第一章 電控高壓共軌柴油發動機概述

第一節 高壓共軌柴油系統的組成

電控高壓共軌式燃油系統于20世紀90年代中后期正式進入實用化階段，作為柴油機燃油系統的第三代電控技術，現在已得到廣泛的應用。由發動機驅動的高壓供油泵將燃油加壓后供入共軌內，變成了高壓的燃油經噴油器噴射到相應的氣缸內，噴油器是由計算機單獨控制的。到目前為止，共軌內的燃油壓力可以維持在130～160MPa范圍內。

為了改善柴油機的排放，可以自由自在地改變噴油參數和噴油形態，可以高自由度地控制燃油噴射，在一次工作循環中可以實現多段噴油（3次、5次或更多次），可以實現標定轉速4000r／min——相當于4.2μs的高速控制，將柴油機的燃燒效率、排放性能大大提高一步。

電控高壓共軌式燃油系統的基本組成如圖1-1所示。從功能方面分析，電控共軌系統可以分成兩大部分，即電子控制系統和燃料供給系統。

圖1-1 燃油供給系統構成框圖

有代表性的是日本電裝公司和德國博世公司生產的高壓共軌燃油系統。

圖1-2所示為電裝公司適用于轎車柴油機的ECD—U2（P）型電控共軌系統。

圖1-3所示為適用于中型和重型貨車柴油機的ECD—U2型電控共軌系統。

圖1-4所示為博世公司的第一代高壓電控共軌式燃油系統。

博世公司電控高壓共軌系統的特點如下。

1）共軌壓力為135MPa。

2）可以實現預噴射。

3）閉環控制。

4）可用于3～8缸轎車柴油機，可滿足歐3排放法規。

圖1-2 適用于轎車柴油機的ECD—U2（P）型電控共軌系統

圖1-3 適用于中型、重型貨車柴油機的ECD—U2型共軌燃油系統

圖1-5 所示是博世公司電控共軌系統在4缸柴油機上的安裝圖。

一、控制系統

高壓共軌電子控制系統可以分成三大部分：信號傳輸裝置、電子控制單元（計算機）和執行器。其中，電子控制單元是電控共軌燃油系統的核心部分。

圖1-4 博世公司電控高壓共軌式燃油系統

圖1-5 裝用博世共軌系統的4缸柴油機

1.信號傳輸裝置

注意

信號傳輸裝置的功用是將發動機及車輛運行時的各種狀態信息，由非電量轉變為電信號輸入電子控制單元，是電子控制器對執行器進行驅動控制的主要分析、判斷的依據，它對系統的精確控制起著至關重要的作用。

在電子控制系統中，信號傳輸裝置的種類很多，可按照不同的方法進行分類。

（1）按輸出信息性質分類 按輸出信息性質分類，傳感器可以分為開關型、模擬型和數字型。

1）開關型傳感器。工作時呈現兩個狀態，用數值“1”或“0”分別表示開或關、通或斷。如果傳感器的輸入物理量達到某個值以上時，輸出為“1”（開啟狀態）；在該值以下時，輸出為“0”（關閉狀態）。其設定的界限值即是開、關兩種狀態。這種“1”和“0”的數字信息可以直接傳遞到微機中進行處理，使用方便。

2）模擬型傳感器。工作時輸出的是與輸入物理量變化相對應的連續變化的電量。傳感器的輸入與輸出關系可能是線性的，也可能是非線性的。線性輸出信息可直接被采用，而非線性輸出信息則需要進行修正，或將其變成線性信息。這些信息要先輸入到模數（A／D）轉換器，轉換成數字信息以后，再輸送到微機進行處理。

3）數字型傳感器。數字型傳感器又可分為計數型和代碼型兩種。

①計數型傳感器。計數型傳感器又稱為脈沖型，任何一種脈沖發生器所發出的脈沖數都是與輸入量成正比的，對輸入量進行計數后，用來檢測執行機構的位移量。例如，曲軸或凸輪軸上安裝的光柵盤，就可檢測曲軸或凸輪軸轉動一定角度所發出的脈沖信息。

