典型高速电磁阀驱动的高压共轨喷油器分析比较

1.BOSCH公司高速电磁阀控制的高压共轨电控喷油器结构

首先分析图5-26所示的BOSCH公司的高速电磁阀控制的高压共轨电控喷油器的结构特点。

高压共轨喷油器要实现高压喷射，各环节的密封至关重要。其中包括许多高压静密封和动密封。其中，控制柱塞套与喷油器体利用控制柱塞套外圆与喷油器体内阶梯孔实现间隙配合，并以此实现控制柱塞套在喷油器体中的径向定位，控制柱塞套的肩胛面和喷油器体的中空平面贴合实现控制柱塞套在喷油器体中的轴向定位。但控制柱塞套与喷油体之间还有一个环形槽，此槽内充满超高压燃油。高压燃油在工作时，要经过控制柱塞套径向的一个阻尼孔，即进油节流孔进入控制柱塞套内的控制腔，然后作用在控制柱塞上，控制针阀实现喷油。此环形槽内的燃油还会利用控制柱塞套肩平面与喷油器体中空平面之间的径向间隙泄漏，而且还会利用控制柱塞套的最小外圆与喷油器体内孔之间的轴向间隙泄漏。这两处的泄漏如果不能得到有效的控制，则高压共轨喷油器中的超高压喷射是不可能实现的。其中控制柱塞套外圆肩面与喷油器体中空平面之间的径向缝隙，可以通过柴油机传统喷油系统的成熟技术减少缝隙，以实现可靠的静密封。而控制柱塞套外圆与喷油器体内孔之间的轴向环状间隙形成的泄漏，BOSCH公司是在控制柱塞套与喷油器体内孔之间的环形槽内装了一个矩形截面的填充聚四氟乙烯复合材料的固体密封圈，以实现可靠的密封。

但控制柱塞与控制柱塞套内孔之间要实现相对轴向运动，此处为滑动配合，也就是为动密封或间隙密封。针阀和针阀体内孔之间也要有相对轴向运动，实现喷油，这也是滑动配合、动密封。这些部位由于是滑动配合，其必然存在间隙，这种间隙不能太小了，否则无法保证可靠的往复运动，而太大了，必然燃油泄漏严重，无法建立起高压，不能实现高压喷射，而且，这些部位的泄漏始终存在，不论喷油与否，试验已经证实这两处的泄漏通常在5～20L/h^[8]。显然这是一个无法克服的矛盾，而且随着柴油机排放法规的不断升级，排放法规日益严格，柴油机必须进一步提高喷油压力，这样使得这些部位的间隙密封的问题更为突出，实际上由于这些部位的间隙，这种结构的高压共轨喷油器要实现喷油压力的进一步提高已很困难。另外，控制柱塞套肩平面与喷油器体中空平面之间的径向间隙泄漏，控制柱塞套的最小外圆与喷油器体内孔之间的轴向间隙泄漏。这两处尽管是静密封，但随着喷射压力的进一步的提高，保证可靠的密封同样也很困难。同样这些部位的泄漏如果不能得到有效的控制，则高压共轨喷油器中的超高压喷射也是不可能实现的。

