柴油机实现电喷后,排放大大降低,是继机械喷射、增压喷射后的又一里程碑。初期的电喷系统是位置控制式,通过改变齿条式滑块及柱塞滑套等机构的位置来调节油量和正时再采用电子伺服系统控制这一调节的实施。这一系统响应慢,精度低切不稳定。
新一代的电喷系统采用时间控制,用高压电池阀代替机械机构,对燃油实施数字调节,而且这种系统逐步向高压迈进,使柴油雾化得非常细,燃烧完全又不明显提高燃烧温度,全面降低HC、CO、NOx、微粒(PM)和碳烟的排放,而且降低油耗。最近出现了共轨高压喷射系统,它是最有前景的柴油机电喷系统。高压共轨喷射系统是一个将高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环控制系统。所有气缸的喷嘴都连接着一根公共的油管(简称油轨),油轨里始终有恒定的压力,高压喷油泵将燃油送入油轨,然后才由油轨送入喷油器。喷油器的开启都由电磁阀内的燃油压差来控制,电控单元ECU根据负荷转速等信号确定应有的喷射压力和喷油时刻,在恰当的时刻发出脉冲信号,使喷油器恰当开启。其特点是可以自由控制喷油量和压力、自由控制喷油速率和喷油正时。代表产品有德国Bosch公司的UNIJET系统及日本电装公司的ECDU2系统等。
柴油机工作过程的核心问题是尽可能快地实现油气的均匀混合,保证燃烧迅速、完全,PM排放少。因此燃油的喷雾细化至关重要。研究表明,为了保证柴油机的高效低排放燃烧,喷油压力应从目前的50~100Mpa提高到150~200Mpa。而对目前广泛应用的泵-管-喷嘴机械式喷油系统来说,压力过高易造成二次喷射等异常情况,这种喷油系统只在最高转速和最大负荷(最大循环喷油量)的情况下才能产生最大喷油压力,而在低转速和低负荷时,喷油压力大大降低。另外,这种系统很难实现喷油规律的控制。共轨喷射系统采用独立的高压油泵可以达到很高的喷油压力(大于150Mpa)。喷油压力的大小与发动机的转速和负荷无关,可独立控制,即使在低转速和低负荷时也能保证足够的喷油压力。该系统的另一优点是通过对喷油器的电磁阀进行必要的设计和控制后,能实现预喷射和主喷射组成的二次喷射,对降低燃烧时的噪声和NOx排放很有利