什么是高壓共軌？

高壓共軌技術(shù)是指由高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將射流壓力產(chǎn)生和噴射過程完全分開的一種供油方式。高壓油泵將高壓燃料輸送到公共燃料供應(yīng)管，準(zhǔn)確控制公共燃料供應(yīng)管內(nèi)的油壓，可以使高壓油管壓力大小獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)速度，大大減少柴油機(jī)燃料供應(yīng)壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)速度的變化，從而減少現(xiàn)有柴油機(jī)的缺陷，ECU控制燃油噴射器的噴射量，噴射量的大小取決于燃油軌(公共加油管)壓力和電磁閥開啟時(shí)間的長(zhǎng)度。

高壓共軌有什么用？

高壓油泵將燃料輸送到公用加油管道，控制噴油器，將燃料直接噴射到罐子里。高壓共軌完全分離噴射過程和油壓，使加油壓力不受發(fā)動(dòng)機(jī)速度的影響。

好處：

1.高壓共軌系統(tǒng)的噴射壓力可以靈活調(diào)節(jié)，通過確定不同工況所需的最佳噴射壓力，可以優(yōu)化柴油機(jī)的綜合性能。

2.結(jié)合高噴射壓力(120MPa~200MPa)，可獨(dú)立靈活地控制噴射計(jì)時(shí)，將NOx和粒子(PM)都控制在較小的數(shù)字上，以滿足排放要求。

3.靈活地控制噴射率的變化，實(shí)現(xiàn)理想的噴射規(guī)律，易于實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射和多次噴射，不僅能降低柴油機(jī)的NOx，還能保證良好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。

4.由電磁閥控制噴射，控制精度高，高壓油路上不會(huì)出現(xiàn)氣泡和余壓為零的現(xiàn)象，因此柴油機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)循環(huán)噴射量波動(dòng)小，各缸加油不平衡得到改善，可以減少柴油機(jī)的振動(dòng)，減少排放。

代表車型：

1999年末誕生了配備3缸共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的Smart。其位移為799mL，最大功率30千瓦，1800~2800rpm，最大扭矩100Nm。

奔馳推出的E320安裝了第二代共軌發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率為150kW/1000rpm，輸出扭矩為250Nm，在1400rpm，最大扭矩為85%，在1800~2600rpm的大面積內(nèi)，最大扭矩為500Nm。0 ~ 100km/h的加速時(shí)間為7.7秒，最大速度為243km/h。綜合燃料消耗為6.9L/100公里，80L的油箱，續(xù)航能力達(dá)到1000公里。裝有汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的E320的綜合油耗為9.9L/100公里。

技術(shù)摘要：

在柴油機(jī)上高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使柴油噴射過程只需要千分之幾秒，結(jié)果表明，噴射過程中高壓油管各處的壓力隨時(shí)間和位置的變化而變化。由于柴油的壓縮性和高壓油管中柴油的壓力波動(dòng)，實(shí)際噴射狀態(tài)與噴油泵規(guī)定的柱塞供應(yīng)規(guī)律有很大差異。油管內(nèi)的壓力波動(dòng)有時(shí)會(huì)在主噴射后再次升高高壓油管內(nèi)的壓力，達(dá)到使噴油器的針閥打開的壓力，重新打開關(guān)閉的針閥，從而產(chǎn)生二次噴射現(xiàn)象。因?yàn)槎螄娚洳荒芡耆紵?，所以增加了煙度和碳?xì)浠衔?HC)排放量，增加了油耗。另外，每次噴射循環(huán)后，高壓油管內(nèi)的余壓發(fā)生變化，產(chǎn)生不穩(wěn)定的噴射，特別是在低速地區(qū)，很容易發(fā)生這種現(xiàn)象，嚴(yán)重的時(shí)候不僅噴射不均，而且還會(huì)出現(xiàn)間歇性噴射不暢的現(xiàn)象。(大衛(wèi)亞設(shè)，Northern Exposure(美國(guó)電視)，)為了解決柴油機(jī)這一燃料壓力變化的缺陷，現(xiàn)代柴油機(jī)采用了共軌這一技術(shù)。