另外，这种喷油器是通过控制控制柱塞的上、下运动，进而控制针阀上、下运动，实现喷油。此控制柱塞在喷油器不喷油时，两端受很大的压力作用：一端为控制腔中的高压燃油作用在控制柱塞上端平面上的压力，另一端为高压燃油作用在针阀小头锥面上的压力和针阀体作用在针阀小头锥面上的反作用力，控制柱塞两端此时所受的力大小相等方向相反，而控制柱塞为典型的细长杆，在此情况下必然会产生轴向压缩变形和弯曲变形，根据Marco Cop-po^[9]对一种BOSCH公司的轿车用的高压共轨喷油器的控制柱塞（直径4.3mm）、P系列针阀的变形研究得到：在共轨管燃油压力为140MPa时，控制柱塞的轴向变形为106μm，针阀的轴向变形量为52μm，而该喷油器针阀的升程为364μm。尽管这种变形可能很小，但相对针阀喷油时的有效升程，此变形就不小了。而当喷油器开始喷油时，控制柱塞上端控制腔的燃油压力大幅降低，控制柱塞在不喷油时产生的变形消失，这样使喷油器针阀的有效升程发生变化，结果使喷油量发生变化，尤其在比较小的喷油量状态下，对实际喷油量的影响是不容忽视的。如果这种喷油器应用于小缸径的柴油机，而这种小缸径的柴油机又采用了四气门，即两个进气门，两个排气门，这时由于这种喷油器的高速电磁阀，不是压力平衡式的电磁阀，所以电磁铁的外形尺寸比较大，特别是随着喷油压力的不断提高，电磁铁的外形尺寸更要加大，以满足喷油器的电磁吸力的需要。在这种情况下，尽管喷油器体外形尺寸可以很小，以适应小缸径、四气门柴油机缸盖上狭小的安装空间的需要，但由于电磁铁尺寸的限制，只能将喷油器体加长，使大直径的电磁铁从四气门的安装气门驱动机构的剩余空间中“伸出来”。例如，某轿车柴油机，缸径为78mm，采用四气门，喷油器体直径为17mm，但喷油器总长为224mm，其中控制柱塞长度为127mm，而最大外径尺寸为4.3mm，这种典型细长杆，在喷油器不喷油时，肯定要产生变形的，这种变形必然影响喷油器的喷射特性。

还有如此细长的控制柱塞，除了变形，在喷油器工作时，其往复运动惯量也不小，这种运动惯量必然影响喷油器的喷射响应特性，同时还会产生对针阀体的针阀座的强烈撞击，影响针阀座的密封，如此细长的控制柱塞工艺性也很差，加工难度大，无论是机械加工、热处理都有很大的难度，相应的喷油器体的内孔、高压油道的加工难度也加大。

最后这种喷油器控制腔的进、出油节流孔的大小对喷射特性的影响很大，前面已经说过：出油节流孔孔径加大，减小进油节流孔的孔径，可使电磁阀通电钢球抬起后，控制腔压力迅速下降，加速针阀快速升起，即提高喷油器的喷射响应特性，但是这会使电磁阀断电，喷油器停止喷油时，针阀的落座延迟，使实际喷油持续期加长，因为过小的进油节流孔使得，当电磁阀断电，钢球落座，关闭出油节流孔后，控制腔的燃油压力的建立需要较长的时间。如果在出油节流孔孔径加大的同时，使进油节流孔的孔径也相应加大，则在喷油器喷油时，会有比较多的来自共轨管的高压燃油，经过进油节流孔、控制腔、出油节流孔泄回低压腔，造成整个喷油压力的下降，同时这些直接流回油箱的高压燃油不做功，其所具有的能量直接变成了热，这是很大的能量的损失。如果出油节流孔孔径减小，相应的进油节流孔的孔径也必须减小，并要保证前者要大于后者，这样会使得喷油器的启喷和落座均延迟，真个喷油持续期延长。实际这种喷油器的工作原理已经决定了这是一个不容易协调的矛盾。

2.日本电装公司的高速电磁阀控制的高压共轨喷油器的结构

日本电装公司的高速电磁阀控制的高压共轨喷油器与BOSCH公司的喷油器结构基本相同，如图5-29所示，只是没有与控制柱塞外圆配合的控制柱塞套，控制柱塞直接与喷油器体内孔直接配合，显然控制柱塞要往复运动，以控制针阀往复运动，实现喷油，因此控制柱塞与之配合的喷油器体内孔之间的径向间隙内必然存在高压燃油泄漏，同样针阀与针阀体内孔之间的径向间隙内也必然存在高压燃油的泄漏，而且这种高压燃油的泄漏始终存在，不管是否喷油。另外，同样存在细长的控制柱塞，因此也有控制柱塞的变形对喷射特性的影响问题，以及细长的控制柱塞的运动惯量对喷射响应特性的影响。