②代碼型傳感器。代碼型傳感器又稱編碼器，它是一種直接用數字代碼表示角位移和線位移的檢測器，每一輸入代碼相當于一個一定的輸入量，如電平可用光電元件或機械接觸式元件輸出。例如，增量式編碼器，它的碼盤的外圍是計數碼道，最內圈是一個基準，內圈中的碼道稱為方向碼道，它的計數碼道的線段是同樣的，但偏移了半個線段，其相位差為90°轉角。在某一旋轉方向，最外碼道的輸出超前于內碼道的輸出，沿外碼道的上升沿產生一個計數脈沖；當反方向旋轉時，其輸出就遲后于內碼道的輸出，并沿其下降沿產生計數脈沖，由此可以確定旋轉的方向。把外碼道的輸出脈沖加到計數器，再根據轉向而向上或向下減就可以計數。

（2）按傳感器的工作原理分類 按傳感器的工作原理可以分成5個類型。

1）力學傳感器。力學傳感器是將力學量的變化轉換成電信息的元件。力學量又可分為機械量和流體量兩個類型。在機械量中，幾何量隨著時間變化的叫做運動量；質量、力和轉矩等都叫做力學量。在汽車各個電子控制系統常用到的有速度傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器、空氣流量傳感器等。

2）電磁傳感器。電磁傳感器是將磁信息轉換成電信息的元件。除了電磁傳感器外，還有利用磁阻效應、霍爾效應開發成功的半導體磁性傳感器等，經常用做速度傳感器和轉角傳感器。

3）溫度傳感器。溫度傳感器是將溫度變化轉換成電信息的元件。可分成接觸式和非接觸式兩種。一般情況下，接觸式溫度傳感器使用較多，例如：熱敏電阻（固體溫度變化引起電阻變化的半導體）、雙金屬片式溫度計等。非接觸式溫度傳感器的實例有車輛中乘客數量傳感器就是利用熱電效應的紅外線傳感器。

4）光學傳感器。光學傳感器是將光量轉換成電信息的元件。由于光和半導體的相互作用，檢測出電子空穴的半導體光學傳感器。

5）電化學傳感器。電化學傳感器是將化學量的變化轉換成電信息的傳感器。例如，用于檢測排氣中氧濃度用的、由氧化鋯陶瓷制成的氧傳感器。

在電子控制系統中，關鍵是對傳感器測量的精度與可靠性要求，否則，由傳感器檢測帶來的誤差，將會導致整個控制系統的失靈或故障。另外，在電子控制系統中所用傳感器的數量，理論上不受限制，只要位置許可、功能需要都可設置傳感器。如果能把所有傳感器的信息都轉變為電信息，經過多通道輸入，計算機就能進行處理，并得到高精度的控制。

在高壓共軌電控系統中，除了上述常用的傳感器以外，還有一個特殊傳感器——共軌壓力傳感器。它的作用是以足夠的精度，在相應較短的時間內，測定共軌中的實際壓力，并向ECU提供信息，用以對噴油壓力進行控制，實現精確的噴油控制。

2.電子控制單元

電子控制單元常用ECU（Electronic Control Unit）表示。不同廠家的名稱不盡一致。例如，日本電裝公司叫做ECU，博世公司則稱EDC，威孚公司也稱EDC，還有稱ECM的。不管名稱如何，其基本功能是始終一致的。

電子控制系統的控制框圖如圖1-6所示。

圖1-6 電子控制系統的控制框圖

1）作用與工作原理。

注意

ECU的作用是接收來自各種傳感器的信息，按照預先設計的程序，經過快速的處理、運算、分析和判斷后，把各個參數限制在允許的電壓電平上，適時地輸出控制指令，控制執行器執行各種預定的控制功能，借以控制發動機。

ECU的核心部件是微型計算機，即微機（電腦），所以有時簡單地將ECU稱為微機或電腦。

微處理器根據輸入數據和存儲在MAP中的數據，計算噴油時間、噴油量、噴油率和噴油定時等，并將這些參數轉換為與發動機運行匹配的隨時間變化的電量。

圖1-7所示是柴油機的電控共軌式燃油系統的線路圖（電裝）。

以發動機的轉速、負荷為基礎，經過ECU的計算和處理，向噴油器、供油泵等發送動作指令，使每一個氣缸內都有最合適的噴油量、噴油率和噴油定時，保證每一個氣缸的燃燒過程最佳。

ECU根據發動機轉速、油門開度等計算出最佳噴油量，控制噴油器的電磁閥，在指定的時間內開啟和關閉噴油器的針閥，從而準確控制噴油量。每循環的噴油量和脈沖寬度近似成正比。

