柴油机高压共轨技术技术及市场前景分析

目前，国内车用柴油机针对国III排放标准实施的燃油系统技术路线主要有四种：电控泵喷嘴（EUI）、高压共轨（Common Rail）、电控单

体泵（EUP）和电控直列泵（EIL）+EGR。国内电控燃油喷射系统市场集中度很高，由国外少数几家跨国企业垄断。如博世、德尔福、日本电装

等，他们掌握着电控燃油喷射的核心技术。其技术核心在于发动机控制代码的开发，国内企业只能作一些技术含量低的工作，例如发动机标定

。国内电控燃油喷射系统80%以上由国外企业生产。
在这四种技术路线中，德尔福在中国市场针对中轻型车推广共轨技术，针对重型车提供泵喷嘴和单体泵技术；博世在中国市场主推高压共

轨系统；电装目前正在研发第3代、第4代共轨系统和为中国市场的共轨系统作适应性二次开发；而自主国产的亚新科南岳、成都威特等则提出

了电控单体泵的低成本解决方案。无疑，现在国内外柴油机燃油系统的技术路线之争都已经到了白日化阶段。我国生产的电喷装置不能形成量

产，数量较多时无法保证质量，目前国内企业自主研发的电控燃油喷射系统没有进行广泛的商业应用。电控燃油喷射系统的高价格是造成国产

汽车成本难以降低的重要原因。电控燃油喷射系统的成本占发动机的1/4-1/5，ECU的价格占整个电控燃油喷射系统的1/5左右。


随着世界各国工程机械、运输车辆等数量增加，柴油机排放的尾气已经成为对地球环境的主要污染原因之一，如何采取措施保护人类赖以

生存的地球环境已是当务之急。我国从80年代起相应制订了有关的标准，将环境保护作为大事来抓。与此同时，世界各国也已开始寻找和探究

其他方法和采取其他有效的技术措施主动地减少和控制污染物的排放。共轨式电控燃油喷射技术正是从众多方法和措施中脱颖而出的一项较为

成功的控制柴油机污染排放的新技术。柴油机高速运转时，柴油喷射过程的时间只有千分之几秒。“CRDI”是英文Common Rail

DirectInjection的缩写，意为高压共轨柴油直喷系统。该系统主要由高压油泵、喷油管、高压蓄压器（共轨）、喷油器、电控单元、传感器及

执行器组成。在高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环系统中，喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开，由高压油泵把高压燃油输送到公共

供油管，通过控制高压油泵电磁阀开启持续时间从而对公共供油管内的燃油压力实现精确控制；通过控制喷油器电磁阀开启时刻、持续时间从

而控制喷射提前角、燃油喷射量。高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机

供油压力随发动机转速的变化，从而改善发

动机的燃烧工作过程，在有效降低发动机排放水平的同时，还能够改善发动机的燃油经济性和降低燃烧噪声。

博世公司首家于1997年开始批量生产共轨燃油喷射系统的乘用车，当时博世和奔驰联合推出共轨技术柴油奔驰C级别车，而在当时阿尔法罗

密欧156也是最早使用高压共轨的乘用车之一。在国产车中，华泰现代使用的是共轨喷射系统。柴油共轨系统已开发了3代。

第一代共轨高压泵总是保持在最高压力，导致燃油的浪费和很高的燃油温度。第一代共轨系统为商用车设计的，最高喷射压力为140MPa，乘

用车喷射压力为135MPa。

第二代共轨系统可根据发动机需求而改变输出压力，并具有预喷射和后喷射功能。带有控制油量的油泵，喷射压力能达到160MPa。即使在压

力较低的情况下，该系统也可以根据实际状况提供适量的喷油压力。不仅有助于降低燃油消耗，而且还可以降低燃油温度，从而省去燃油冷却

装置。预喷射降低了发动机噪声：在主喷射之前百万分之一秒内少量的燃油被喷进了汽缸压燃，预热燃烧室。预热后的汽缸使主喷射后的压燃

更加容易，缸内的压力和温度不再是突然地增加，有利于降低燃烧噪音。在膨胀过程中进行后喷射，产生二次燃烧，将缸内温度增加200～250

℃，降低了排气中的碳氢化合物。博世公司的第二代共轨系统产品已经在沃尔沃的S60、V70D5及宝马的230d等乘用车上试用。


第三代共轨系统带有压电直列式喷油器。2003年，第三代共轨系统面世，压电式（piezo）共轨系统的压电执行器代替了电磁阀，于是得到

了更加精确的喷射控制。省去了回油管，在结构上更简单。压力从20～200MPa弹性调节。最小喷射量可控制在0.5mm3，减小了烟度和NOX的排放

。最高喷射压力达到180MPa。此套采用新研发的压电直列式喷油器的系统使带预喷和后喷的喷油率曲线范围更为自由。

实验证明，喷射过程中，高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。柴油的可压缩性质和高压油管中柴油的压力波动，使实际的

喷油状态与喷油泵所规定的柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在喷射时之后，使高压油管内的压力再次上升，达到令喷

油器针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开产生二次喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳氢化合物（HC）

的排放量，并使油耗增加。此外，每次

喷射循环后高压油管内的残压都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤其在低速区域容易产生上述现

象。严重时不仅喷油不均匀，而且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机燃油压力变化所造成的缺陷，现代柴油机采用了一种称之为“共

轨”的电喷技术，原理一般认为，柴油机喷油技术经历了传统的纯机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油两个发展阶段。而现代电控喷油技

