1. 柴油机高压共轨电控燃油喷射技术的发展历程
燃油喷射系统是柴油发动机的核心组成部分。它是在一定的压力下，利用喷油器将一定数量的燃料直接喷入气缸或进气道内的燃油供给装置。自1897年德国发明家鲁道夫·狄塞尔发明第一台柴油发动机以来，燃油喷射系统经历了由蓄压式到机械式再到电控式的发展历程。
从电子技术控制燃油喷射的角度，经历了3个阶段。表1展示了柴油机喷射阶段及特点。
2. 柴油机高压共轨电控技术的工作原理及组成
高压共轨电控喷油系统的主要部件包括：燃油泵、高压油轨、喷油器、ECM和各种传感器等组成。
图2是共轨燃油系统的原理图，显示了机械，流体，电气和所有关键要素之间的联系。燃油首先由低压泵通过入口计量阀供应给高压泵，然后由高压泵产生满足要求的高压燃油，再由高压泵传递给共轨管。共轨管主要是用于储存高压燃油的容器，为喷油器喷射做准备。最后喷油器按照ECM的指令去控制一定量的燃油喷射到汽缸。
高压燃油泵
高压油泵将低压系统中的清洁燃油进行加压，使其产生足够的压力冲破出油阀的限制，其结构如图3所示。
图3 高压油泵结构图
图4 高压油产生简图
工作原理：吸油行程中，柱塞随着凸轮的转动，柱塞由上止点移动到下止点，过程中柱塞腔内容积不断增大，压力不断减小，输油泵提供的燃油不断被吸入到柱塞腔中，直至柱塞移到下止点，进油阀关闭，切断了低压燃油与柱塞腔之间的油路，吸油结束。凸轮轴继续转动，柱塞由下止点移动到上止点，过程中柱塞腔容积不断减小，腔内燃油不断被加压至阀门预设值，此时阀门开启，腔内燃油流入共轨管中。图4为高压油的产生简图。
喷油器
喷油器是高压共轨燃油系统中最复杂和最关键的部件，它能根据ECM传送的电子控制信号，将共轨内的高压燃油以最佳的喷油定时、喷油量、喷油率和喷雾状态喷入发动机燃烧室中进行燃烧。
图5为喷油器的工作原理示意图，它由三个主要的分装组成，先导阀，底部组件和夹具。当信号触发喷油器的电磁阀时，此时喷油器的出口阀处于常开状态，将会导致控制腔内的压力降低，随着针阀上部的压力的减小，下部的压力不变，将会使针阀运动而被打开，高压燃油将会被喷射至发动机腔进行燃烧。燃油量的大小可以通过调节针阀上的控制阀的有效截面积来实现，该系统采用了压力的放大作用，在快速打开针阀的过程中不需要时间电磁阀的力量，也就是不需要控制力。
高压油轨管模块
高压共轨管可将管内高压燃油稳定在预设值，从而确保输出到喷油器中的燃油压力恒定。共轨管道内的燃油压力可达220Mpa，甚至更高。其结构如图6所示。
图6 高压燃油共轨管结构图
ECM 控制单元及传感器
在整个电控高压共轨燃油喷射系统中，电控单元ECM是一个精确地实时监控模块，它具备高效的数据传输和控制计算能力，能够实现精确快速的监测和控制，是整个系统的控制指挥中心。它主要由传感器输入信号处理模块、功率驱动输出信号处理模块、微中央处理器和通信模块组成，其整个控制过程如图7。
传感器对监测值进行实时监控，根据ECM的控制要求，将采集到转速信号、凸轮轴位置信号等输送到ECM中，ECM根据控制算法对采集的信号进行处理，并与预存在ECM中的预值图对比，确定并发出相应的驱动信号。
3. 柴油机高压共轨电控燃油喷射技术的特点
1) 独立的喷射压力控制。高压共轨技术的喷射压力是由ECM根据发动机工况（传感器信号）控制的，ECM可根据发动机工况选择最合适的喷射压力和喷射持续期、从而优化了着火延迟期，使柴油机在各种工况下的废气排放最低而经济性最优。图8为某机型不同轨压对炭烟影响的曲线。
图8 不同燃油油轨压力对炭烟的影响
独立的燃油喷油正时控制。喷油正时和喷油量均由ECM根据传感器信号和控制喷油器电磁阀来实现。喷油正时由喷油信号发出的时刻决定；喷油量由喷射压力和喷射持续的时间决定。图9为某款喷油器喷油特性曲线图。
图9 喷油器喷油特性图
实现了预喷射、分段喷射和喷射率的控制。除了可实现主喷射外，还可方便地加入一次或多次预喷射或后喷射，使每个气缸在一个循环中的柴油喷射次数达到2致4次。
能实现很高的喷油压力而改善机组性能。在发动机转速范围内保持高燃油压力喷射，高的喷射压力可明显改善柴油和空气的混合质量，缩短了着火延迟期，使燃烧更迅速、更彻底。图10、图11分别为某机型在不同轨压下，柴油机的燃油消耗率、指示扭矩、指示功率的变化情况图。
图10 轨压对燃油消耗率的影响
图11 轨压对指示扭矩和功率的影响
【小结】
高压共轨柴油机燃油喷射技术通过对燃油共轨压力和燃油喷射进行分别控制和调节，直接影响喷油精度、燃油雾化及燃烧过程，进而影响柴油机的动力性、经济性和排放性能。数据中心柴油发电机组采用高压共轨电控燃油喷射技术，优化了喷油特性、从而降低了柴油机噪声、改善了冷启动性能、大幅度减少了有害气体和颗粒物的排放量。
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