2）ECU的處理能力。為了適應不斷改進的控制功能，ECU自身技術含量也在不斷發展。ECU中所使用的微型計算機的ROM（只讀存儲器）和RAM（讀寫存儲器）的內存容量也在不斷增加。

圖1-7 柴油機電控共軌燃油系統線路圖（6HK1—TC）

在控制功能、內存容量不斷增加的同時，還要求CPU的處理速度不斷提升。現在大量采用的是16位或32位CPU。今后將以32位的CPU為主，而且，隨著工作頻率的提高，高速緩存存儲器的廣泛采用，浮點小數運算單元、數字信號處理器等也勢必進一步擴大應用。

隨著控制部件數量的增加、各個氣缸控制項目和故障診斷功能的追加、發動機綜合控制功能的增加以及模擬電路功能數字化等，數據的輸入輸出量也在不斷增加，A／D轉換器的頻道數也將會不斷增加。按照不同的功能，隨著年代的推移，輸入輸出信息的變化情況見表1-1。

表1-1 微機輸入輸出信息的變遷

注：SCI—串行接口；FPU—浮點數字處理單元。

3）定時功能。噴射定時、多段噴射控制等都要求更高的時間精度。螺線管，電動機的電流控制、相位控制等都要求更高的頻率，占空比輸出、多個定時同時動作等，在時間方面的匹配都是非常嚴格的。為了不給CPU增加更多的處理負擔，但又要滿足上述各種功能，因此要求微機配用的時間定時器更加智能化、功能化。

4）通信功能。為了實現和故障診斷工具通信、變速控制、牽引控制等和其他控制單元之間的協調控制，實現多種設備之間的高速化和通信簡易化，車內局域網（CAN）方式在電子控制系統中得到了廣泛的應用，局域網控制器（CAN—Controller Area Network）等必將大量使用。今后，包括其他控制單元和定時器的同步控制功能的通信方式也將會被采用。

5）存儲器的多樣化。微機中ROM在ECU工序之前必須將程序寫進去，因此，控制程序必須提前決定下來，即使是硬件結構完全相同，僅就程序本身來說，軟件的數量也會增加。現在，主要是采用閃存（FLASH MEMORY），在ECU裝配完成之后，ROM中的程序可以更改重寫。這樣，從程序定形開始到ECU完成的時間可以縮短，硬件可以實現標準化。

故障診斷結果的記憶，傳感器、執行機構的各種特性數據的記憶，防盜裝置ID代碼的記憶等，當電源斷掉以后也不會消失，而且要求可以一次又一次的改寫。為了滿足這樣的要求，需要使用電子可擦可編程只讀存儲器（Electric Erasable PROM，EEPROM）。

6）ECU的小型化。ECU的功能不斷增加，同時，車輛上電子控制設備的體積等也在不斷增大，因此，要求ECU可以安裝在不同的地方，而且必須追求ECU的小型化。主要體現在電子零部件的小型化和布線高密度化。現在，一般采用的方法是將電子零部件安裝在線路板的上面。提高電子零部件安裝密度的基本方法是追求零部件的小型化。圖1-8所示為小型高密度ECU的內部結構。

圖1-8 小型高密度ECU內部結構（外形）

7）耐環境性。耐環境性主要包括防水性、耐熱性和耐振性。

①防水性。ECU安裝在發動機室時，首先要求的性能是防水性。例如，在ECU內部填充硅油等，侵入到ECU內部的水分不會影響到ECU的性能。最近，由于追求設計輕量化和重復使用性，將ECU設計成全封閉型，但不加填充物質。這時，為了緩和ECU內外壓力差，設置了通氣孔，同時，還要防止水分從通氣孔進入ECU內部。此外，還要防止水分從接頭處進入ECU內部。圖1-9所示是防水型ECU的結構。

②耐熱性。ECU布置在發動機室內的另一個問題是耐熱性。不僅有發動機主體的熱問題，還由于采用了大電流驅動的電磁閥、電動機等執行器的增加，ECU內部的發熱也是一個大問題。提高ECU耐熱性有以下主要措施。

a.采用耐高溫的元器件。

b.采用低發熱元件。

c.采取必要的散熱結構。

③耐振性。當ECU安裝在底盤上時，傳遞到ECU上的振動加速度為40～50m／s2；安裝在發動機或進氣系統上的時候，振動加速度可達100～300m／s2。提高ECU耐振性的措施是將基板固定到金屬平板上，抑制振動；安裝重心低的元件；采用能承受微小摩擦的插座。

