柴油發動機與(yu) 汽油發動機具有基本相同的結構，都有氣缸體(ti) 、氣缸蓋、活塞、氣門、曲柄、曲軸、凸輪軸、飛輪等。但前者用壓燃柴油作功，後者用點燃汽油作功，一個(ge) "壓燃"一個(ge) "點燃"，就是兩(liang) 者的根本區別點。汽油機的燃料是在進氣行程中與(yu) 空氣混合後進入氣缸，然後被火花塞點燃作功；柴油機的燃料則是在壓縮行程接近終了時直接噴注入氣缸，在壓縮空氣中被壓燃作功。這個(ge) 區別造成了柴油機在燃料供給係統的結構有其自己的特點。

　　柴油機的燃料噴射係統是由噴油泵、噴油器、高壓油管及一些附屬輔助件組成。柴油機燃料輸送的簡單過程是：輸油泵將柴油送到濾清器，過濾後進入噴油泵（為(wei) 了保證充足的燃料並保持一定的壓力，要求輸油泵的供油量比噴油泵的需要量要大得多，多餘(yu) 的柴油就經低壓管回到油箱，其它部分柴油被噴油泵壓縮至高壓）經過高壓油管進入噴油器直接噴入氣缸燃燒室中壓燃。

　　二、高壓共軌電控柴油噴射係統

　　現代先進的汽車柴油機一般采用電控噴射、共軌、渦輪增壓中冷等技術，在重量、噪音、煙度等方麵已取得重大突破，達到了汽油機的水平，而且相比汽油機更環保。目前國外輕型汽車用柴油機日益普遍，奔馳、大眾(zhong) 、寶馬、雷諾、沃爾沃等歐洲名牌車都有采用柴油發動機的車型。

　　在電控噴射方麵柴油機與(yu) 汽油機的主要差別是，汽油機的電控噴射係統隻是控製空燃比，柴油機的電控噴射係統則是通過控製噴油時間來調節輸出的大小，而柴油機噴油控製是由發動機的轉速和加速踏板位置（油門拉杆位置）來決(jue) 定的。因此，基本工作原理是計算機根據轉速傳(chuan) 感器和油門位置傳(chuan) 感器的輸入信號，首先計算出基本噴油量，然後根據水溫、進氣溫度、進氣壓力等傳(chuan) 感器的信號進行修正，再與(yu) 來自控製套位置傳(chuan) 感器的信號進行反饋修正，確定最佳噴油量的。

　　電控柴油噴射係統由傳(chuan) 感器、ECU（計算機）和執行機構三部分組成。其任務是對噴油係統進行電子控製，實現對噴油量以及噴油定時隨運行工況的實時控製。采用轉速、溫度、壓力等傳(chuan) 感器，將實時檢測的參數同步輸入計算機，與(yu) 巳儲(chu) 存的參數值進行比較，經過處理計算按照最佳值對噴油泵、廢氣再循環閥、預熱塞等執行機構進行控製，驅動噴油係統，使柴油機運作狀態達到最佳。這類電控係統可分為(wei) ：蓄壓式電控燃油噴射係統、液力增壓式電控燃油噴射係統和高壓共軌式電控燃油噴射係統。以下就介紹一下高壓共軌電控柴油噴射係統：

　　（一）共軌技術

　　在汽車柴油機中，高速運轉使柴油噴射過程的時間隻有千分之幾秒，實驗證明，在噴射過程中高壓油管各處的壓力是隨時間和位置的不同而變化的。由於(yu) 柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動，使實際的噴油狀態與(yu) 噴油泵所規定的柱塞供油規律有較大的差異。油管內(nei) 的壓力波動有時還會(hui) 在主噴射之後，使高壓油管內(nei) 的壓力再次上升，達到令噴油器的針閥開啟的壓力，將已經關(guan) 閉的針閥又重新打開產(chan) 生二次噴油現象，由於(yu) 二次噴油不可能完全燃燒，於(yu) 是增加了煙度和碳氫化合物（HC）的排放量，油耗增加。此外，每次噴射循環後高壓油管內(nei) 的殘壓都會(hui) 發生變化，隨之引起不穩定的噴射，尤其在低轉速區域容易產(chan) 生上述現象，嚴(yan) 重時不僅(jin) 噴油不均勻，而且會(hui) 發生間歇性不噴射現象。為(wei) 了解決(jue) 柴油機這個(ge) 燃油壓力變化的缺陷，現代柴油機采用了一種稱"共軌"的技術。