图5-29 日本电装公司的高压共轨喷油器

3.美国DELPHI公司的高速电磁阀控制的高压共轨喷油器的结构

实际上，美国DELPHI公司的高压共轨喷油器很有特色。如图5-30所示，整个喷油器非常紧凑，没有细长的控制柱塞和与之配合的控制柱塞套，采用两位两通的菌状的压力平衡式电磁阀直接控制针阀大直径圆柱体上端的控制腔的燃油压力，控制此控制腔的燃油压力，即可实现高压燃油的喷射。这种菌状的压力平衡式电磁阀，不喷油时，在高速电磁铁静铁心中的复位弹簧的作用下，将动铁心推离静铁心，使菌状阀芯落座，圆锥形阀口和阀座贴合，将针阀上端面上的控制腔的出油阻尼孔封死，控制腔保持高压燃油的作用。当高速电磁铁通电，动铁心被吸合，与动铁心连接在一起的菌状阀芯上移，圆锥形阀口开启，针阀上端面的控制腔的高压燃油泄走，控制腔的燃油压力下降，而针阀下端圆锥面上作用的高压燃油，由于控制腔进油阻尼孔的阻尼作用，基本还能保持与共轨管内高压燃油压力相同，因此针阀在此高压燃油的作用下抬起，开始喷油。由此可见，这种高压共轨喷油器，菌状的压力平衡式高速电磁阀直接控制针阀上端面上形成的控制腔的高压燃油压力，就可实现高压共轨喷油器的喷射控制。显然这种喷油器的控制作用的传递链很短，因此，喷油器的喷射响应特性好，容易实现多次喷射。而BOSCH公司的高压共轨喷油器，其控制腔远离针阀，在控制柱塞的上端，当高速电磁阀开启，控制腔高压燃油泄压，弯曲的细长控制柱塞伸直，然后在针阀下端锥面上的高压燃油的作用下控制柱塞连同针阀一起抬起，才可实现喷油，此过程显然比较长，喷油器的喷射响应特性不如DELPHI公司的高压共轨喷油器。

图5-30 美国DELPHI公司的高压共轨喷油器

图5-31 BOSCH公司的压力平衡式高速电磁阀控制的高压共轨喷油器

2—喷油器体 4—高压燃油进口 10—控制柱塞 15—电磁铁线圈 16—动铁心 17—阀套 22—复位弹簧 23—控制腔 25—进油节流孔 30—控制柱塞套（滑阀芯） 38—轴向小孔 39—出油节流孔 42—横向的油道 43—径向油孔 45—圆弧状环形槽

4.BOSCH公司、日本电装公司高速电磁阀控制的高压共轨电控喷油器的改进

BOSCH公司针对原喷油器存在的问题，并根据不断严厉的排放法规要求，为了进一步提高喷射压力，开发出了一种压力平衡式的高速电磁阀控制的新型喷油器^[10]，具体结构如图5-31所示。这种压力平衡式的高速电磁阀控制的新型喷油器，核心的技术是将原先的控制柱塞套上端圆锥形的锥面的钢球座改为一个圆柱形的滑阀芯30，该滑阀芯30的上端一直延伸到静铁心的复位弹簧22的内孔中，而与此滑阀芯30的外圆柱面配合的是一个圆筒状的阀套17，该阀套17与动铁心16链接在一起，当动铁心16在电磁铁的控制下，上下往复运动时，可以带动该阀套17也上下运动。

而控制柱塞套30（也即滑阀芯）下端内孔仍然是控制针阀运动的控制柱塞10，在此控制柱塞套30内孔上端面上有一个与控制柱塞套轴向中心线重合的轴向小孔38，此孔38是控制腔23的泄油通道，此泄油通道的上端有一个横向的油道42，而在这个横向或径向的油道内就有一个出油节流孔39，此即控制腔23的出油节流孔或出油阻尼孔，而控制腔23的进油节流孔25仍然在原先的位置。出油节流孔39实际已经延伸到了圆柱形的滑阀芯30的部位了，它的出口又连接了一个孔径稍大的径向油孔43，再往外是一个圆弧状的环形槽45，此环形槽45和控制柱塞套30的圆盘形的肩面之间通过一个圆锥面连接，此圆锥面和圆筒状的阀套17的下端面的内圆锥面配合形成控制喷油器喷油的电磁阀的圆锥形阀口。当电磁铁不通电时，动铁心在电磁阀的复位弹簧的作用下，向下运动，使圆筒形阀套17的下端圆锥面与滑阀芯30上圆环状端面的外圆锥面贴合，形成可靠的密封，此时尽管控制腔的高压燃油可以通过泄油通道一直作用到圆柱形的滑阀芯和圆筒形阀套之间形成的环形槽内，但这时环形槽的燃油压力径向平衡，轴向也平衡，这样使的这种高速电磁阀控制的喷油器实现了完全压力平衡，这样尽管喷油压力可以不断上升，但控制喷油的电磁阀的电磁力并不需要随之也增加，相应的电磁铁的尺寸也不需要增加。