3.執行器

發動機電子控制系統的各種控制功能的實現，都是借助于各自的執行器來完成的。因此，根據發動機電子控制系統具備的控制功能強弱不同，各種車型上控制發動機的執行器亦有多有少。在柴油機高壓共軌電控系統中的執行器主要有電控噴油器和燃油壓力控制閥等。

（1）電控噴油器 噴油器總成是高壓共軌燃油系統中最關鍵、最復雜的部件，在共軌系統中，以電控噴油器取代了傳統的機械噴油器。在噴油過程中，主要是在電子控制器的控制下進行的，把電信號轉變為機械信號，實現機電一體化控制。這個轉變過程在電磁閥控制的電控噴油系統中，主要由電磁閥來執行，因此電磁閥在時間控制系統中的作用至關重要。

噴油器中的指令脈沖、針閥升程、指令壓力和噴油率圖形隨時間變化的過程如圖1-10所示。噴油始點和噴油延續時間由指令脈沖決定，與轉速、負荷無關；因此，可以自由控制噴油時間。

圖1-9 防水型ECU的結構

圖1-10 噴油器中的信號譜

在主脈沖之前，有一個脈寬相當小的預噴射脈沖，可以方便地實現預噴射。根據發動機的實際需要，預噴射形狀可以有多種形式。

決定預噴射形狀的參數有預噴油量大小及預噴油和主噴油之間的時間間隔。但是，實現該理想的噴油速率圖形的具體方法主要是準確而細致地調節脈沖始點、脈沖寬度和脈沖間隔。

噴油器的控制電路如圖1-11所示。

圖1-11 ECD—U2噴油器的控制電路

根據ECU送來的電子控制信號，噴油器將共軌內的高壓燃油以最佳的噴油時刻、最適當的噴油量、最合適的噴油率和噴霧狀態噴入發動機燃燒室中。

注意

噴油器常見故障如下。

霧化不良——將導致發動機功率下降，排氣冒黑煙，機器運轉聲也不正常。

針閥卡死——將導致發動機功率下降、抖動，嚴重的甚至無法起動。

針閥與針閥孔導向面磨損——將導致功率降低、起動困難、甚至無法起動。

噴油嘴滴油——會導致當柴油機溫度低時，起動困難，排氣管冒白煙，柴油機溫度上升后則變成冒黑煙且油耗偏高。

回油量過高——會導致噴油壓力降低，噴油時間推遲，發動機功率下降，甚至造成柴油機熄火。

近年來，在電控燃油系統的噴油率控制方面取得了新的進展，在一次噴油循環中可以實現5段甚至7段噴油（理論上可以實現更多段噴油）。但其中只有一次是主噴射，其余均為輔助噴射，目的在于改善燃燒質量，改善排放等。

現代柴油機在經濟性、排放、噪聲、穩定性、安全性和舒適性等各方面要求都在不斷提高，各種高標準的法規已使電磁閥控制難以滿足。尤其是電磁閥對必須采用多次噴射才能滿足要求的噴油規律極難適應，為此，德國西門子、博世等公司相繼開發了以壓電晶體驅動的電控噴油器。與高速開關電磁閥相比，壓電晶體控制的噴油器具有更大的優勢（表1-2），高壓共軌噴油系統采用了壓電晶體控制的噴油器后，能獲得更快的響應速度，更靈活、更精確地進行控制，能適應更多次噴射，使柴油機獲得更好的綜合性能，高壓共軌系統的優勢更能發揮出來。

表1-2 電磁閥噴油器與壓電晶體噴油器的比較

注：＋表示好；－表示差；0表示一般。

采用壓電晶體噴油器的高壓共軌電控噴油系統，除噴油器外，其他部件與采用高速電磁閥控制的噴油系統相同。

1）壓電效應的性質。壓電效應有下述兩種不同性質的過程。

①正壓電效應。壓電材料（如石英晶體等）在外力的作用下變形時，壓電晶體上會產生與應變量成正比的電荷，進而在電極之間產生電壓。電荷的多少和極性與所加的機械力的大小和性質（拉力或壓力）有關。當外力去除后，壓電晶體又重新回到不帶電的狀態。這種現象稱為正壓電效應。

