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(kāi)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(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短。

特點(diǎn)

其主要特點(diǎn)可以概括如下：

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(guò)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(guò)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(lèi)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>

結(jié)構(gòu)原理

高壓共軌系統(tǒng)利用較大容積的共軌腔將油泵輸出的高壓燃油蓄積起來(lái)，并消除燃油中的壓力波動(dòng)，然后再輸送給每個(gè)噴油器，通過(guò)控制噴油器上的電磁閥實(shí)現(xiàn)噴射的開(kāi)始和終止。

高壓共軌

共軌系統(tǒng)將燃油壓力產(chǎn)生和燃油噴射分離開(kāi)來(lái)，如果把單體泵柴油噴射技術(shù)比做柴油技術(shù)的革命的話，那共軌就可以稱(chēng)作反叛了，因?yàn)樗畴x了傳統(tǒng)的柴油系統(tǒng)而近似于順序汽油噴射系統(tǒng)。共軌系統(tǒng)開(kāi)辟了降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)排放和噪音的新途徑。

歐洲可以說(shuō)是柴油車(chē)的天堂，在德國(guó)柴油轎車(chē)占了39%。柴油轎車(chē)已有了近70年的歷史，可以說(shuō)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在1997年，博世與奔馳公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了共軌柴油噴射系統(tǒng)(Common Rail System)。今天在歐洲，眾多品牌的轎車(chē)都配有共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，如標(biāo)致公司就有HDI共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、菲亞特公司的JTD發(fā)動(dòng)機(jī)，而德?tīng)柛t開(kāi)發(fā)了Multec DCR柴油共軌系統(tǒng)。

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)生與燃油噴射過(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)。

大部分公司采用由柴油機(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。

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(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。

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(guò)控制電磁閥的開(kāi)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(kāi)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。

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(kāi)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(kāi)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(kāi)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 。

兩者區(qū)別

共軌系統(tǒng)與柴油噴射系統(tǒng)的區(qū)別

共軌系統(tǒng)與之前以凸輪軸驅(qū)動(dòng)的柴油噴射系統(tǒng)不同，共軌式柴油噴射系統(tǒng)將噴射壓力的產(chǎn)生和噴射過(guò)程彼此完全分開(kāi)。電磁閥控制的噴油器替代了傳統(tǒng)的機(jī)械式噴油器，燃油軌中的燃油壓力由一個(gè)徑向柱塞式高壓泵產(chǎn)生，壓力大小與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，可在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定。共軌中的燃油壓力由一個(gè)電磁壓力調(diào)節(jié)閥控制，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作需要進(jìn)行連續(xù)壓力調(diào)節(jié)。電控單元作用于噴油器電磁閥上的脈沖信號(hào)控制燃油的噴射過(guò)程。噴油量的大小取決于燃油軌中的油壓和電磁閥開(kāi)啟時(shí)間的長(zhǎng)短，及噴油嘴液體流動(dòng)特性。

燃油噴射壓力是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的重要指標(biāo)，因?yàn)樗?lián)系著發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、油耗、排放等。共軌柴油噴射系統(tǒng)已將燃油噴射壓力提高到1800bar。

供油系統(tǒng)

供油系統(tǒng)精確控制

低壓油泵將柴油從油箱中吸出，經(jīng)過(guò)過(guò)濾提供給高壓油泵，在低壓泵內(nèi)有一電磁閥控制燃油到達(dá)高壓泵室，燃油進(jìn)入管形蓄壓器—燃油軌道。在共軌上有壓力傳感器時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃油壓力，并將這一信號(hào)傳遞給ECU，通過(guò)對(duì)流量的調(diào)節(jié)控制共軌內(nèi)的燃油壓力達(dá)到希望值。噴射壓力根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件的不同從200～1800bar，再通過(guò)電腦控制分別噴射到氣缸中，共軌不但保持了燃油壓力，還消除了壓力波動(dòng)。

燃油噴射是很復(fù)雜的機(jī)械、液壓、電子系統(tǒng)聯(lián)合做業(yè)，要適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下的工作環(huán)境，在燃燒之前燃油必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾和增壓，在準(zhǔn)確的時(shí)間以一定的噴射速率噴射到每一個(gè)氣缸內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)電腦控制廢氣再循環(huán)、增壓、排氣后處理系統(tǒng)，以得到最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)特性和廢氣排放。

近年發(fā)展

最近兩年，匹配直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的轎車(chē)在歐洲得到了顯著發(fā)展，有著高效和出色的燃油經(jīng)濟(jì)性，并降低了發(fā)動(dòng)機(jī)噪音。直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用的是泵噴嘴系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的1.9TDI寶來(lái)就應(yīng)用這一系統(tǒng)，最高噴射壓力可達(dá)到1800bar。泵噴嘴直噴系統(tǒng)雖好，但燃油壓力不能保持恒定，隨著排放控制日益苛刻，就需要更高且恒定的柴油噴射壓力和更完善的電子控制，于是眾多制造商們就把優(yōu)點(diǎn)更多的柴油共軌系統(tǒng)作為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向。這一系統(tǒng)有很高的燃油壓力，并能提供彈性燃油分配控制，通過(guò)ECU靈活地控制燃油分配、燃油噴射時(shí)間、噴射壓力和噴射速率。通過(guò)對(duì)以上特性的控制，共軌已經(jīng)使柴油機(jī)的響應(yīng)性和駕駛舒適性達(dá)到了汽油發(fā)動(dòng)機(jī)水平，同時(shí)它具有著顯著的燃油經(jīng)濟(jì)性和低排放特性。

在發(fā)動(dòng)機(jī)所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保證高燃油壓力，高的噴射壓力可以在低轉(zhuǎn)速工況下獲得良好的燃燒特性。

由凸輪軸驅(qū)動(dòng)控制的軸向柱塞式分配泵的發(fā)動(dòng)機(jī)，燃油系統(tǒng)壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈線性關(guān)系，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)形成燃油壓力不足，而共軌系統(tǒng)能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)的所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)獲得非常高的燃油壓力。靈活的電子控制系統(tǒng)對(duì)正時(shí)和噴射壓力的控制在發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況下都能夠獲得低排放和高效率。由于壓力的形成與噴射過(guò)程分離，使發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)人員在研究燃燒和噴油過(guò)程時(shí)獲得了更大的自由。可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的要求調(diào)節(jié)噴射壓力和噴射正時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低速工況下也能實(shí)現(xiàn)完全燃燒，所以即使是在很低的轉(zhuǎn)速也能獲得大扭矩。預(yù)噴射技術(shù)的應(yīng)用在降低排放和噪音方面取得了更大的進(jìn)步。

第三代系統(tǒng)

三代柴油共軌系統(tǒng)

柴油共軌系統(tǒng)已開(kāi)發(fā)了三代，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(wàn)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(guò)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(méi)有了回油管，在結(jié)構(gòu)上更簡(jiǎn)單。壓力從200～2000bar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(chēng)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(wú)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(guò)公共供油管同時(shí)供給各個(gè)噴油嘴，噴油量經(jīng)過(guò)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。

高壓共軌

簡(jiǎn)介

特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)原理

高壓共軌

兩者區(qū)別

供油系統(tǒng)

近年發(fā)展

最新型號(hào)

第三代系統(tǒng)

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