图5-32 压力平衡阀和球阀开启截面积比较

这种结构的高压共轨喷油器正如图5-32所示，由于其滑阀芯上圆锥形阀口，因此其开启时在同样的动铁心的升程下，油液的流通截面远远的大于原先直径ϕ1.3mm钢球和圆锥面形成的流通截面，据称^[11]为3倍的关系，这样，通过减小电磁阀动铁心的升程提高电磁阀的响应，改善喷油器的多次喷射能力。

但是这种喷油器仍然采用细长的控制柱塞，另外控制柱塞套上端的圆柱形滑阀与圆筒形阀套之间的间隙会有油液的泄漏，而且这种泄漏始终存在，这种泄漏会影响喷油压力的升高。

日本电装公司的新型高压共轨喷油器^[12]，如图5-33所示，当高速电磁阀采用锥阀或者球阀时，由于有比较大的密封面，因此电磁阀的复位弹簧必须有足够大的作用力，保证锥阀或者球阀可靠的密封，相应的电磁铁的电磁力必须足够大才能保证可靠的开启。例如，采用钢球配合圆锥面密封，如图5-34所示，这里假定圆锥面的角度为120°，钢球的直径为1.3mm，钢球和圆锥面贴合形成的密封圆周的直径为0.65mm，如果钢球下方通过直径0.4mm的控制腔出油孔传来的油液的压力为180MPa，则作用在钢球上的总的压力约为60N，显然当这个圆锥面的圆锥角不断的加大，钢球与圆锥面的密封圆周的直径将不断的减小，直到圆锥角变成180°，即变成平面，此时钢球直接和直径0.4mm的出油口孔口贴合形成密封，此时高压燃油作用在钢球上的总的压力为22N，显然此压力已经很小了，相应的电磁力也会大大减小，但是这时直接用钢球密封出油孔，由于钢球开启闭合时，不易保证可靠的密封，因此应该采用一个相应的平面和此出油孔密封，正是基于这个道理，日本电装公司采用了如图5-33所示的半球或大半球的平面和出油孔密封的结构，满足了喷射压力不断提高后电磁吸力的需求。

5.美国Caterpillar公司的HEUI共轨液压式喷油系统^[5]

这不是高压共轨喷油系统，是一种中压共轨电控液压式喷射系统；系统的共轨中不用燃油而用柴油机机油润滑，因此系统中有机油和燃油两套油路；采用共轨管中的高压机油驱动喷油器中的燃油增压活塞，对燃油增压，实现高压喷油；利用高速开关电磁阀控制共轨管中机油进、出喷油器的增压活塞，实现燃油压力的上升与下降，从而实现喷油的定时控制；通过采用预喷射量孔控制初期喷油率可实现预喷；喷油压力与柴油机转速和负荷无关。

整个系统示意图如图5-35所示。

图5-33 日本电装公司的平面密封半球电磁阀控制的高压共轨喷油器

a）喷油器的局部详细结构 b）平面密封半球电磁阀的结构 a）1—喷油器总成 12—控制柱塞 20—电磁阀总成 24—励磁线圈 25—静铁心 26—衔铁 27—复位弹簧 30—控制腔 54—垫圈 61—缝隙式滤油器 64—高压油道 66—下节流孔板 67—出油阻尼孔 76—进油阻尼孔 80—环形腔 81—衔铁支撑杆 82—空心套 83—弹簧座 84—电器插头 90—低压回油接头 91—喷油器体 92—静铁心压块 211—上节流孔板 243—钢球 244—钢球座套 333—隔磁套 b）12—控制柱塞 30—控制腔 53—上节流孔板 53a—上节流孔板内环形槽上表面 53b—上节流孔板外环形上表面 54—凹槽 54a—圆环形凹槽 54b—径向凹槽 64、66—高压油道 67—出油阻尼孔 91—喷油器体 210—下节流孔板 211—上节流孔板 241—钢球座 243—钢球 243a—钢球密封面 244—钢球保持套(www.xing528.com)

