类型和工作原理 柴油喷射器是现代柴油发动机燃油喷射系统的核心。其主要作用是将高压柴油雾化到燃烧室，形成均匀的细小液滴，从而促进与热压缩空气的有效混合。精确且可控的喷射过程有助于优化发动机性能、减少污染物排放并提高燃油经济性。柴油喷射器技术种类繁多，每种技术都有其独特的设计、控制和应用特性。柴油喷射器主要由以下部分组成：喷嘴支架：一个钢块，用于将燃油从高压管路引导至内部压力室；针阀（或喷油针）：一个锥形活塞，在静止状态下密封喷嘴的出油孔；弹簧：一种力，使阀门保持关闭状态，直到燃油压力超过开启阀门所需的阈值；喷嘴：一个穿孔的部件，上面有一个或多个孔，燃油以极高的压力喷出；压电线圈或晶体：一种执行器，在接收到电信号后，允许或阻止阀门打开。回油管接头：密封喷油器，并将多余的燃油抽出用于内部润滑，然后返回油箱。在每个发动机循环中，柴油泵产生的压力范围为 100 至 2,000 bar。当加压燃油到达喷嘴座并克服弹簧力时，针阀上升，燃油通过喷嘴孔释放。当压力释放时，弹簧将针阀推回其密封座，从而中断燃油流动。电磁（螺线管）喷油器 电磁喷油器是上一代柴油发动机中最常见的喷油器。其电磁铁由一圈铜线组成，当电流通过时会产生磁场。该磁场克服弹簧力并提升针阀，从而启动喷射。特性：开启/关闭时间：约 1 毫秒，足以完成单次喷射。控制：由指令单元 (ECU) 通过可变宽度电脉冲 (PWM) 进行管理。优点：价格适中、坚固耐用，易于集成到机电系统中。局限性：响应速度比压电式慢；对于非常短的喷射，压力和数量控制不太精确。这些喷油器通常用于第一代和第二代共轨喷射系统，其中轨道压力很高，但ECU尚不需要极短的脉冲或单个循环中的多次喷射。压电喷油器压电喷油器代表了柴油喷射技术的最先进发展。它们使用压电晶体代替线圈，当施加电脉冲时，压电晶体会立即变形并将力直接传递到针头。特点：响应速度：十分之一毫秒，允许在单个循环中执行多次喷射事件（预喷射、主喷射和后喷射）。精度：燃油量控制极其精确，优化燃烧并减少氮氧化物和颗粒物排放。复杂性和成本：更昂贵，需要ECU中的特定电子电路和精心的热管理。应用：高效、低排放柴油发动机（欧6及以上）、高性能涡轮增压柴油机。压电喷油器能够控制非常短的喷射序列，从而使燃烧平稳、降低发动机噪音并提高听觉舒适度。机械喷油器和泵喷油器系统在共轨普及之前，柴油机系统将机械喷油器与分配泵或单体泵结合使用：转子泵（分配器）：泵产生高压，并使用内部转子按顺序将其分配给每个喷油器。倒置泵（单体喷油器）：每个气缸都有一个直接集成在喷油器上的高压泵。压力在每个单元中局部产生。泵喷油器单元：结构紧凑，能够达到中等压力（最高 900 bar）。优点：无需高压管道，减少密封件和泄漏点的数量。缺点：重量大、机械复杂、噪音大；喷射控制不如共轨灵活。尽管泵喷油器系统目前在乘用车中已过时，但由于其简单且对低质量燃料的耐受性，仍在工业应用和重型机械中使用。共轨系统 共轨系统在21世纪初彻底改变了柴油喷射系统。其架构将压力产生与燃油计量分离：共轨（简称“油轨”）：蓄压管，为所有气缸维持恒定的高压燃油（最高可达2,500 bar）。独立高压泵：提升油轨压力。电磁阀或压电式喷油器：分别从油轨接收加压燃油，并在ECU的直接控制下进行计量。优点：喷射压力和发动机转速无关。每个循环可进行多次精细喷射：提高效率，降低噪音和污染物排放。灵活性：自动适应负载和温度条件。共轨系统如今已成为汽车柴油发动机的标准配置，实现了燃油经济性、性能和环保合规性的最佳结合。维护和常见故障：喷油器的状况直接影响发动机的性能和使用寿命：针阀/喷嘴堵塞或磨损：会导致动力损失、抖动和冒黑烟。内部或外部泄漏：油耗高，冷启动困难。电气故障（电磁阀烧毁或压电晶体损坏）：一个或多个气缸的同步故障和喷射损失。燃油污染：沉积物和水会损坏内部组件。共轨时代（1997 年至今）共轨将压力产生与计量分离，彻底改变了柴油喷射：20 世纪 90 年代末：使用博世 CP1 和 CP2 泵，CR 达到 140-160 MPa，允许每个循环进行双喷射。第二代：增压压力为 180-200 MPa，采用三相策略（预喷射、主喷射和后喷射）来处理颗粒物和氮氧化物排放。第三代：响应时间为 0.1 毫秒的压电执行器，可实现多达五次精细喷射和卓越的雾化效果。第四代：压力高达 250 MPa，喷油器内部液压增压，改进了热峰值控制，并实现了超低排放 [^10]。当前的 CR 系统符合欧 6 和未来的法规，可优化燃油消耗、降低噪音，并通过涡轮增压器实现小型化。