高壓共軌燃油系統(tǒng)是目前世界上先進(jìn)的燃油系統(tǒng)之一，其優(yōu)點(diǎn)是高壓噴射，zui高壓力可達(dá)210MPa。高壓燃油的產(chǎn)生和噴射過程*獨(dú)立，由高壓燃油泵提高燃油壓力且儲(chǔ)存在共軌里，再由電控單元(ECM)控制燃油的噴射；燃油噴射的計(jì)量和時(shí)刻準(zhǔn)確度高，以發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器為主要信號(hào)計(jì)量燃油噴射量，以發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸位置傳感器為主要信號(hào)確定燃油的供油時(shí)刻；發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放較好，采用選擇性催化還原技術(shù)(SCR)，降低NOx的生成量，采用微粒捕集器技術(shù)(DPF)有效地減少顆粒物的排放，降低柴油機(jī)的排放污染；渦輪增壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子
控制，采用連續(xù)反饋技術(shù)控制可變噴嘴式渦輪增壓器，確保柴油機(jī)在zui高標(biāo)定扭矩點(diǎn)附近增壓器增壓的壓力不致于過高，從而防止負(fù)荷過高導(dǎo)致的功率下降以及渦輪增壓器因?yàn)槌俣鴵p壞；可以通過改變電控系統(tǒng)的控制程序(即對(duì)ECM重新進(jìn)行標(biāo)定)，從而擴(kuò)大電控柴油機(jī)的應(yīng)用范圍，使之適應(yīng)性更加廣泛。
高壓共軌柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)在工作時(shí)，ECM根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前的工況(即各類傳感器的壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和位置等輸入信號(hào))以及發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率，在每個(gè)工作循環(huán)中，把經(jīng)過計(jì)量的燃油按照的噴油時(shí)間，以相應(yīng)的噴射壓力噴人發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)，確保燃油能夠有效地燃燒。由此看來，控制好燃油噴射的過程十分重要，其主要內(nèi)容包括噴油數(shù)量、噴油時(shí)刻、噴油壓力和噴油速率的控制，下面就對(duì)這4個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析。
1、噴油數(shù)量的控制
ECM 根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)上的各類傳感器(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣壓力／溫度傳感器、共軌壓力傳感器以及大氣壓力傳感器等)的輸入信號(hào)以及操作者開關(guān)信號(hào)的指令，經(jīng)過內(nèi)部標(biāo)定的程序進(jìn)行計(jì)算、比較和分析，迅速確定每一循環(huán)的實(shí)際噴油量；然后ECM 輸出信號(hào)給噴油器，控制噴油器電磁閥通電時(shí)間，從而準(zhǔn)確控制噴油量。
(1)基本噴油量控制。發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下輸出的轉(zhuǎn)矩不同，燃油噴射量就不同?；緡娪土渴怯砂l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷信號(hào)和油門踏板的位置傳感器決定的。保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，加大油門踏板的開度，可增加基本噴油量。
(2)起動(dòng)噴油量控制。發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)補(bǔ)償噴油量由發(fā)動(dòng)機(jī)缸體溫度(即冷卻液溫度)傳感器和進(jìn)氣溫度傳感器決定，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)噴油量由以上兩部分共同決定。
(3)怠速噴油量控制。怠速油量是指使發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況下維持平衡穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)所需油量。如發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫怠速工作時(shí)，潤滑油粘度大，發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦阻力大，怠速可能不穩(wěn)；若提高發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲會(huì)變大，燃油消耗率也增加。ECM會(huì)執(zhí)行怠速轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，維持理想怠速轉(zhuǎn)速所需要的噴油量。ECM將發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和理想怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，確定兩者差值，求得必需的噴油量，實(shí)現(xiàn)反饋控制。
(4)巡航控制噴油量。巡航控制是為了減少駕駛員的疲勞，不需要操縱油門踏板而維持恒速行駛的控制過程。當(dāng)使用巡航控制時(shí)，操縱者接通“巡航控制”開關(guān)，巡航控制速度特性開始工作，ECM根據(jù)車輛速度傳感器信號(hào)和外界負(fù)荷的變化情況自動(dòng)調(diào)整噴油量，使車輛保持恒速行駛。
(5)空調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)噴油量控制。當(dāng)操作人員打開空調(diào)開關(guān)后，ECM根據(jù)輸人信號(hào)提高發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，然后通過執(zhí)行器輸出信號(hào)使空調(diào)壓縮機(jī)工作。由于負(fù)荷增加，ECM隨之增加噴油量，以適應(yīng)負(fù)荷增大的供油需求，同時(shí)ECM還可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化適時(shí)控制空調(diào)壓縮機(jī)的工作。當(dāng)ECM感知節(jié)氣門全開時(shí)，將切斷空調(diào)繼電器接地電路，使空調(diào)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以減小負(fù)荷，減少噴油量，直到節(jié)氣門全開時(shí)間超過15 S；如果發(fā)動(dòng)機(jī)水溫超過125℃ ，ECM將斷開空調(diào)繼電器。
