使用，是世界汽車工業(yè)為滿足日益嚴(yán)格的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)而采取的必然步驟。

三、機(jī)械柴油噴射與電控共軌柴油噴射的差異比較

機(jī)械柴油噴射與電控共軌柴油噴射的差異主要表現(xiàn)在燃油的供給方式和對(duì)噴油時(shí)刻的選擇上。

傳統(tǒng)機(jī)械式噴油系統(tǒng)高壓油管內(nèi)的油壓是瞬間脈動(dòng)高壓，主要是由柱塞連續(xù)供油形成的。這種脈動(dòng)對(duì)于噴油器噴油的穩(wěn)定性有很大的影響，使得噴油器容易產(chǎn)生噴油波動(dòng)，在高壓油管中使燃油產(chǎn)生壓力波，壓力波在高壓油管中來回振蕩，在下一循環(huán)中會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)的疊加或減弱效應(yīng)。由此，噴出的油霧顆粒不均勻，易出現(xiàn)二次噴射或多次噴射，從而燃燒不充分，經(jīng)濟(jì)性變差，動(dòng)力性下降，熱效率降低，排放物增加。

傳統(tǒng)機(jī)械式噴油系統(tǒng)的噴油量主要是受負(fù)荷的影響，負(fù)荷調(diào)整噴油量即通過提前器和調(diào)速器對(duì)此油量進(jìn)行修正，但不能實(shí)現(xiàn)精確的控制。

2種系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖比較如圖4所示，性能對(duì)比與分析如表2所示。

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)高壓油管內(nèi)的壓力總是保持在比較恒定的范圍內(nèi)，這是因?yàn)楣┯捅卯a(chǎn)生的脈動(dòng)油壓在共軌管內(nèi)的容積增加時(shí)，產(chǎn)生諧振效應(yīng)，使壓力的波動(dòng)減小和削弱，當(dāng)油壓變化時(shí)，由壓力調(diào)節(jié)器起作用，將噴油器的燃油壓力調(diào)節(jié)到比較恒定。

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的噴油量是由多因素控制的，控制噴油量的基本因素有負(fù)荷（油門開度表示）、轉(zhuǎn)速、水溫、進(jìn)氣溫度和油溫，以及燃油油壓「和尾氣中含氧量的多少。確定噴油量的同時(shí)，由ECU控制電磁閥開啟時(shí)間的長(zhǎng)短，確定每次噴油量大小。

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的特點(diǎn)是：噴油定時(shí)與噴油量的控制相互獨(dú)立，噴油壓力和噴油持續(xù)期不受發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷和轉(zhuǎn)速的影響；各缸的噴油壓力、噴油量和噴油始點(diǎn)可自由調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油正時(shí)、噴油量和噴油速率的最優(yōu)控制；噴射壓力很高且噴射可靠，能實(shí)現(xiàn)多種噴油規(guī)律等。這些特點(diǎn)對(duì)實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)高效、清潔、低噪聲的燃燒過程起到了顯著的作用。

電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是噴油壓力柔性可調(diào)，在不同負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下都可確定所需的最佳噴油壓力。同時(shí)由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴油正時(shí)、噴油量和噴油速率的最優(yōu)控制，因而改善了柴油機(jī)的燃燒過程，減少了排氣顆粒和NO-X的排放，降低了燃燒噪聲。另外它對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的改善也是十分明顯的。目前電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是更高的噴射壓力（200MPa）、更小的噴孔直41（0.11～0.13mm）、更短的響應(yīng)時(shí)間（0.1ms）、更低的功率消耗（采用壓電晶體噴油器）和功能更完善的軟件。電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的不足之處在于系統(tǒng)比較復(fù)雜；為了實(shí)現(xiàn)精確的控制，對(duì)傳感器的精度要求較高；隨著共軌壓力的不斷提高，對(duì)共軌系統(tǒng)各部件的性能要求也越來越苛刻。另外，來用電控共軌燃油噴射系統(tǒng)后，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，尤其是對(duì)缸蓋的設(shè)計(jì)。以上這些決定了電控共軌燃油噴射系統(tǒng)的應(yīng)用成本相對(duì)較高。

四、電控燃油共軌技術(shù)的發(fā)展

電控燃油共軌技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)是柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)，但是在新技術(shù)的使用過程中，根據(jù)不同發(fā)動(dòng)機(jī)的使用特點(diǎn)，使得電控燃油共軌技術(shù)在不同的使用條件下，在與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的匹配上還有很大的發(fā)展空間，尤其是在共軌技術(shù)的研究與開發(fā)方向上。

（一）共軌技術(shù)的研究與開發(fā)熱點(diǎn)

如何解決高壓共軌系統(tǒng)的恒高壓密封問題。

如何解決高壓共軌系統(tǒng)中共軌壓力的微小波動(dòng)所造成的噴油量不均勻問題。

如何解決高壓共軌系統(tǒng)的多MAP（三維控制數(shù)據(jù)表）優(yōu)化問題。

如何解決微結(jié)構(gòu)、高頻響電磁開關(guān)閥設(shè)計(jì)與制造過程中的關(guān)鍵技術(shù)問題。

（二）共軌技術(shù)對(duì)環(huán)境保護(hù)的促進(jìn)作用

高壓共軌系統(tǒng)是目前最為先進(jìn)的燃油噴射系統(tǒng)，被世界內(nèi)燃機(jī)行業(yè)公認(rèn)為20世紀(jì)三大突破之一，它能夠在不同工況下都以120MPa的噴射壓力實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可控噴射，使柴油機(jī)各工況的燃燒達(dá)到最佳狀況，性能大大優(yōu)化，排放中的有害成分進(jìn)一步減少。高壓共軌系統(tǒng)是柴油機(jī)滿足歐洲Ⅱ號(hào)、歐洲Ⅲ號(hào)甚至歐洲Ⅳ號(hào)排放法規(guī)的理想燃油噴射系統(tǒng)。共軌技術(shù)有助于減少柴油機(jī)的尾氣排放量、降低噪聲、燃油消耗等。它在有利于地球環(huán)境保護(hù)的同時(shí)，也必將促進(jìn)柴油機(jī)工業(yè)、汽車工業(yè)及相關(guān)工業(yè)的發(fā)展。