　　共軌技術是指高壓油泵、壓力傳(chuan) 感器和ECU組成的閉環係統中，將噴射壓力的產(chan) 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，通過對公共供油管內(nei) 的油壓實現精確控製，使高壓油管壓力大小與(yu) 發動機的轉速無關(guan) ，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發動機轉速的變化，因此也就減少了傳(chuan) 統柴油機的缺陷。ECU控製噴油器的噴油量，噴油量大小取決(jue) 於(yu) 燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時間的長短。 共軌式噴油係統於(yu) 二十世紀 90 年代中後期才正式進入實用化階段。高壓共軌係統可實現在傳(chuan) 統噴油係統中無法實現的功能，其優(you) 點有：

　　a、共軌係統中的噴油壓力柔性可調，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從(cong) 而優(you) 化柴油機綜合性能。

　　b、可獨立地柔性控製噴油正時，配合高的噴射壓力（ 120Mpa～200MPa ），可同時控製 NOx 和微粒（ PM ）在較小的數值內(nei) ，以滿足排放要求。

　　c、柔性控製噴油速率變化，實現理想噴油規律，容易實現預噴射和多次噴射，既可降低柴油機 NOx ，又能保證優(you) 良的動力性和經濟性。

　　d、由電磁閥控製噴油，其控製精度較高，高壓油路中不會(hui) 出現氣泡和殘壓為(wei) 零的現象，因此在柴油機運轉範圍內(nei) ，循環噴油量變動小，各缸供油不均勻可得到改善，從(cong) 而減輕柴油機的振動和降低排放。

　　由於(yu) 高壓共軌係統具有以上的優(you) 點，現在國內(nei) 外柴油機的研究機構均投入了很大的精力對其進行研究。比較成熟的係統有：德國 ROBERT BOSCH 公司的 CR 係統、日本電裝公司的 ECD-U2 係統、意大利的 FIAT 集團的 unijet 係統、英國的 DELPHI DIESEL SYSTEMS 公司的 LDCR 係統等。

　　（二）高壓共軌電控燃油噴射係統及基本單元

　　高壓共軌電控燃油噴射係統主要由電控單元、高壓油泵、蓄壓器(共軌管)、電控噴油器以及各種傳(chuan) 感器等組成。低壓燃油泵將燃油輸入高壓油泵，高壓油泵將燃油加壓送入高壓油軌(蓄壓器)，高壓油軌中的壓力由電控單元根據油軌壓力傳(chuan) 感器測量的油軌壓力以及需要進行調節，高壓油軌內(nei) 的燃油經過高壓油管，根據機器的運行狀態，由電控單元從(cong) 預設的 map 圖中確定合適的噴油定時、噴油持續期由電液控製的電子噴油器將燃油噴入氣缸。

　　1、高壓油泵

　　高壓油泵的供油量的設計準則是必須保證在任何情況下的柴油機的噴油量與(yu) 控製油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。由於(yu) 共軌係統中噴油壓力的產(chan) 生於(yu) 燃油噴射過程無關(guan) ，且噴油正時也不由高壓油泵的凸輪來保證，因此高壓油泵的壓油凸輪可以按照峰值扭矩最低、接觸應力最小和最耐磨的設計原則來設計凸輪。

　　bosch 公司采用由柴油機驅動的三缸徑向柱塞泵來產(chan) 生高達 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個(ge) 壓油單元中采用了多個(ge) 壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為(wei) 傳(chuan) 統高壓油泵的 1/9 ，負荷也比較均勻，降低了運行噪聲。該係統中高壓共軌腔中的壓力的控製是通過對共軌腔中燃油的放泄來實現的，為(wei) 了減小功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關(guan) 閉三缸徑向柱塞泵中的一個(ge) 壓油單元使供油量減少。 日本電裝公司的ECD-U2高壓油泵采用了一個(ge) 三作用凸輪的直列泵來產(chan) 生高壓。