②逆壓電效應。如對壓電晶體施加一個電壓，在外電場作用于壓電晶格上時，電流流過會使晶格伸長，當斷電后壓電晶體又恢復到起始狀態。這種現象稱為逆壓電效應。

上述正壓電效應是機械能轉變為電能的過程；逆壓電效應則是電能變為機械能的過程。兩種壓電現象統稱為壓電效應。

在壓電式傳感器中，大多是利用壓電材料的正壓電效應，而壓電執行器則主要是利用壓電材料的逆壓電效應。

壓電材料有壓電單晶材料、壓電多晶材料（壓電陶瓷）、有機壓電材料等。高速開關閥中用的材料，一般是壓電材料中石英晶體和各類壓電陶瓷。

石英晶體是單晶體中應用最為廣泛的一種壓電晶體，它沒有熱釋電效應，其主要優點是性能穩定，介電常數和壓電常數的溫度穩定性特別好。

壓電陶瓷是一種多晶鐵電體。鋯鈦酸鉛系列壓電陶瓷，目前應用較廣。它由較高的壓電常數和居里點（300℃），工作溫度可達250℃。各項機電參數穩定，隨溫度和時間等外界因數變化很小。

2）壓電晶體的特點。壓電晶體的主要特點如下。

①響應速度快。作為快速開關時間為10～30μs，用作壓電執行器比電磁執行器要快很多倍。這是由于壓電執行器的磁場建立時間幾乎可忽略不計。

②位移控制精度高，可達0.01μm，重復性好。

③有較大的單位輸出力，可達3.9kN／cm。

④能耗低。由于壓電晶體是一種電容元件，無電感阻力，只有在充電、放電時消耗少量能量，在維持通電過程中不消耗能量。

（2）燃油壓力控制閥 燃油壓力控制閥也稱燃油計量單元或燃油計量閥，用以分割高壓及低壓端，一般安裝在供油泵上，它的作用是用于調整共軌內的燃油壓力。方法是調整供油泵供入共軌內的燃油量。所以，向控制閥通電和斷電的時刻就決定了供油泵向共軌內供入的供油量。

調壓閥的作用是根據發動機的負荷狀況調整和保持共軌中的壓力。當共軌壓力過高時，調壓閥打開，一部分燃油經集油管流回到油箱；當共軌壓力過低時，調壓閥關閉，高壓端對低壓端密封。

燃油壓力控制閥的控制電路如圖1-12所示。

圖1-12 燃油壓力控制閥控制電路

注意

燃油計量閥常見故障有線路故障和電磁閥故障。

計量閥驅動線路開路或短路，閥芯卡滯、閥針磨損，根據計量閥常開型或常閉型的不同，可導致共軌管壓力超高、泄壓閥被強行沖開，或共軌壓力過低，造成起動困難或無法起動，發動機功率不足，轉速受限等故障現象；計量閥失效，可以明顯感覺回油管溫度很高。

二、燃料供給系統

燃料供給系統可分為低壓系統和高壓系統兩大部分，如圖1-13所示。

圖1-13 電控高壓共軌燃油供給系統部分

1.低壓系統

低壓系統的主要作用是向高壓泵輸送足夠的清潔燃油，由油箱、粗濾器、輸油泵、精濾器（含油水分離器）及低壓管路等組成。

輸油泵的主要作用是使燃油產生一定的壓力，以克服濾清器及低壓管路的油流阻力，把油箱內的燃油不斷地輸入高壓泵，在柴油機的任何工況下，都能提供充足的燃油。目前有兩種典型結構：一種是電控輸油泵；另一種是機械驅動的齒輪式輸油泵。

2.高壓系統

高壓系統除使燃油產生高壓外，還對燃油進行檢測、控制和分配，其中最重要的部件是高壓泵、高壓共軌（包括壓力傳感器、壓力控制閥、流量限制閥）和噴油器等。

（1）供油泵 供油泵是低壓和高壓部分之間的接口，它的作用是在車輛所有工作范圍和整個使用壽命期間準備足夠的、已被壓縮了的燃油。除了供給高壓燃油之外，它的作用還在于保證在快速起動過程和共軌中壓力迅速上升所需要的燃油儲備、持續產生高壓燃油存儲器（共軌）所需的系統壓力。

1）電裝公司供油泵。電裝公司共軌系統第一代產品是直列泵型的HP0型供油泵系列，有HP0—UHD、HP0—HD和HP0—MD。供油壓力為120MPa，到2000年以后，供油壓力提高到145MPa。

