柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)具有基本相同的結(jié)構(gòu)，都有氣缸體、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，后者用點(diǎn)燃汽油作功，一個(gè)"壓燃"一個(gè)"點(diǎn)燃"，就是兩者的根本區(qū)別點(diǎn)。汽油機(jī)的燃料是在進(jìn)氣行程中與空氣混合后進(jìn)入氣缸，然后被火花塞點(diǎn)燃作功；柴油機(jī)的燃料則是在壓縮行程接近終了時(shí)直接噴注入氣缸，在壓縮空氣中被壓燃作功。這個(gè)區(qū)別造成了柴油機(jī)在燃料供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有其自己的特點(diǎn)。

　　柴油機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)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(jī)燃料輸送的簡(jiǎn)單過(guò)程是：輸油泵將柴油送到濾清器，過(guò)濾后進(jìn)入噴油泵（為了保證充足的燃料并保持一定的壓力，要求輸油泵的供油量比噴油泵的需要量要大得多，多余的柴油就經(jīng)低壓管回到油箱，其它部分柴油被噴油泵壓縮至高壓）經(jīng)過(guò)高壓油管進(jìn)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系統(tǒng)

　　現(xiàn)代先進(jìn)的汽車柴油機(jī)一般采用電控噴射、共軌、渦輪增壓中冷等技術(shù)，在重量、噪音、煙度等方面已取得重大突破，達(dá)到了汽油機(jī)的水平，而且相比汽油機(jī)更環(huán)保。目前國(guó)外輕型汽車用柴油機(jī)日益普遍，奔馳、大眾、寶馬、雷諾、沃爾沃等歐洲名牌車都有采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的車型。

　　在電控噴射方面柴油機(jī)與汽油機(jī)的主要差別是，汽油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)只是控制空燃比，柴油機(jī)的電控噴射系統(tǒng)則是通過(guò)控制噴油時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)輸出的大小，而柴油機(jī)噴油控制是由發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速踏板位置（油門拉桿位置）來(lái)決定的。因此，基本工作原理是計(jì)算機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器和油門位置傳感器的輸入信號(hào)，首先計(jì)算出基本噴油量，然后根據(jù)水溫、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等傳感器的信號(hào)進(jìn)行修正，再與來(lái)自控制套位置傳感器的信號(hào)進(jìn)行反饋修正，確定最佳噴油量的。

　　電控柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU（計(jì)算機(jī)）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。其任務(wù)是對(duì)噴油系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。采用轉(zhuǎn)速、溫度、壓力等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測(cè)的參數(shù)同步輸入計(jì)算機(jī)，與巳儲(chǔ)存的參數(shù)值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)處理計(jì)算按照最佳值對(duì)噴油泵、廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，驅(qū)動(dòng)噴油系統(tǒng)，使柴油機(jī)運(yùn)作狀態(tài)達(dá)到最佳。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)。以下就介紹一下高壓共軌電控柴油噴射系統(tǒng)：

　　（一）共軌技術(shù)

　　在汽車柴油機(jī)中，高速運(yùn)轉(zhuǎn)使柴油噴射過(guò)程的時(shí)間只有千分之幾秒，實(shí)驗(yàn)證明，在噴射過(guò)程中高壓油管各處的壓力是隨時(shí)間和位置的不同而變化的。由于柴油的可壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動(dòng)，使實(shí)際的噴油狀態(tài)與噴油泵所規(guī)定的柱塞供油規(guī)律有較大的差異。油管內(nèi)的壓力波動(dòng)有時(shí)還會(huì)在主噴射之后，使高壓油管內(nèi)的壓力再次上升，達(dá)到令噴油器的針閥開啟的壓力，將已經(jīng)關(guān)閉的針閥又重新打開產(chǎn)生二次噴油現(xiàn)象，由于二次噴油不可能完全燃燒，于是增加了煙度和碳?xì)浠衔铮℉C）的排放量，油耗增加。此外，每次噴射循環(huán)后高壓油管內(nèi)的殘壓都會(huì)發(fā)生變化，隨之引起不穩(wěn)定的噴射，尤其在低轉(zhuǎn)速區(qū)域容易產(chǎn)生上述現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)不僅噴油不均勻，而且會(huì)發(fā)生間歇性不噴射現(xiàn)象。為了解決柴油機(jī)這個(gè)燃油壓力變化的缺陷，現(xiàn)代柴油機(jī)采用了一種稱"共軌"的技術(shù)。

