一、前言
共軌式噴油系統(tǒng)于二十
世紀 90 年代中后期才正式進入實用化階段。這類電控系統(tǒng)可分為：蓄壓式電控燃油噴射系統(tǒng)、液力增壓式電控燃油噴射系統(tǒng)和
高壓共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)。高壓共軌系統(tǒng)可實現(xiàn)在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無法實現(xiàn)的功能，其優(yōu)點有：
a. 共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機綜合性能。
b. 可獨立地柔性控制噴油正時，配合高的噴射壓力（ 120MPa~200MPa ），可同時控制 NOx 和微粒（ PM ）在較小的數(shù)值內(nèi)，以滿足排放要求。
c. 柔性控制噴油速率變化，實現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機 NOx ，又能保證優(yōu)良的動力性和經(jīng)濟性。
d. 由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機的振動和降低排放。
由于高壓共軌系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點，現(xiàn)在國內(nèi)外柴油機的研究機構(gòu)均投入了很大的精力對其進行研究。比較成熟的系統(tǒng)有：德國 ROBERT BOSCH 公司的 CR 系統(tǒng)、日本電裝公司的 E
CD-U2 系統(tǒng)、意大利的 FIAT 集團的 unijet 系統(tǒng)、英國的 DELPHI DIESEL SYSTEMS 公司的 LDCR 系統(tǒng)等。
二、高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)主要部件介紹
圖 1 為高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)的基本組成圖。它主要由電控單元、高壓油泵、共軌管、電控噴油器以及各種傳感器等組成。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，高壓油軌中的壓力由電控單元根據(jù)油軌壓力傳感器測量的油軌壓力以及需要進行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過高壓油管，根據(jù)機器的運行狀態(tài)，由電控單元從預(yù)設(shè)的 map 圖中確定合適的噴油定時、噴油持續(xù)期由電液控制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(shè)計準則是必須保證在任何情況下的柴油機的噴油量與控制油量之和的需求以及起動和加速時的油量變化的需求。由于共軌系統(tǒng)中噴油壓力的產(chǎn)生于燃油噴射過程無關(guān)，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(yīng)力最小和最耐磨的設(shè)計原則來設(shè)計凸輪。
bosch 公司采用由柴油機驅(qū)動的三
缸徑向柱塞泵來產(chǎn)生高達 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個壓油單元中采用了多個壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的 1/9 ，負荷也比較均勻，降低了運行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過對共軌腔中燃油的放泄來實現(xiàn)的，為了減小
功率損耗，在噴油量較小的情況下，將關(guān)閉三缸徑向柱塞泵中的一個壓油單元使供油量減少。
日電裝公司采用了一個三作用凸輪的直列泵來產(chǎn)生高壓，如圖 2 所示。該高壓油泵對油量的控制采用了控制低壓燃油有效進油量的方法，其基本原理如圖 3 所示。
a 柱塞下行，控制閥開啟，低壓燃油經(jīng)控制閥流入柱塞腔；
b 柱塞上行，但控制閥中尚未通電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油經(jīng)控制閥流回低壓腔；
c 在達到供油量定時時，控制閥通電，使之關(guān)閉，回流油路被切斷，柱塞腔中的燃油被壓縮，燃油經(jīng)出油閥進入高壓油軌。利用控制閥關(guān)閉時間的不同，控制進入高壓油軌的油量的多少，從而達到控制高壓油軌壓力的目的；
d 凸輪經(jīng)過最大升程后，柱塞進入下降
行程，柱塞腔內(nèi)的壓力降低，出油閥關(guān)閉，停止供油，這時控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進入柱塞腔進入下一個循環(huán)。
該方法使高壓油泵不產(chǎn)生額外的功率消耗，但需要確定控制脈沖的
寬度和控制脈沖與高壓油泵凸輪的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。
2 、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， E
CD-U2 系統(tǒng)的供軌管如圖 4 所示。它的容積應(yīng)削減高壓油泵的供油壓力波動和每個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制在 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(yīng)速度以快速跟蹤柴油機工況的變化。 ECD-U2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600mm3 ，共軌管容積為 94000mm3 。