图5-34 钢球-圆锥型阀座配合密封的受力分析

图5-35 美国Caterpillar公司HEUI系统

1—高压机油泵 2—机油油管 3—高压机油共轨管 4—HEUI喷油器 5—燃油滤清器 6—燃油输油泵 7—燃油箱 8—燃油回油管 9—电控单元 10—RPCV压力控制阀 11—机油箱 12—机油泵 13—机油冷却器 14—机油滤清器

HEUI系统中机油通过机油泵从柴油油底壳经机油滤清器和机油冷却器送到高压机油泵以及柴油机润滑系统，此处低压机油管路油压为300kPa。高压机油泵是一个柴油机齿轮驱动的斜盘式轴向柱塞泵。共轨管中机油压力由压力传感器将信号反馈给ECU（电控单元）。ECU控制共轨压力控制阀进行压力调节。共轨管中机油压力按柴油机最佳性能所确定的目标值控制在4～23MPa之间。机油从液压式喷油器直接回到柴油机气门罩框下边，再流回到油底壳，不再需要机油回油管道。燃油输油泵把燃油经燃油滤清器输送到液压式喷油器。燃油系统输油压力为200kPa，由普通调压阀调节。

图5-36 HEUI喷油器结构

1—电磁阀 2—增压活塞和活塞套 3—喷油嘴（针阀）

电控液压式喷油器由三部分组成：电磁阀、增压活塞和活塞套，喷油嘴，结构见图5-36。电磁阀控制喷油开始和喷油结束，它由阀芯、衔铁和电磁线圈组成。中压机油从共轨管通过柴油机气缸盖上铸造的油道进入电磁阀阀芯的下方。当电磁线圈通电时，衔铁带动阀芯向上运动，打开下阀口，关闭上阀口，切断了机油回油孔，使中压机油进入增压活塞上方，推动增压活塞下行，使增压活塞下面的燃油压缩。燃油进油道处有单向阀封闭，燃油只有通过喷油嘴针阀喷出。由于增压活塞的大、小活塞面积比很大，就可使增压活塞下方的燃油压力大幅度上升，实现燃油的高压喷射。喷射一直持续到电磁阀线圈断电。在电磁阀弹簧力作用下，阀芯下移，高压机油通过已开启的上阀口流出到气门罩框区，压力迅即下降。而增压活塞在弹簧力的作用下，迅速上行，同时在针阀复位弹簧作用下，针阀立即关闭，停止喷油。燃油以输油泵输出压力通过球形单向阀进入增压活塞下方，为下次喷油作准备。电磁阀通电时刻决定了喷射始点，通电的持续时间决定了喷油量。增压活塞的大、小柱塞面积比为7∶1，考虑到容积效率损失，喷射压力可达150MPa。图5-37为HEUI系统的响应特性波形图。峰值电流使电磁阀的上升响应速度加快。电磁阀驱动电压110V，功率消耗45W。在峰值电流后降为维持电流，以减少系统能量消耗。

HEUI系统可实现预喷射，但要在增压活塞和活塞套上增加精密的回油孔道，通过回油控制来实现，其结构见图5-38。在增压活塞上的小回油孔与活塞套上回油孔尚未打开前，有一段预喷射行程。当增压活赛上的小回油孔与活塞套上的回油孔接通时，预喷射停止。当增压活塞上小回油孔越过活塞套上回油孔后开始主喷射。