术的崛起，则是计算机技术和传感检测技术迅猛发展的结果。

目前，电控喷油技术已从初期的位置控制型发展到时间控制型。共轨式电控燃油喷射设技术正是属于后者。共轨电喷技术是指在高压油泵、

压力传感器和电子控制装置（ECU）组成的闭环系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油方式。它是由高压油泵将高压燃

油输送到公共供油管，通过公共供油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随

发动机转速变化的程度。


因此，也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量，其大小取决于燃油轨道（公共供油管）压力和电磁阀开启时间的长短。该

技术不再采用传统的柱塞泵脉动供油的原理，而是通过供轨直接或间接的形成恒定的高压燃油，分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油

器上的高速电磁开关阀的启闭，定时定量的控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最

佳的发火时间、足够的能量和最少的污染排放。

分类按照喷油高压形成的不同，共轨式电控燃油喷射系统有两种基本型式，即高压共轨式和中压共轨式。

（1）高压共轨系统：高压输油泵（压力在120MPa以上）直接产生高压燃油后，输送至共轨中消除压力的脉动，再分送到各喷油器；当电子控

制装置按需要发出指令信号后，高速电磁阀（响应在200s左右）迅速打开或关闭，进而控制喷油器工作，即按设定的要求喷出或停喷高压燃油

。

（2）中压共轨系统：中压输油泵（压力为10-13MPa）将中压燃油输送到共轨中消除压力的脉动，再分送至带有增压柱塞的喷油器中；当高

速电磁阀开关阀接收到电子控制装置发送的指令信号后，就迅速开启或关闭，从而控制燃油器工作，迅即通过高压柱塞的增压作用，将从共轨

中来的中压燃油加压至高压（120-150MPa）后喷出或停

喷。高压共轨系统与中压共轨系统的主要判别在于，高压燃油的获得方式不同；前者由

高压燃油泵直接提供，而后者则借助于增压柱塞增压后获得。

该系统的基本特点是：（1）相对于一般机械式直列泵喷射压力相对较高，目前国内最高喷射压力可以达到1800bar；（2） 喷油压力独立于

发动机转速，可以改善发动机低速、大负荷时的性能；（3）可以实现5次喷射，调节喷油率形状，实现理想喷油规律；（4）喷油正时和喷油量

可以由ECU控制自由设定；（5） 驱动扭矩小及其NVH指标较好；（6） 可以通过电控系统进行各缸工作均匀性校正；（7） 喷油压力调节范围

宽泛，能适应各种工况，且起动性能好。(8)采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多

，利于柴油机燃烧过程的全程优化。 (9)采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量

控制较准确。(10)高速电测开关阀频率高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便的实现预喷射、后喷等功能，为优化

柴油机喷油规律、改善其性能和降低废气排放提供了有效手段。 (11)系结构移植方便，适应范围广，不像其他的击中电喷油系统，对柴油机的

结构形式有专门要求；尤其是高压共轨系统，与目前的小、中型及重性柴油机均能很好匹配，因而市场前景看好。

共轨系统缺点在于：（1）关键燃油喷射技术为国外少数几家公司所垄断；（2）油品适应性差；（3）共轨系统现今并未得到市场的可靠性认

可；（4）用户维修保养成本高，共轨发动机电控系统的故障必须依靠专业故障诊断仪器进行检测和维修，对于长途运输不利。与其它喷射系统

相比，共轨系统把压力产生与实际燃油喷射过程分离。“轨”被作为高压蓄压器，其内部燃油压力始终保持与发动机具体工况相适应的最佳压

力。共轨系统可被轻易地安装到各类不同的发动机中。除此之外，共轨系统还提供了更广阔的扩展功能和在燃烧过程设计上更多大的自由度，

它可以使柴油发动机以更低的排放、更好的燃油经济性和低噪声运行。电控共轨系统，是国内专家一致认为目前水平最高、将来会占统治地位

的一种电控系统。其喷油器的特殊设计，可实行灵活的多次喷射，且喷射压力可在不同转速和负荷条件下任意调节，给发动机带来的好处是极

为理想的指标。由于这些因素，电控共轨技术已普遍为新一代乘用车柴油发动机采用。

目前，这一项技术的研究课题有：（1）高压共轨系统的恒高压密封问题。（2）高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量不均匀

问题。（3）高压共轨系统三维控制数据的优化问题。（4）微结构、高频响电磁开关阀涉及与制造过程中的关键技术问题。共轨式电控燃油喷

射技术有助于减少柴油机的尾气排放量，并具有改善噪声、降低燃油耗等方面的综合性能。它在有利于地球环境保护的同时，也必将促进柴油

机工业、汽车农业及与之相关工业的向前发展。

研究热点正是由于共轨式电控燃油喷射技术具有上述特点，所以该技术一经问世，就得到世界上大多数柴油机制造厂商的青睐，其中，高压

共轨系统被认为是20世纪内燃机技术的3大突破之一。现在国外许多内燃机方面的专家学者都在致力于该项新技术的研究。并着手开发新一代的

高压共轨系统产品及其与之配套的产品。另外，主要国际汽车配件供应商都在进行柴油共轨喷射系统的开发，如：博世、德尔福、西门子、电

装公司、VDO和玛格纳-马瑞利公司，它们是全球主要的共轨喷射系统供应商，而目前在国内生产共轨柴油喷射系统的还只有博世一家。