第二代產品的特征是：HP0系列供油泵的供油壓力提高到180MPa，推出了ECD—U2（P）用的轉子式供油泵—HP3和HP4。在轉子式供油泵中全部采用進油計量，供油壓力均為180MPa。

圖1-14為直列泵和轉子泵的外形結構。

圖1-14 電裝公司供油泵結構

a）HP0型直列泵 b）HP4型轉子泵

表1-3 是電裝公司供油泵的基本參數。

表1-3 電裝公司共軌系統供油泵的基本參數

不同的發動機可以選用不同的供油泵。一般情況下，大型柴油機選用類似于直列泵的供油泵，小型柴油機可以選用類似于分配泵的轉子式供油泵。

供油泵產生的高壓燃油經共軌分配到各個氣缸的噴油器中；燃油壓力由設置在共軌內的壓力傳感器檢出，反饋到控制系統，并使實際壓力值和事先設定的、與發動機轉速和負荷相適應的壓力值始終一致。

表1-4是電裝公司供油泵的產品系列概況。

表1-4 電裝公司供油泵產品

2）博世公司供油泵。博世公司的供油泵像普通分配泵那樣裝在柴油機上，通過離合器、齒輪、鏈條或齒帶由發動機驅動，最高轉速為3000r／min，采用燃油潤滑。

博世公司高壓共軌系統使用的是VP系列電控分配式高壓油泵，目前在直噴式電控柴油機上應用較多的是VP37和VP44型分配泵。其中VP37型電控分配泵多應用在柴油轎車上，VP44型電控分配泵多用在大、中型柴油發動機上。

圖1-15所示為供油泵結構。

視安裝空間不同，調壓閥或直接裝在供油泵旁或單獨布置。燃油被供油泵內三個徑向柱塞壓縮，柱塞相互之間錯開120°。由于每一轉有三個供油行程，故驅動峰值轉矩小，供油泵驅動裝置受載均勻，轉矩為16N·m，僅為分配泵驅動轉矩的1／9左右。

3）威孚公司供油泵。我國威孚公司研制開發的電控共軌系統的供油泵是一種柱塞式直列泵。目前只有2缸。采用機油強制潤滑，三作用型凸輪軸。圖1-16所示為CB10型供油泵結構。

圖1-15 供油泵結構

圖1-16 威孚公司的CB10型供油泵

威孚公司CB10型供油泵的特點是用滑套調節供油量。因此，對電磁閥要求較低，不必像一般供油泵的電磁閥那樣每一次都有供油動作。CB10型供油泵的技術參數見表1-5。

表1-5 威孚公司CB10型供油泵參數

4）美國德爾福公司供油泵。美國德爾福公司生產的在LDCR型共軌系統中采用的供油泵如圖1-17和圖1-18所示。

供油泵的供油能力在160MPa壓力下供油量為每轉0.7cm3。

供油泵的工作原理是，采用一個內凸輪環和對置柱塞。但該泵的凸輪環由供油泵軸帶動

圖1-17 LDCR共軌系統的供油泵剖面圖

圖1-18 LDCR共軌系統的供油泵結構

旋轉，兩個對置柱塞位于靜止不轉的泵頭橫向孔中。這種結構使分配轉子與滑套之間沒有必要保證很小的間隙。凸輪環有4個內凸起，一對柱塞在單一的泵油腔中工作，凸輪轉一轉，泵油4次。

供油泵裝有進油計量閥，用于初步控制共軌壓力。所需要的燃油量由ECU計算，并且僅僅允許必要的燃油進入供油泵，所以沒有燃油從共軌中溢出。

供油泵可以有一個泵油腔，也可以有2個泵油腔，2個泵油腔以45°角布置，這樣，凸輪環每轉一轉可泵油8次。

5）西門子公司供油泵。西門子公司第二代共軌系統中的供油泵是徑向柱塞泵，有3個柱塞，如圖1-19所示。該泵是西門子公司與Rexroth AG公司聯合開發設計的。該泵采用模塊化結構，可以實現多種組合。例如：帶有供油壓力調節裝置的內裝式輸油泵；流量控制閥；壓力控制閥。因此，通過組合可以很快地給用戶提供各種結構的特種供油泵。

西門子公司建議：供油泵應配備所有可能的部件以得到最高的效率。共軌內的壓力采用變量控制閥控制。壓力控制閥使油壓快速下降，并且具有安全閥的功能。在全負荷供油時，在整個速度和壓力范圍內供油泵的總效率為70％～80％。