高壓共軌技術(shù)是指由高壓油泵、壓力傳感器和ECU組成的閉環(huán)系統(tǒng)中，將射流壓力產(chǎn)生和噴射過程完全分開的一種供油方式。高壓油泵將高壓燃料輸送到公共燃料供應(yīng)管。-通過公共燃油供給管內(nèi)的液壓實(shí)現(xiàn)精確控制，使高壓油管壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)速度無關(guān)，可以大大減少柴油機(jī)燃油供給壓力隨發(fā)動(dòng)機(jī)速度的變化，從而減少現(xiàn)有柴油機(jī)，ECU控制燃油噴射器的噴射量，噴射量的大小取決于燃油軌(公共加油管)壓力和電磁閥開啟時(shí)間的長(zhǎng)度。

技術(shù)原理：

高壓共軌系統(tǒng)主要由電控裝置、高壓油泵、蓄能器(共軌)、電控噴油器、各種傳感器等組成。低壓燃油泵將燃料輸入高壓油泵，高壓油泵將燃料加壓到高壓油軌(蓄能器)上，高壓油軌上的壓力根據(jù)油軌壓力傳感器測(cè)量的油軌壓力和需要進(jìn)行調(diào)節(jié)

1.高壓油泵

高壓油泵供油量的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在任何情況下柴油機(jī)噴射量和控制流量之和的需求，以及在啟動(dòng)和加速時(shí)必須保證流量變化的需求。共軌系統(tǒng)的燃油噴射壓力與燃油噴射過程無關(guān)，燃油噴射時(shí)機(jī)不由高壓油泵的凸輪保證，因此高壓油泵的壓力油凸輪可以根據(jù)峰值扭矩最低、接觸應(yīng)力最小、耐磨性最強(qiáng)的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)凸輪。

大多數(shù)公司使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的三缸徑向柱塞，產(chǎn)生高達(dá)135MPa的壓力。這種高壓油泵在每個(gè)壓力裝置上使用多個(gè)壓力凸輪，將峰值扭矩降低到現(xiàn)有高壓油泵的九分之一，負(fù)載也均勻，從而降低工作噪音。該系統(tǒng)高壓共軌腔內(nèi)的壓力控制是通過共軌腔內(nèi)的燃料釋放來實(shí)現(xiàn)的，為了減少電力損失。

，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。

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。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。

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。

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。

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。

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 。

共軌腔內(nèi)的高壓直接用于噴射，可以省去噴油器內(nèi)的增壓機(jī)構(gòu)；而且共軌腔內(nèi)是持續(xù)高壓，高壓油泵所需的驅(qū)動(dòng)力矩比傳統(tǒng)油泵小得多。

通過高壓油泵上的壓力調(diào)節(jié)電磁閥，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷狀況以及經(jīng)濟(jì)性和排放性的要求對(duì)共軌 腔內(nèi)的油壓進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，尤其優(yōu)化了發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能。

通過噴油器上的電磁閥控制噴射定時(shí)，噴射油量以及噴射速率，還可以靈活調(diào)節(jié)不同工況下預(yù)噴射和后噴射的噴射油量以及與主噴射的間隔。

高壓共軌系統(tǒng)由五個(gè)部分組成，即高壓油泵、共軌腔及高壓油管、噴油器、電控單元、各類傳感器和執(zhí)行器。供油泵從油箱將燃油泵入高壓油泵的進(jìn)油口，由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的高壓油泵將燃油增壓后送入共軌腔內(nèi)，再由電磁閥控制各缸噴油器在相應(yīng)時(shí)刻噴油。

