傳統(tǒng)機械發(fā)動機的噴油系統(tǒng)憑借其可靠性、易維護性一直在不斷地發(fā)展和使用。進入21世紀以來，隨著人們對能源、環(huán)保的意識和要求日益提高，傳統(tǒng)發(fā)動機的脈動噴油系統(tǒng)已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)代發(fā)動機的要求。因此，現(xiàn)代發(fā)動機的共軌燃油噴射技術在避免了傳統(tǒng)發(fā)動機缺點的基礎上，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。
一、傳統(tǒng)機械燃油噴射系統(tǒng)
傳統(tǒng)機械式燃油噴射系統(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)動機曲軸通過齒輪帶動噴油泵的凸輪軸轉動，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。進入噴油泵的燃油，通過高壓油管輸送到噴油器，當壓力超過噴油器的開啟壓力時，噴油器開啟，進行噴油。
柴油噴油泵的控制依賴于發(fā)動機。主要體現(xiàn)在：發(fā)動機給噴油泵提供動力，發(fā)動機每旋轉2圈各缸做功1次，噴油泵旋轉1圈，對各缸進行1次燃油噴射。這樣來看，噴油泵噴油的大體時刻就由發(fā)動機間接控制，并且柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉速的變化較大。噴油提前器是在發(fā)動機轉數(shù)較高的時候使噴油泵的凸輪軸相應地提前一個角度，滿足發(fā)動機高速時的要求。調(diào)速器是通過感應元件感知發(fā)動機的各種工況，對柴油發(fā)動機進行控制，主要是滿足怠速時的穩(wěn)定性和超過標定轉速時的斷油，其余工況依靠感應元件和調(diào)速器內(nèi)的彈簧的平衡來穩(wěn)定發(fā)動機的轉速。這種機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)的機械柴油噴射發(fā)動機不能更好的對噴油時刻和噴油過程進行控制，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)應運而生，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40年代電控共軌燃油噴射技術首先在航空發(fā)動機上應用，20世紀50年代在賽車發(fā)動機上廣泛應用。20世紀90年代，柴油機的電控供油系統(tǒng)開始在實際應用中大量使用。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
相對于傳統(tǒng)機械式噴油系統(tǒng)，電控共軌式噴油系統(tǒng)要復雜得多，從壓力的產(chǎn)生機構到噴油量的控制機構都有了很大的改進。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。機構的改進決定了電控共軌系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)機械式噴油系統(tǒng)有了很多的優(yōu)點。
（二）共軌技術的原理
共軌技術通過共軌直.接或間接地形成恒定的高壓燃油，分送到每個噴油器，并借助于集成在每個噴油器上的高速電磁開關閥的開啟與閉合，定時、定量地控制噴油器噴射到燃燒室的油量，從而保證柴油機達到最佳的霧化、燃燒和最少的污染排放。
共軌技術是指高壓油泵、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，通過對公共供油管內(nèi)的油壓實現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動機的轉速無關，可以大幅度減小柴油機供油壓力隨發(fā)動機轉速的變化，因此也就減少了傳統(tǒng)柴油機的缺陷。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間的長短。
（三）共軌技術的發(fā)展階段
國外在柴油機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)，并與整車進行了匹配應用。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)不僅能實現(xiàn)△噴射，還能實現(xiàn)預噴射和靴型噴射。
共軌噴射的發(fā)展大體經(jīng)歷了3個階段，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)濟性、動力性和排放性均好，但這對噴射系統(tǒng)的要求也越高；噴射的次數(shù)不斷增加，可以實現(xiàn)滿足發(fā)動機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個階段的每次的噴射量在下降，這說明每次噴射時候可以使噴射更均勻、更細密，噴油和斷油更干脆，反應靈敏，響應特性好，這樣有利于燃燒，減少積炭的產(chǎn)生。
