国内对电控高压共轨燃油喷射系统的研究起步 较晚， 目前正处于研制阶段。 其中天津大学研制的 FIRCRI 高压共轨系统正处于硬件在 环 仿 真 和 实 机 测试阶段， 上海交通大学开发的 GD-1 型高压共轨 系统处于匹配玉柴 6110 柴油机的准备阶段，北京理
工大学、 华中理工大学等也正在开发自己的高压共 轨系统， 无锡威孚集团与博世公司已经联合组建了 无锡博世汽车柴油机系统股份有限公司， 开始了高 压共轨系统的生产。 在控制策略上，目前国内主要采 用经典 PID 控制方法， 这种方法原理简单， 易于实 现，稳定性好，但存在需要在不同工况下反复调节和 不能在线调节等缺点。
油喷射系统，以其显著的优越性，已经成为现代柴油机技术的发展趋势之一。 详细介绍了电控高压共轨燃油喷射系
统的工作原理、组成和特点，概括了国内外的研究现状，并给出了今后的发展方向。
关键词：柴油机；燃油喷射系统；高压共轨 ；发展趋势
中图分类号：TK421
文献标识码：A
文章编号：1000-6494（2009）04-0006-04
5 国内外发展趋势
电控高压共轨燃油喷射系统的应用使柴油机的 排放、噪声及燃烧性能都得到了很大改善，远远超过 了传统内燃机，大大增强了柴油机的竞争力。 随着电 子技术、材料技术以及控制理论等的不断发展，该技 术还具有很大的发展潜力， 进一步的研究主要体现 以下趋势：
a. 设计开发新的执行器，以及通过对高压油泵、 喷嘴材料和加工过程的改进进一步提高燃油喷射压 力及其精确性，使燃烧更为充分 。 [6~8]
压力传感器
轨道 高压泵
压力达 135 MPa
E电CU子控制单元
凸轮转角 曲轴转角 传感器 传感器
压力 调节阀
加速踏板传感器 喷油器
机械输油泵
燃油箱
电子切断阀
燃油滤清器 燃油加热器
图 1 电控高压共轨燃油系统原理图
第4期
聂建军：柴油机高压共轨燃油系统的现状及发展趋势
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泵经滤清器从油箱中吸出， 通过电子切断阀进入高 压泵，此时压力约为 0.5 MPa。 然后，燃油分为两路， 一路作为冷却油通过高压供油泵的凸轮轴室进入压 力调节阀后流回油箱，另一路充入高压供油泵，燃油 压力上升至 135 MPa 或更高后供入共轨。 共轨上有 一个压力传感器和一个压力调节阀， 用来调节电控 单元设定的共轨压力。 高压燃油从共轨流入喷油器 后又分为两路，一路直接喷入燃烧室，另一路在喷油 期间， 与针阀导向部分和控制柱塞处泄漏出的燃油 一起流回油箱。
Trends and Present Status of the High-pressure Common Rail Fuel Injection System for Diesel Engine
NIE Jian- jun (Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China)
Abstract: With the increasingly strict emission regulation and the development of diesel engine electronic control techonology, as a high flexible fuel injection system, the high-pressure common rail (CR) injection system has become a trend of the diesel engine technology for its remarkable advantages. The basic construction, operationg principle and special characteristics are introduced in details in this paper, and the outline of the current status is given. Finally, the development direction is discussed by analyzing the study of high pressure common-rail system at home and abroad. Key words: diesel engine; fuel injection system; high-pressure common rail; trend
d. 燃 油 喷 射 系 统 的 数 值 模 拟 技 术 。 通 过 仿 真 软件建立电控高压共轨燃油系统的数值模型，分 析燃油的喷射过程及系统参数对燃油喷射特性的 影响，为燃油系统的优化设计、故障分析提供理论 依 据[13，14]，降 低 产 品 开 发 成 本 ，缩 短 开 发 周 期 。
e. 传感器技术。 随着喷射压力的不断提高，要求 有更高精度和响应速度的新型智能传感器[15]。
4 国内外研ห้องสมุดไป่ตู้现状
共轨技术一经问世， 就得到了世界上大多数柴 油机生产厂商的青睐，被认为是 20 世纪内燃机技术 的三大突破之一。