在部分負荷供油時，此方案的優點顯而易見，總效率大于50％，許多場合下甚至大于60％。這樣，相對于壓力控制泵來說，變量控制泵的功率損耗要減少600W。

各種電控共軌系統中采用不同的供油泵，不僅結構不同，而且特性也大不相同。圖1-20中列出了電裝公司、博世公司以及Rexroth公司的下一代電控共軌系統中的轉子式供油泵的結構。

這幾種轉子式供油泵的結構是相似的，但其對應的特性參數卻很不一致，具體參數見表1-6。

圖1-19 西門子共軌系統的供油泵

表1-6 下一代電控共軌系統中的供油泵參數

圖1-20 三家公司的供油泵

（2）高壓共軌（蓄壓器）

1）高壓共軌。高壓共軌（簡稱軌道）又名高壓蓄壓器，是高壓共軌系統中最具有特色的部件，整個噴油系統也以此部件名稱來命名，足見其重要性。

高壓共軌實質上是一個蓄壓器，其功能是用來儲藏高壓燃油，保持油壓穩定并將高壓燃油分配（通過短油管）給各缸的電控噴油器。由于各缸共用一個油軌，因此稱其為“共軌”。工作時，共軌內的燃油雖然不斷從噴油器噴出，但高壓燃油卻源源不斷從高壓泵向軌道內補充，使蓄壓器內的燃油壓力基本保持不變，因而保證了噴油壓力的恒定。圖1-21所示為高壓共軌的安裝位置。

高壓共軌軌道一般都成管狀，如圖1-22所示。根據不同發動機的結構條件，外形也有一定的差異，雖然形狀各異，但都要求有合適的位置安裝軌道壓力傳感器、壓力限制閥和流量限制閥等控制部件，隨時檢測軌道內的燃油壓力，并控制軌道壓力，限制噴油量。

高壓共軌看似形狀簡單，其中燃油油軌為一個管狀厚壁容器，其容積對共軌系統的性能有一定影響：為了減小噴油對軌道壓力產生的波動，通常要求軌道內儲油容積足夠大，使每一循環的燃油占總容積的比例很小，這樣可減小噴油后對壓力波動的影響；為使柴油機起動時，軌道內能迅速建立高壓，使柴油機盡快進入正常工作狀態，又希望軌道容積盡可能小。

以上分析表明，軌道容積過大、過小都有弊病。為選擇合適的軌道容積，通常根據不同的發動機，通過對整個高壓系統的模擬計算（考慮燃油的可壓縮性）和匹配試驗來確定其尺寸和腔內容積，以保證在噴油器噴油和高壓泵脈動供油時軌道內的燃油壓力波動盡可能小，同時也要保證起動時，軌道內的油壓能迅速建立，由此得出最佳折中方案。

2）高壓共軌上的相關部件。

①軌道壓力傳感器。為使柴油機能獲得良好的性能，除對噴油定時、定量要求外，合適的噴油壓力也是一個非常重要的參數。軌道壓力傳感器負責將燃油壓力這個重要的信息反饋給電控單元（ECU），以便ECU能對油壓以及整個噴油過程進行有效的控制。

圖1-21 共軌管的安裝位置

圖1-22 高壓共軌部件

1—軌道（蓄壓器） 2—軌道進油口（來自高壓泵的高壓油） 3—軌道壓力傳感器 4—壓力限制閥 5—回油口（從軌道流回油箱） 6—流量限制閥 7—通向噴油器

②流量限制閥。流量限制閥的作用是控制最大燃油流量，防止超供燃油，在非正常情況下，阻止噴油器持續噴油。為達到這一目的，如果某一缸從軌道輸出的油量超出規定值時，流量限制閥就關閉通往該缸噴油器的油路。

③壓力限制閥。流量限制閥的作用是防止流量過多，而壓力限制閥則是限制壓力過高，兩者雖然目的不同，但采取的措施基本一致，都是通過排出一定的流量來達到目的的，這是由于流量和壓力有著密切的關系，在相同的容積內油量多、壓力高，油量少、壓力低，因此，在進油通道內排出部分油量，既能控制流量又能限制壓力。

為限制軌道內燃油壓力過高，裝有壓力限制閥，對軌道內的燃油壓力加以限制，把軌道瞬時最大壓力限制在允許值內。如最高軌道壓力限值為160MPa，在運行中，應把軌道內的燃油壓力限制在該值范圍內。