　　該高壓油泵對油量的控製采用了控製低壓燃油有效進油量的方法，該方法使高壓油泵不產(chan) 生額外的功率消耗，但需要確定控製脈衝(chong) 的寬度和控製脈衝(chong) 與(yu) 高壓油泵凸輪的相位關(guan) 係，控製係統比較複雜。其基本原理：

　　a、柱塞下行，控製閥開啟，低壓燃油經控製閥流入柱塞腔；

　　b、柱塞上行，但控製閥中尚未通電，處於(yu) 開啟狀態，低壓燃油經控製閥流回低壓腔；

　　c、在達到供油量定時時，控製閥通電，使之關(guan) 閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經出油閥進入高壓油軌。利用控製閥關(guan) 閉時間的不同，控製進入高壓油軌的油量的多少，從(cong) 而達到控製高壓油軌壓力的目的；

　　d、凸輪經過最大升程後，柱塞進入下降行程，柱塞腔內(nei) 的壓力降低，出油閥關(guan) 閉，停止供油，這時控製閥停止供電，處於(yu) 開啟狀態，低壓燃油進入柱塞腔進入下一個(ge) 循環。

　　2、高壓油軌（共軌管）

　　共軌管將供油泵提供的高壓燃油分配到各噴油器中，起蓄壓器的作用， ECD-U2 係統的共軌管如圖 4 所示。它的容積應削減高壓油泵的供油壓力波動和每個(ge) 噴油器由噴油過程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動控製在 5Mpa 之下。但其容積又不能太大，以保證共軌有足夠的壓力響應速度以快速跟蹤柴油機工況的變化。 ECD-U2 係統的高壓泵的最大循環供油量為(wei) 600毫升，共軌管容積為(wei) 94000毫升。

　　高壓共軌管上還安裝了壓力傳(chuan) 感器、液流緩衝(chong) 器（限流器）和壓力限製器。壓力傳(chuan) 感器向 ECU 提供高壓油軌的壓力信號；液流緩衝(chong) 器（限流器）保證在噴油器出現燃油漏泄故障時切斷向噴油器的供油，並可減小共軌和高壓油管中的壓力波動；壓力限製器保證高壓油軌在出現壓力異常時，迅速將高壓油軌中的壓力進行放泄。

　　從(cong) 上述分析可見，精確設計高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機是非常關(guan) 鍵的。

　　3、電控噴油器 電控噴油器是共軌式燃油係統中最關(guan) 鍵和最複雜的部件，它的作用根據 ECU 發出的控製信號，通過控製電磁閥的開啟和關(guan) 閉，將高壓油軌中的燃油以最佳的噴油定時、噴油量和噴油率噴入柴油機的燃燒室。

　　BOSCH 和 ECD-U2 的電控噴油器的結構基本相似，都是由於(yu) 傳(chuan) 統噴油器相似的噴油嘴、控製活塞、控製量孔、控製電磁閥組成。在電磁閥不通電時，電磁閥關(guan) 閉控製活塞頂部的量孔 A ，高壓油軌的燃油壓力通過量孔 Z 作用在控製活塞上，將噴嘴關(guan) 閉；當電磁閥通電時，量孔 A 被打開，控製室的壓力迅速降低，控製活塞升起，噴油器開始噴油；當電磁閥關(guan) 閉時，控製室的壓力上升，控製活塞下行關(guan) 閉噴油器完成噴油過程。 為(wei) 了實現預定的噴油形狀，需對噴油器進行合理的優(you) 化設計。控製室的容積的大小決(jue) 定了針閥開啟時的靈敏度，控製室的容積太大，針閥在噴油結束時不能實現快速的斷油，使後期的燃油霧化不良；控製室容積太小，不能給針閥提供足夠的有效行程，使噴射過程的流動阻力加大，因此對控製室的容積也應根據機型的最大噴油量合理選擇。