国外经过多年的发展，已经形成了比较成熟的 产品，如 Fiat 集团的 Unijet 系统、电装公司的 ECDU2 系统和博世公司的 CR 系统等。 其中，博世公司 用压电石英作为执行器代替高速电磁阀， 喷射压力 已经高达 180 MPa，针阀运动速度达到 1.3 m/s，预喷 射油量可控制在 1 mm3 之内。 在控制策略上，以经典 控制理论和现代控制理论为基础的开环控制和闭环 控制在电控高压共轨系统中得到了广泛应用[5]。
第4期 2009 年 8 月
内燃机 Internal Combustion Engines
No. 4 Aug. 2009
柴油机高压共轨燃油系统的现状及发展趋势
聂建军 （中原工学院 机电学院，河南 郑州 450007）
摘要：随着排放法规的日益严格和柴油机电控技术的不断进步，高压共轨燃油喷射系统作为一种高度柔性控制的燃
与传统燃油喷射系统相比，电控高压共轨燃油喷
喷油器 共轨
燃油 滤清器
输油泵
高压 压力 燃油 限制器
供油泵
油箱
图 4 燃油供给系统
射系统的主要部件包括 ECU、共轨和电控喷油器[3]。 ECU 是电控高压共轨燃油喷射系统的核心，实
际上就是一个微型计算机，一般由输入模块、输出模 块、微机控制模块和通信模块四部分组成。 ECU 接收 各传感器输入的实时运行参数并进行处理，与预存 在其内部的 MAP 图（三维控制数据表，即不同转速、 不同油门开度时的控制参数值）比较，计算出最佳喷 油定时和喷油脉宽，然后输出到执行机构，驱动喷油 器电磁阀，完成喷油压力和喷油量的控制。 此外，电 控单元还能完成在线故障诊断和应急处理、与监控 系统进行实时通信，记录并存储重要的状态参数。
油门传感器 曲轴转角传感器 气缸判别传感器 其他传感器、开关
控制喷油量
喷油器 控制喷油时间
电
控制喷油率
控
单
元
供油泵 调节喷油压力
图 3 控制系统框图
2.2 燃油供给系统 燃油供给系统见图 4，主要由供油泵、共轨和电
控喷油器组成。 燃油经供油泵加压后流入并储存在共轨内，然
后，根据 ECU 的指令在适当的时刻通过电控喷油器 喷入柴油机气缸。 2.3 主要部件
作 者 简 介 ：聂 建 军 （1971-），男 ，河 南 郑 州 人 ，博 士 ，主 要 从事节能、排放及现代设计方法方面的研究。
收 稿 日 期 ：2009-02-03
1 电控高压共轨燃油喷射系统的工作原理
图 1 所示为康明斯发动机的电控高压共轨燃油 系统原理图[2]。 燃油由发动机凸轮轴驱动的机械输油
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内燃机
2009 年 8 月
精确计量的喷油量可以提高发动机的功率密度 和燃油经济性，减少振动。 电控高压共轨燃油喷射系 统以发动机的转速和油门开度信号为基础，由 ECU 计算出最佳喷油量，并控制喷油器电磁阀的通、断电 时间，从而精确控制预喷射、主喷射和后喷射的喷油 量与时间间隔，这一点传统燃油喷射系统难以做到。 3.3 自由调节喷油规律
共轨实际上是一种燃油分配管，主要包括油轨、 压力传感器和压力调节阀， 其作用是储存燃油并保 持油压，消除燃油压力波动。
电控喷油器是电控高压共轨燃油喷射系统的执 行器，主要由喷油嘴、控制活塞、控制量孔和控制电 磁阀组成，作用是根据 ECU 发出的控制信号，开、关 控制电磁阀，将高压共轨中的燃油以最佳喷油定时、 喷油量和喷油速率喷入柴油机的燃烧室。
b. 通 过 最 优 控 制 、自 适 应 控 制 、预 测 控 制 等 控 制理论的研究，将模糊控制、人工神经网络、基于非 线性的滑模控制、基于辨识模型的自适应控制等运 用到电控高压共轨燃油喷射系统中，改进其控制策 略[9~11]。
c. 研究新的喷油规律[12]。 随着柴油车数量增加， 柴油机尾气已经成为大气的主要污染源之一。 因此， 世界各国都在积极探索新方法和采取有效的技术措 施主动减少和控制污染物的排放， 欧洲已经制订出 严格的欧 V、欧 VI 排放法规，预计 2014 年开始实施 欧 VI 排放法规。 因此，必须不断研究满足新的排放 标准的喷油规律，进一步降低柴油机的排放。
随着电控喷射技术的不断进步，近些年提出了 许多适应发动机不同用途需要的喷油规律，如预喷 射、主喷射、多段喷射等，并且预喷射量、预喷射和主 喷射之间的间隔都能根据不同运行工况调节，这只 有通过电子控制才能实现。 电控高压共轨燃油喷射 系统由指令脉冲决定喷油始点和喷油持续时间，与 转速和负荷无关。 因此，可以自由控制喷油时间，设 置并控制理想的喷油规律。 3.4 自由调节喷油时间
0 前言
能源危机和环境污染问题以及世界各国日益严 格的排放法规促使人们进一步改善柴油机的燃烧过 程，而影响燃烧过程的关键是燃油喷射系统的性能。 电控高压共轨燃油喷射系统通过各种传感器检测出 发动机的实际运行状况，由计算机计算和处理，可以 精确、柔性地控制柴油机喷油量、喷油定时和喷射压 力，与传统的喷射技术相比，进一步降低了燃油消耗 和排放，增强了动力性能，实现了柴油机综合性能的 又一次飞跃[1]。 这种技术的典型代表有日本电 装 公 司、BOSCH 公司等，国内也 有 一 些 科 研 院 所 在 这 方 面做了很多工作，并取得了一定的成果。