电控共轨喷油系统的发展历史及高压喷油系统图解

当今，电控共轨喷油系统巳成为现代汽车柴油机最重要的核心技术。实际上，其基本原理是由柴油机之父———鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）本人独创的。1912年在他的一本书中就这样描述过这种原理：“它既简单而又富有创造性：用一台连续运转的柴油泵在一根分配管中产生压力，由这根高压分配管（英语称之为“Common-Rail”———共轨）将柴油准备好并供给所有的气缸”。1926年在苏黎世（ZÜrich）大学中继续研究这种喷射原理，但是并没有应用在汽车上。

当意大利飞亚特（Fiat）公司在Croma TDid轿车上推出世界上第一台共轨直喷式柴油机的时候，几乎没有一个人相信这种共轨直接喷射系统在轿车上的这个成果。反对这种共轨直接喷射系统有足够的证据，因为当时装备这种共轨喷油系统的直喷式柴油机燃烧噪声大，特别是在低转速运转工况，而目废气排放值相当高，面对严格的废气排放标准显然当时这种共轨喷射柴油机尚未成熟，但是飞亚特公司依然坚持柴油机采用这种共轨直接喷射系统的观点。为了克服共轨直喷式柴油机的这些弊病，该公司继续致力于进一步改进这种共轨柴油喷射方法。因为当时流行的柴油喷射系统都不能与发动机转速和负荷无关地独立调节喷油压力，也无法实施预喷射，因此最终还是将希望寄托在开发共轨喷射的原理上。

此后，起初将该项目委托给意大利玛格奈特·玛瑞利（Magneti-Marelli）公司，1990年又将研究小组转移到飞亚特研究中心，与飞亚特集团的工程师们一起继续开发出命名为“Unijet”的共轨喷油系统。当时，虽然共轨喷射原理在理论上为人们所熟悉，但是因压力和工作频率都非常高，要求系统中的零部件极其精密，如此高的精度对于当时的机械加工设备和工艺水平提出了极其严峻的挑战，没有人能够把它制造出来。

直至1992年，他们才证实了共轨喷射的技术可行性。当时的喷油压力还只有70MPa，飞亚特公司试图为这种创新的喷油系统的产业化生产寻找一个合作伙伴。最终，决定与德国博世（Bosch）公司合作，并最终完成了产品开发工作，并为产业化生产做好了准备。当然，这个过程又延续了5年，直到1997年，第一套批量生产的共轨喷射系统才装备在Alfa156JTD轿车上，并在德国法兰克福（frankfurter）国际汽车博览会（IAA）上展出。几乎与此同时，博世公司与梅塞德斯·奔驰（Mercedes-Benz）公司合作也开发出一种柴油机共轨喷射系统，并同样也在1997年末以缩写词CDI（Common-Rail Direct Injection）命名推上市场。现在，所有著名的德国、法国、意大利、韩国和日本汽车制造厂商几乎都在生产共轨喷射系统，除了博世公司之外，西门子（Siemens）、德尔福（DelPhi）和电装（Denso）等公司都能向汽车工业提供其独特的电控共轨喷射系统。由于它在喷射油量、喷射压力、喷射时刻和喷射次数等方面具有独特的控制柔性，与其他电控高压柴油喷射系统（分配泵和泵喷嘴）相比显示出更多的优越性，能为现代直喷式柴油机的性能开发和节能减排提供了宽广的自由度，在高压喷射系统市场中呈现出一枝独秀的局面，它的市场推广潜力巨大（图2-3）。

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图2-3 博世公司高压喷油系统在轿车柴油机中所占份额

直到2000年年底以前，共轨系统喷油器中用来控制喷油过程开始和结束的执行器仍是电磁阀，但是电磁阀因电磁线圈的电感而具有相对较长的滞后时间。为了进一步提高共轨喷油器的响应速度，2000年开始用压电陶瓷执行器替代电磁阀来控制喷油过程，而2003年又进一步改进，用压电执行器直接控制喷油器针阀动作，即压电直接控制式喷油器，使得共轨喷油器能更迅速地开闭，而目明显提高了喷油量的计量精度，喷油压力最高可达到200MPa，使现代汽车柴油机有可能进一步降低燃油耗和废气排放，能达到欧Ⅴ废气排放标准的要求而无需采用价格昂贵的降NO_x催化转化器，因此这种压电直接控制式共轨喷油系统是柴油机电控共轨喷射历史上一次重大的技术飞跃。

为了满足未来更为严格的法规要求，并尽量减轻对废气后处理的压力，避免应用价格昂贵的降NO_x催化转化器，节省整车的制造成本，现代汽车柴油机必须进一步提高最高喷油压力，以进一步改善缸内燃烧过程，尽可能降低缸内的原始排放。2008年，又推出了最新颖的液力增压柴油喷油器（HADI），它是借助于喷油器中的一个液力增压活塞，将共轨中135MPa的系统压力增压到250MPa的喷油压力。

至此，电控共轨喷油系统巳形成了电磁阀和压电控制、喷油压力135～250MPa完整的系列型谱，同时在实施共轨喷射系统更新换代时采用了模块化结构，使得能够根据轿车重量、柴油机比功率和所要达到的废气排放标准的要求来决定电控共轨喷射系统的选择，使得现代汽车柴油机能够满足未来更为严格的废气排放和燃油耗法规的要求。