（四）共軌技術的特點
柴油機共軌技術是集成了計算機控制技術、現(xiàn)代傳感檢測技術以及先進的噴油結構于一身的新技術。該技術的主要特點有：①采用先進的電子控制裝置及配有高速電磁開關閥；②采用共軌方式供油；③高速電磁開關閥頻響高，控制靈活；④系統(tǒng)結構移植方便，適應范圍廣。
該技術在汽車上的使用，是世界汽車工業(yè)為滿足日益嚴格的廢氣排放標準而采取的必然步驟。
三、機械柴油噴射與電控共軌柴油噴射的差異比較
機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噴油時刻的選擇上。
傳統(tǒng)機械式噴油系統(tǒng)高壓油管內(nèi)的油壓是瞬間脈動高壓，主要是由柱塞連續(xù)供油形成的。這種脈動對于噴油器噴油的穩(wěn)定性有很大的影響，使得噴油器容易產(chǎn)生噴油波動，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)中會產(chǎn)生波動的疊加或減弱效應。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)濟性變差，動力性下降，熱效率降低，排放物增加。
傳統(tǒng)機械式噴油系統(tǒng)的噴油量主要是受負荷的影響，負荷調(diào)整噴油量即通過提前器和調(diào)速器對此油量進行修正，但不能實現(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)，這是因為供油泵產(chǎn)生的脈動油壓在共軌管內(nèi)的容積增加時，產(chǎn)生諧振效應，使壓力的波動減小和削弱，當油壓變化時，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荷（油門開度表示）、轉速、水溫、進氣溫度和油溫，以及燃油油壓「和尾氣中含氧量的多少。確定噴油量的同時，由ECU控制電磁閥開啟時間的長短，確定每次噴油量大小。
電控高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)的特點是：噴油定時與噴油量的控制相互獨立，噴油壓力和噴油持續(xù)期不受發(fā)動機負荷和轉速的影響；各缸的噴油壓力、噴油量和噴油始點可自由調(diào)整，從而實現(xiàn)對噴油正時、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，能實現(xiàn)多種噴油規(guī)律等。這些特點對實現(xiàn)柴油機高效、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)點是噴油壓力柔性可調(diào)，在不同負荷和轉速下都可確定所需的最佳噴油壓力。同時由于實現(xiàn)了對噴油正時、噴油量和噴油速率的最優(yōu)控制，因而改善了柴油機的燃燒過程，減少了排氣顆粒和NO-X的排放，降低了燃燒噪聲。另外它對燃油經(jīng)濟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）、更短的響應時間（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)比較復雜；為了實現(xiàn)精確的控制，對傳感器的精度要求較高；隨著共軌壓力的不斷提高，對共軌系統(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，需對發(fā)動機結構進行相應的改進，尤其是對缸蓋的設計。以上這些決定了電控共軌燃油噴射系統(tǒng)的應用成本相對較高。
四、電控燃油共軌技術的發(fā)展
電控燃油共軌技術現(xiàn)在已經(jīng)是柴油和汽油發(fā)動機的主要發(fā)展趨勢，但是在新技術的使用過程中，根據(jù)不同發(fā)動機的使用特點，使得電控燃油共軌技術在不同的使用條件下，在與發(fā)動機系統(tǒng)的匹配上還有很大的發(fā)展空間，尤其是在共軌技術的研究與開發(fā)方向上。
（一）共軌技術的研究與開發(fā)熱點
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。
如何解決微結構、高頻響電磁開關閥設計與制造過程中的關鍵技術問題。
（二）共軌技術對環(huán)境保護的促進作用
高壓共軌系統(tǒng)是目前最為先進的燃油噴射系統(tǒng)，被世界內(nèi)燃機行業(yè)公認為20世紀三大突破之一，它能夠在不同工況下都以120MPa的噴射壓力實現(xiàn)穩(wěn)定可控噴射，使柴油機各工況的燃燒達到最佳狀況，性能大大優(yōu)化，排放中的有害成分進一步減少。高壓共軌系統(tǒng)是柴油機滿足歐洲Ⅱ號、歐洲Ⅲ號甚至歐洲Ⅳ號排放法規(guī)的理想燃油噴射系統(tǒng)。共軌技術有助于減少柴油機的尾氣排放量、降低噪聲、燃油消耗等。它在有利于地球環(huán)境保護的同時，也必將促進柴油機工業(yè)、汽車工業(yè)及相關工業(yè)的發(fā)展。