預(yù)噴射在主噴射之前，將小部分燃油噴入氣缸，在缸內(nèi)發(fā)生預(yù)混合或者部分燃燒，縮短主噴射的著火延遲期。這樣缸內(nèi)壓力升高率和峰值壓力都會(huì)下降，發(fā)動(dòng)機(jī)工作比較緩和，同時(shí)缸內(nèi)溫度降低使得NOx排放減小。預(yù)噴射還可以降低失火的可能性，改善高壓共軌系統(tǒng)的冷起動(dòng)性能。

主噴射初期降低噴射速率，也可以減少著火延遲期內(nèi)噴入氣缸內(nèi)的油量。提高主噴射中期的噴射速率，可以縮短噴射時(shí)間從而縮短緩燃期，使燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)更有效的曲軸轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)完成，提高輸出功率，減少燃油消耗，降低碳煙排放。主噴射末期快速斷油可以減少不完全燃燒的燃油，降低煙度和碳?xì)渑欧拧?/p>

擴(kuò)展閱讀：

柴油共軌系統(tǒng)已開發(fā)了3代，它有著強(qiáng)大的技術(shù)潛力。第一代共軌高壓泵總是保持在最高壓力，導(dǎo)致能量的浪費(fèi)和很高的燃油溫度。第二代可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)需求而改變輸出壓力，并具有預(yù)噴射和后噴射功能。預(yù)噴射降低了發(fā)動(dòng)機(jī)噪音：在主噴射之前百萬分之一秒內(nèi)少量的燃油被噴進(jìn)了氣缸壓燃，預(yù)加熱燃燒室。預(yù)熱后的氣缸使主噴射后的壓燃更加容易，缸內(nèi)的壓力和溫度不再是突然地增加，有利于降低燃燒噪音。在膨脹過程中進(jìn)行后噴射，產(chǎn)生二次燃燒，將缸內(nèi)溫度增加200～250℃，降低了排氣中的碳?xì)浠衔铩?/p>

由于其強(qiáng)大的技術(shù)潛力，今天各制造商已經(jīng)把目光定在了共軌系統(tǒng)第3代—壓電式(piezo)共軌系統(tǒng)，壓電執(zhí)行器代替了電磁閥，于是得到了更加精確的噴射控制。沒有了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單。壓力從200～2000巴彈性調(diào)節(jié)。最小噴射量可控制在0.5mm3，減小了煙度和NOX的排放。

“電控”是指噴油系統(tǒng)由電腦控制， ECU（俗稱電腦）對(duì)每個(gè)噴油嘴的噴油量、噴油時(shí)刻進(jìn)行精確控制，能使柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性達(dá)到最佳的平衡，而傳統(tǒng)的柴油機(jī)則是由機(jī)械控制，控制精度無法得以保障。

“高壓”是指噴油系統(tǒng)壓力比傳統(tǒng)柴油機(jī)要高出3倍，最高能達(dá)到200MPa（而傳統(tǒng)柴油機(jī)噴油壓力在60—70 MPa），壓力大霧化好燃燒充分，從而提高了動(dòng)力性，最終達(dá)到省油的目的。

“共軌”是通過公共供油管同時(shí)供給各個(gè)噴油嘴，噴油量經(jīng)過ECU精確的計(jì)算，同時(shí)向各個(gè)噴油嘴提供同樣質(zhì)量、同樣壓力的燃油，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加平順，從而優(yōu)化柴油機(jī)綜合性能。而傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由各缸各自噴油，噴油量和壓力不一致，運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，造成燃燒不平穩(wěn)，噪音大，油耗高。

現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)制造的具備國(guó)際先進(jìn)的電控高壓共軌技術(shù)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)采用了歐美柴油機(jī)的最新核心技術(shù)，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)增壓柴油機(jī)。它比傳統(tǒng)增壓柴油機(jī)燃燒效率提高8%、二氧化碳排放低10%、噪音下降15%，徹底改變了柴油機(jī)在人們心目中“噪音大、冒黑煙”的形象。