图5-37 HEUI响应特性图

图5-38 HEUI系统的预喷射结构

1—电磁阀 2—增压活塞 3—活塞套 4—喷油嘴（针阀） 5—进油孔 6—精密回油孔

HEUI系统采用机油作为共轨工作油的主要原因是解决热工况下燃油粘度降低，易泄漏和汽化所造成的热起动困难。使用机油后解决了热起动问题，但冷起动又有困难。考虑到机油和柴油机气缸盖等金属热膨胀率不同，在机油管道中增加一个储油槽，以减少这种热膨胀率不同引起的机油管路中可能出现的气泡或真空，保证在低温度下高粘度机油能顺利地流到高压输油泵中去。这个储油槽可以和泵组合在一起，也可以装在主机上。HEUI系统能在-40℃条件下起动，起动时间只有30ms（1～2转），喷射压力可迅速提高到30～120MPa。

HEUI系统的喷油压力可以不受柴油机转速的制约，并且通过电控的方法，实现对喷油始点和喷油终点的灵活控制。通过合理的设计针阀结构来实现较理想的喷油速率形状。采用预喷射孔还可以实现预喷。但HEUI系统没有将高压的建立过程和燃油的喷射过程完全分开，喷油量受喷油压力的影响。另外，在喷射过程中，当燃油压力降到无法克服针阀弹簧力时，即使电磁阀仍处于通电状态，针阀也会关闭，从而停止喷油。尽管HEUI系统没有将高压的建立过程与燃油的喷射过程完全分开，在这点上与其他的共轨式喷油系统不同，而具有泵喷嘴喷油系统的特点，但该系统在喷油压力的可控制性（喷油压力不受柴油机转速的影响）以及采用共轨管机油来进行燃油增压的工作特点来看，又具有共轨式喷油系统的明显特征，因此都将HEUI系统归类于中压共轨式喷油系统。

HEUI系统喷油器中，既有燃油又有机油，增压活塞上下腔这两种油的彻底隔离比较困难。

HEUI系统最早在美国Navistar公司7.3L直喷增压V8的T444E型柴油机上应用，该机缸径×行程为104.4mm×106.2mm，标定功率160.3kW，标定转速3000r/min。后来HEUI系统也装在Caterpillar公司自己的3126车用柴油机上，该机6缸，7.2L，直喷增压中冷，标定功率130kW，标定转速2200r/min。HEUI系统已扩大应用到Caterpillar公司的3116、3408E、3412E和Navistar的DT446等机型上，使用范围已扩大到6种机型上，累计装机产量早已超过一千万台以上。

但这种喷油系统Caterpillar公司已经在2008年停止生产了，其主要原因是由于低温时，机油粘度太大，影响发动机的起动。但是这种应用在喷油器中的液压放大机构来提高喷油器的实际喷射压力的思路并不过时，现在更高喷射压力，例如喷射压力≥200MPa的高压共轨喷油器，仍然采用这种技术来实现预期的超高喷射压力的需求。详细的情况后面介绍。

后来，Caterpillar公司已经开发出了许多高压共轨喷油系统，图5-39是一种该公司开发的高压共轨喷油器的结构原理图^[13]，此喷油器与其他公司的喷油器的显著差别是采用两位三通高速电磁阀，该电磁阀如图5-39b所示。该喷油器33包括：两位三通高速电磁阀组件32：主要包括：静铁心34、动铁心36，有上下两个圆锥形阀口的圆柱形的滑阀芯38，复位弹簧，针阀组件，包括：针阀48，针阀体；喷油器体43，控制柱塞54，针阀复位弹簧50等。

该喷油器的工作原理如下：高压油从油孔30引入，当电磁铁不通电时，电磁阀的阀芯38在电磁阀复位弹簧的作用下向下运动，阀芯38上的下圆锥面和阀体内孔上的相应的圆锥面贴合，形成圆锥面密封，如图5-39中42所示，此时，来自共轨管的高压燃油被电磁阀截止，不能经过此阀口，而电磁阀阀芯38的上圆锥面和阀体上的圆锥面的阀座形成的锥形阀口40开启，盛油槽46中的燃油经过油道44，锥形阀口40，阻尼孔62，再经过低压油道60、20流回油箱而泄压。同时控制柱塞54上端面的控制腔52中的燃油经过阻尼孔64、油道58和阻尼孔62也流回低压油箱，这时尽管控制柱塞54上端的燃油压力很低，仅仅是阻尼孔62形成低压油的压力，但是由于针阀48上端存在复位弹簧50，所以仍然可以保证针阀可靠的落座，阻止喷油器喷油。