　　控製量孔 A 、 Z 的大小對噴油嘴的開啟和關(guan) 閉速度及噴油過程起著決(jue) 定性的影響。雙量孔閥體(ti) 的三個(ge) 關(guan) 鍵性結構是進油量孔、回油量孔和控製室，它們(men) 的結構尺寸對噴油器的噴油性能影響巨大。回油量孔與(yu) 進油量孔的流量率之差及控製室的容積決(jue) 定了噴油嘴針閥的開啟速度，而噴油嘴針閥的關(guan) 閉速度由進油量孔的流量率和控製室的容積決(jue) 定。進油量孔的設計應使噴油嘴針閥有足夠的關(guan) 閉速度，以減少噴油嘴噴射後期霧化不良的部分。 此外噴油嘴的最小噴油壓力取決(jue) 於(yu) 回油量孔和進油量孔的流量率及控製活塞的端麵麵積。這樣在確定了進油量孔、回油量孔和控製室的結構尺寸後，就確定了噴油嘴針閥完全開啟的穩定、最短噴油過程，同時就確定了噴油嘴的穩定最小噴油量。控製室容積的減少可以使針閥的響應速度更快，使燃油溫度對噴嘴噴油量的影響更小。 但控製室的容積不可能無限製減少，它應能保證噴油嘴針閥的升程以使針閥完全開啟。兩(liang) 個(ge) 控製量孔決(jue) 定了控製室中的動態壓力，從(cong) 而決(jue) 定了針閥的運動規律，通過仔細調節這兩(liang) 個(ge) 量孔的流量係數，可以產(chan) 生理想的噴油規律。

　　由於(yu) 高壓共軌噴射係統的噴射壓力非常高，因此其噴油嘴的噴孔截麵積很小，如 BOSCH 公司的噴油嘴的噴孔直徑為(wei) 0.169mm × 6 ，在如此小的噴孔直徑和如此高的噴射壓力下，燃油流動處於(yu) 極端不穩定狀態，油束的噴霧錐角變大，燃油霧化更好，但貫穿距離變小，因此應改變原柴油機進氣的渦流強度、燃燒室結構形狀以確保最佳的燃燒過程。

　　對於(yu) 噴油器電磁閥，由於(yu) 共軌係統要求它有足夠的開啟速度，考慮到預噴射是改善柴油機性能的重要噴射方式，控製電磁閥的響應時間更應縮短。

　　4、高壓油管

　　高壓油管是連接共軌管和電控噴油器的通道，它應有足夠的燃油流量減小燃油流動時的壓降，並使高壓管路係統中的壓力波動較小，能承受高壓燃油的衝(chong) 擊作用，且起動時共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長度應盡量相等，使柴油機每一個(ge) 噴油器有相同的噴油壓力，從(cong) 而減少發動機各缸之間噴油量的偏差。各高壓油管應盡可能短，使從(cong) 共軌到噴油嘴的壓力損失最小。 BOSCH 公司的高壓油管的外經為(wei) 6mm ，內(nei) 徑為(wei) 2.4mm ，日本電裝公司的高壓油管的外經為(wei) 8mm ，內(nei) 徑為(wei) 3mm 。

　　三、結束語

　　由於(yu) 高壓共軌式燃油噴射係統具有可以對噴油定時、噴油持續期、噴油壓力、噴油規律進行柔性調節的特點，該係統的采用可以使柴油機的經濟性、動力性和排放性能都會(hui) 有進一步的提高，隨著共軌技術的進一步發展和完善，柴油機的應用水平必將跨上一個(ge) 新的台階。