(6)不均勻油量補(bǔ)償控制。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，由于噴油量不均勻引起各缸爆發(fā)壓力不同，以及燃燒差異引起各缸活塞上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速不均勻等，都會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。為了使轉(zhuǎn)速保持平衡，必須調(diào)節(jié)各缸供油量，進(jìn)行不均勻油量補(bǔ)償。ECM通過檢測各缸每次作功行程時(shí)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，再與各缸平均轉(zhuǎn)速相比較，分別向各缸補(bǔ)償相應(yīng)的噴油量。
2、噴油時(shí)刻控制
噴油時(shí)刻準(zhǔn)確與否對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放有顯著的影響，尤其是氮氧化合物NOx的排放。如果噴油時(shí)刻提前，柴油將會(huì)提前燃燒，燃燒過程的速燃期壓力升高率較大，使得柴油機(jī)工作噪聲高，壽命縮短；噴油時(shí)刻如果滯后，柴油燃燒也滯后并且燃燒過程的補(bǔ)燃期延長，由于柴油燃燒不*，導(dǎo)致碳?xì)浠衔锱c碳煙增加，發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)過熱，功率下降。
在高壓共軌系統(tǒng)中，噴油時(shí)刻的控制是以發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸位置傳感器信號(hào)為主要信號(hào)，以發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和冷卻液溫度傳感器、進(jìn)氣溫度和壓力傳感器、燃油溫度和壓力傳感器等信號(hào)為輔助信號(hào)。具體控制方法是：ECM通過內(nèi)部的標(biāo)定程序，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸位置傳感器信號(hào)提供基本的噴油時(shí)刻，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷、其他溫度和壓力傳感器等信號(hào)，對(duì)基本噴油時(shí)刻進(jìn)行修正，zui后確定*噴油時(shí)刻。因此共軌式電控柴油機(jī)利用電控單元ECM能夠地控制噴油時(shí)刻，確保柴油機(jī)的各項(xiàng)性能得到*發(fā)揮。
3、噴油壓力控制
噴油壓力越高，高壓柴油的射程和錐角越大，噴霧越細(xì)微，柴油燃燒越*，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能將進(jìn)一步優(yōu)化。較高的噴射壓力還可有效提高燃油和空氣的混合質(zhì)量，從而降低不*燃燒導(dǎo)致的煙度和可吸入顆粒物的排放量；明顯縮短著火落后區(qū)，使柴油機(jī)工作更加柔和，減少燃燒噪聲。高壓共軌柴油機(jī)的噴射壓力zui大可達(dá)210MPa，因此大負(fù)荷時(shí)柴油機(jī)的煙度也大幅度降低。
在高壓共軌燃油系統(tǒng)中，電控單元ECM通過內(nèi)部的標(biāo)定程序，根據(jù)安裝在高壓燃油共軌內(nèi)部的燃油壓力傳感器信號(hào)，確定每一循環(huán)氣缸的實(shí)際噴油壓力，并將其與理想噴油壓力值進(jìn)行比較，隨后ECM即刻輸出指令，命令電子燃油執(zhí)行器控制高壓油泵升高或降低燃油壓力，實(shí)行閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)*噴油壓力的控制。
歐洲Ⅲ號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)的高壓共軌柴油機(jī)噴射壓力可以達(dá)130MPa以上，歐洲Ⅳ號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油機(jī)可以達(dá)到200MPa以上。噴油壓力的控制可以增加燃油噴射的初速度，優(yōu)化柴油的霧化質(zhì)量，從而提高燃燒效率，有效改善柴油機(jī)的排放性能。
4、噴油速率控制
噴油規(guī)律是影響柴油機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和污染排放的主要因素。分析柴油燃燒過程發(fā)現(xiàn)，正確的噴油規(guī)律是在柴油噴射的初期，盡量使噴油速度緩慢，速率不能太高，目的是減少緩燃期內(nèi)的可燃混合氣體量，降低速燃期的燃燒速度，從而有效控制壓力過大和燃燒的zui高溫度，抑制氮氧化合物生成并降低燃燒的噪聲。
在高壓共軌燃油系統(tǒng)中，柴油機(jī)的噴油速率得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)多次噴射，使氮氧化合物NOx和煙度顆粒物PM值的排放污染大大降低。ECM通過內(nèi)部的標(biāo)定程序，能夠在不同的負(fù)荷工況下，實(shí)現(xiàn)預(yù)噴射、中期主噴射和后期噴射等多次噴射，使噴油噴射規(guī)律更加優(yōu)化，燃油燃燒更加*，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
(1)預(yù)噴射是實(shí)現(xiàn)初期緩慢燃燒的*方法。在ECM 的控制下，柴油機(jī)每一循環(huán)工作燃油的噴油量是計(jì)量過的，預(yù)噴射燃油量雖然相對(duì)較少，但是減少了主噴射的燃油量，同時(shí)預(yù)噴射燃燒形成的活化化合物對(duì)主噴射燃油的燃燒產(chǎn)生了很大的促進(jìn)作用 。這樣不但減少了主噴射的燃油量，還縮短了整個(gè)燃燒過程的著火延遲期，使氣缸內(nèi)的zui高溫度和壓力升高率都明顯下降。
(2)中期主噴射的燃油通常采用高壓力和高速率的噴射方法，可以加快燃燒速度，防止生成微顆粒和降低過高的熱效率，因此使主噴射發(fā)生在中期可加快可燃混合氣的擴(kuò)散燃燒速度。
(3)后期的燃油噴射要求迅速果斷地結(jié)束噴油，這樣可以防止在較低的噴油壓力和噴油速率下燃油霧化的質(zhì)量變差，導(dǎo)致燃油燃燒不*使碳?xì)浠衔锖臀㈩w粒物排放污染增加。另外，為了確保燃油能夠*有效地燃燒，還必須進(jìn)行增壓進(jìn)氣的控制。ECM根據(jù)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)、負(fù)荷信號(hào)以及增壓壓力信號(hào)等，通過控制廢氣旁通閥的開度、廢氣噴射器的噴射角度以及增壓器渦輪廢氣進(jìn)口截面大小等，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢氣渦輪增壓器工作狀況和增壓壓力的控制，以滿足柴油機(jī)在不同工況下對(duì)進(jìn)氣量的要求，改善柴油機(jī)的燃燒狀況，提高柴油機(jī)的扭矩特性、加速性能，降低排放和噪聲。