　　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(guò)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(guò)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(wú)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，噴油量大小取決于燃油軌（公共供油管）壓力和電磁閥開啟時(shí)間的長(zhǎng)短。 共軌式噴油系統(tǒng)于二十世紀(jì) 90 年代中后期才正式進(jìn)入實(shí)用化階段。高壓共軌系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)噴油系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能，其優(yōu)點(diǎn)有：

　　a、共軌系統(tǒng)中的噴油壓力柔性可調(diào)，對(duì)不同工況可確定所需的最佳噴射壓力，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。

　　b、可獨(dú)立地柔性控制噴油正時(shí)，配合高的噴射壓力（ 120Mpa～200MPa ），可同時(shí)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(shí)現(xiàn)理想噴油規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，既可降低柴油機(jī) NOx ，又能保證優(yōu)良的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

　　d、由電磁閥控制噴油，其控制精度較高，高壓油路中不會(huì)出現(xiàn)氣泡和殘壓為零的現(xiàn)象，因此在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，循環(huán)噴油量變動(dòng)小，各缸供油不均勻可得到改善，從而減輕柴油機(jī)的振動(dòng)和降低排放。

　　由于高壓共軌系統(tǒng)具有以上的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外柴油機(jī)的研究機(jī)構(gòu)均投入了很大的精力對(duì)其進(jìn)行研究。比較成熟的系統(tǒng)有：德國(guó) ROBERT BOSCH 公司的 CR 系統(tǒng)、日本電裝公司的 ECD-U2 系統(tǒng)、意大利的 FIAT 集團(tuán)的 unijet 系統(tǒng)、英國(guó)的 DELPHI DIESEL SYSTEMS 公司的 LDCR 系統(tǒng)等。

　?。ǘ└邏汗曹夒娍厝加蛧娚湎到y(tǒng)及基本單元

　　高壓共軌電控燃油噴射系統(tǒng)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(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力以及需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，高壓油軌內(nèi)的燃油經(jīng)過(guò)高壓油管，根據(jù)機(jī)器的運(yùn)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(shí)、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(jì)準(zhǔn)則是必須保證在任何情況下的柴油機(jī)的噴油量與控制油量之和的需求以及起動(dòng)和加速時(shí)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(guò)程無(wú)關(guān)，且噴油正時(shí)也不由高壓油泵的凸輪來(lái)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(jì)原則來(lái)設(shè)計(jì)凸輪。

　　bosch 公司采用由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的三缸徑向柱塞泵來(lái)產(chǎn)生高達(dá) 135Mpa 的壓力。該高壓油泵在每個(gè)壓油單元中采用了多個(gè)壓油凸輪，使其峰值扭矩降低為傳統(tǒng)高壓油泵的 1/9 ，負(fù)荷也比較均勻，降低了運(yùn)行噪聲。該系統(tǒng)中高壓共軌腔中的壓力的控制是通過(guò)對(duì)共軌腔中燃油的放泄來(lái)實(shí)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(gè)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(gè)三作用凸輪的直列泵來(lái)產(chǎn)生高壓。

　　該高壓油泵對(duì)油量的控制采用了控制低壓燃油有效進(jìn)油量的方法，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。其基本原理：