高壓共軌管上還安裝了壓力傳感器、液流緩沖器（限流器）和壓力限制器。壓力傳感器向
ECU 提供高壓油軌的壓力信號；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現(xiàn)燃油漏泄故障時切斷向噴油器的供油，并可減小共軌和高壓油管中的壓力波動；壓力限制器保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力異常時，迅速將高壓油軌中的壓力進行放泄。
從上述分析可見，精確設(shè)計高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機是并不容易的。
3 、電控噴油器
電控噴油器是共軌式燃油系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的部件，它的作用根據(jù) ECU 發(fā)出的控制信號，通過控制電磁閥的開啟和關(guān)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(jié)構(gòu)基本相似，都是由于傳統(tǒng)噴油器相似的
噴油嘴、控制
活塞、控制量孔、控制電磁閥組成，圖 5 為 BOSCH 的電控噴油器結(jié)構(gòu)圖。在電磁閥不通電時，電磁閥關(guān)閉控制活塞頂部的量孔 A ，高壓油軌的燃油壓力通過量孔 Z 作用在控制活塞上，將噴嘴關(guān)閉；當(dāng)電磁閥通電時，量孔 A 被打開，控制室的壓力迅速降低，控制活塞升起，噴油器開始噴油；當(dāng)電磁閥關(guān)閉時，控制室的壓力上升，控制活塞下行關(guān)閉噴油器完成噴油過程。
控制了噴油率的形狀，需對其進行合理的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)預(yù)定的噴油形狀�？刂剖业娜莘e的大小決定了針閥開啟時的靈敏度，控制室的容積太大，針閥在噴油結(jié)束時不能實現(xiàn)快速的斷油，使后期的燃油霧化不良；控制室容積太小，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，因此對控制室的容積也應(yīng)根據(jù)機型的最大噴油量合理選擇。
控制量孔 A 、 Z 的大小對噴油嘴的開啟和關(guān)閉速度及噴油過程起著決定性的影響。雙量孔閥體的三個關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)是進油量孔、回油量孔和控制室，它們的結(jié)構(gòu)尺寸對噴油器的噴油性能影響巨大�；赜土靠着c進油量孔的流量率之差及控制室的容積決定了噴油嘴針閥的開啟速度，而噴油嘴針閥的關(guān)閉速度由進油量孔的流量率和控制室的容積決定。進油量孔的設(shè)計應(yīng)使噴油嘴針閥有足夠的關(guān)閉速度，以減少噴油嘴噴射后期霧化不良的部分。
此外噴油嘴的最小噴油壓力取決于回油量孔和進油量孔的流量率及控制活塞的端面面積。這樣在確定了進油量孔、回油量孔和控制室的結(jié)構(gòu)尺寸后，就確定了噴油嘴針閥完全開啟的穩(wěn)定、最短噴油過程，同時就確定了噴油嘴的穩(wěn)定最小噴油量�？刂剖胰莘e的減少可以使針閥的響應(yīng)速度更快，使燃油溫度對噴油嘴噴油量的影響更小。
但控制室的容積不可能
無限制減少，它應(yīng)能保證噴油嘴針閥的升程以使針閥完全開啟。兩個控制量孔決定了控制室中的動態(tài)壓力，從而決定了針閥的運動規(guī)律，通過仔細調(diào)節(jié)這兩個量孔的流量系數(shù)，可以產(chǎn)生理想的噴油規(guī)律。
由于高壓共軌噴射系統(tǒng)的噴射壓力非常高，因此其噴油嘴的噴孔截面積很小，如 BOSCH 公司的噴油嘴的噴孔直徑為 0.169mm × 6 ，在如此小的噴孔直徑和如此高的噴射壓力下，燃油流動處于極端不穩(wěn)定狀態(tài)，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(yīng)改變原柴油機進氣的渦流強度、燃燒室結(jié)構(gòu)形狀以確保最佳的燃燒過程。
對于噴油器電磁閥，由于共軌系統(tǒng)要求它有足夠的開啟速度，考慮到預(yù)噴射是改善柴油機性能的重要噴射方式，控制電磁閥的響應(yīng)時間更應(yīng)縮短。關(guān)于電磁閥的研究已由較多的文獻報道，本文不再對此進行分析。
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(yīng)有足夠的燃油流量減小燃油流動時的壓降，并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動較小，能承受高壓燃油的沖擊作用，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(yīng)盡量相等，使柴油機每一個噴油器有相同的噴油壓力，從而減少
發(fā)動機各缸之間噴油量的偏差。各高壓油管應(yīng)盡可能短，使從共軌到噴油嘴的壓力損失最小。 BOSCH 公司的高壓油管的外經(jīng)為 6mm ，內(nèi)徑為 2.4mm ，日本電裝公司的高壓油管的外經(jīng)為 8mm ，內(nèi)徑為 3mm 。
三、結(jié)束語
由于高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)具有可以對噴油定時、噴油持續(xù)期、噴油壓力、噴油規(guī)律進行柔性調(diào)節(jié)的特點，該系統(tǒng)的采用可以使柴油機的經(jīng)濟性、動力性和排放性能都會有進一步的提高。這就需要我們加大對高壓共軌系統(tǒng)的研究力度，使我國的柴油機水平跨上一個新的臺階。