当电磁阀通电，动铁心36被静铁心34吸合，动铁心36带动阀芯38克服电磁阀的复位弹簧的作用力向上运动，当阀芯38脱离阀体上的下圆锥形阀座时，来自共轨管的高压燃油经过高压油道30，经过下阀口42进入喷油器体上的油道44，然后进入针阀的盛油槽46，但是在阀芯38从下阀座42向上运动，还没有和上阀座40接触落座时的这个中间过度阶段，高压燃油不仅通达针阀的盛油槽46，也经过上阀口40，并经过油道58、阻尼孔64作用到控制柱塞54的上端面，此时尽管针阀的盛油槽46和控制针阀48运动的控制柱塞54上端面上的燃油压力基本相等，但是控制柱塞54上端面的面积比针阀48在盛油槽46部位形成的圆环形锥面面积和针阀的下端形成的圆环形锥面面积大，再加上针阀48的复位弹簧50的作用，针阀不能开启喷油。一直到阀芯38运动到和上阀座40接触并落座，上阀口关闭，此时高压燃油才单独作用于针阀48盛油槽46部位形成的圆环形锥面面积和针阀的下端形成的圆环形锥面面积上，而此时控制柱塞54上端面的高压燃油经过阻尼孔62、油道60流回油箱，使控制柱塞54上端的压力泄压，当此压力下降到高压燃油作用在针阀48上的压力足以克服控制柱塞54上端的压力和针阀48的复位弹簧50的作用力时，针阀48抬起开始喷油。

当电磁铁断电，动铁心36在电磁阀的复位弹簧作用下向下运动，带动阀芯38脱离上阀座40，也向下运动，同样在阀芯38脱离上阀口40，但还没有运动到和下阀口42接触时的这个中间过渡阶段，共轨管的高压燃油又同时作用到针阀48和控制柱塞54上，由于控制住赛54上端的面积大，所以加速针阀的落座。一旦阀芯38运动到下阀口42贴合落座，共轨管的高压燃油即被切断，但针阀盛油槽46中的燃油经过油道44，电磁阀的上阀口40，然后经过阻尼孔62、油孔60泄回油箱，同时控制腔52的燃油也经过阻尼孔62、油孔60泄回油箱。

图5-39 Caterpillar公司的高压共轨喷油器的结构

a）喷油器的整体结构 b）两位三通电磁阀的机能符号 c）喷油器的喷射特性 20—回油管 30—高压油道 32—电磁阀组件 33—喷油器总成 34—静铁心 36—动铁心 38—电磁阀阀芯 40—上阀口 42—下阀口 43—喷油器体 44—高压油道 46—针阀盛油槽 48—针阀 50—针阀复位弹簧 52—控制腔 54—控制柱塞 56—控制柱塞上端面 58—油道 60—回油孔 62、64—阻尼孔 66—传统喷油器喷油特性曲线 68—Caterpillar喷油器喷油特性曲线

从上述的分析可以看出，当喷油器不喷油时，针阀处于低压环境，针阀下端的密封锥面处无高压油作用，因此可以大大减小针阀的泄漏，而且，由于此刻针阀处于低压环境，这还可以提高针阀的可靠性。

另外，电磁阀在从下端位置向上端位置运动的中间过渡过程，喷油器不会喷油，当阀芯运动到上阀口40闭合时才开始喷油，此时高压油仅仅用来喷油，不像BOSCH公司的高压共轨喷油器为了实现喷油必须有一部分高压燃油通过控制腔的进油阻尼孔、出油阻尼孔泄回油箱，造成能源的浪费。而且当阀芯运动到上阀口40闭合时才开始喷油容易形成一个平滑的线性的喷油特性，如图5-39c曲线68所示。而目前所大量应用的共轨喷油器没有这种特性，开始启喷时会形成一个不可控制的喷油特性，如图5-39c曲线66所示。还有，该喷油器在不喷油时，由于高压燃油被电磁阀的下阀口42截止，因此不存在静态的泄漏。这也是一个优点。总之该喷油器有很多特长。但是两位三通的高速电磁阀是一个难点，这种结构的电磁阀和两位两通的高速电磁阀的特性对比下面会仔细分析。