　　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(dá)到供油量定時(shí)時(shí)，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(jìn)入高壓油軌。利用控制閥關(guān)閉時(shí)間的不同，控制進(jìn)入高壓油軌的油量的多少，從而達(dá)到控制高壓油軌壓力的目的；

　　d、凸輪經(jīng)過(guò)最大升程后，柱塞進(jìn)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(shí)控制閥停止供電，處于開啟狀態(tài)，低壓燃油進(jìn)入柱塞腔進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

　　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 系統(tǒng)的共軌管如圖 4 所示。它的容積應(yīng)削減高壓油泵的供油壓力波動(dòng)和每個(gè)噴油器由噴油過(guò)程引起的壓力震蕩，使高壓油軌中的壓力波動(dòng)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(jī)工況的變化。 ECD-U2 系統(tǒng)的高壓泵的最大循環(huán)供油量為 600毫升，共軌管容積為 94000毫升。

　　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(hào)；液流緩沖器（限流器）保證在噴油器出現(xiàn)燃油漏泄故障時(shí)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(dòng)；壓力限制器保證高壓油軌在出現(xiàn)壓力異常時(shí)，迅速將高壓油軌中的壓力進(jìn)行放泄。

　　從上述分析可見，精確設(shè)計(jì)高壓共軌管的容積和形狀適合確定的柴油機(jī)是非常關(guān)鍵的。

　　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(hào)，通過(guò)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(shí)、噴油量和噴油率噴入柴油機(jī)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。在電磁閥不通電時(shí)，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(guò)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(shí)，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(shí)，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(guò)程。 為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的噴油形狀，需對(duì)噴油器進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)?？刂剖业娜莘e的大小決定了針閥開啟時(shí)的靈敏度，控制室的容積太大，針閥在噴油結(jié)束時(shí)不能實(shí)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(guò)程的流動(dòng)阻力加大，因此對(duì)控制室的容積也應(yīng)根據(jù)機(jī)型的最大噴油量合理選擇。

　　控制量孔 A 、 Z 的大小對(duì)噴油嘴的開啟和關(guān)閉速度及噴油過(guò)程起著決定性的影響。雙量孔閥體的三個(gè)關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)是進(jìn)油量孔、回油量孔和控制室，它們的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)噴油器的噴油性能影響巨大。回油量孔與進(jìn)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(jìn)油量孔的流量率和控制室的容積決定。進(jìn)油量孔的設(shè)計(jì)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(jìn)油量孔的流量率及控制活塞的端面面積。這樣在確定了進(jìn)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(guò)程，同時(shí)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(duì)噴嘴噴油量的影響更小。 但控制室的容積不可能無(wú)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(gè)控制量孔決定了控制室中的動(dòng)態(tài)壓力，從而決定了針閥的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，通過(guò)仔細(xì)調(diào)節(jié)這兩個(gè)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(dòng)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?cè)裼蜋C(jī)進(jìn)氣的渦流強(qiáng)度、燃燒室結(jié)構(gòu)形狀以確保最佳的燃燒過(guò)程。

　　對(duì)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(jī)性能的重要噴射方式，控制電磁閥的響應(yīng)時(shí)間更應(yīng)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(yīng)有足夠的燃油流量減小燃油流動(dòng)時(shí)的壓降，并使高壓管路系統(tǒng)中的壓力波動(dòng)較小，能承受高壓燃油的沖擊作用，且起動(dòng)時(shí)共軌中的壓力能很快建立。各缸高壓油管的長(zhǎng)度應(yīng)盡量相等，使柴油機(jī)每一個(gè)噴油器有相同的噴油壓力，從而減少發(fā)動(dòng)機(jī)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(yǔ)

　　由于高壓共軌式燃油噴射系統(tǒng)具有可以對(duì)噴油定時(shí)、噴油持續(xù)期、噴油壓力、噴油規(guī)律進(jìn)行柔性調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，該系統(tǒng)的采用可以使柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和排放性能都會(huì)有進(jìn)一步的提高，隨著共軌技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，柴油機(jī)的應(yīng)用水平必將跨上一個(gè)新的臺(tái)階。