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电控高压共轨技术是指在高压油泵、压力传感器和ECM组成的闭环控制系统中，喷油压力大小与发动机转速无关的一种供油方式。在共轨系统中，喷射压力的产生和喷射过程是完全彼此分开的。高压油泵把高压燃油输入到蓄压器（共轨）中，通过对蓄压器内油压调整实现精确控制，使最终高压油管压力大小与发动机的转速无关。ECM控制喷油器的喷油量，而喷油量大小则由蓄压器中燃油压力和电磁阀开启时间的长短决定，即为时间控制式。
电控高压共轨燃油系统从功能方面分析，电控共轨系统可分成控制系统和燃油供给系统两大部分，如图2-38所示。
图2-38 电控高压共轨燃油系统构成框图
电子控制高压共轨燃油系统的基本组成如图2-39所示。
图2-39 电子控制高压共轨燃油系统的基本组成
电控共轨控制系统可以分成三大部分：传感器、电控单元和执行器。电控单元是电控共轨燃油系统的核心部分。
根据各个传感器的信息，ECU进行计算，完成各种处理后，求出最佳喷油时间和最合适的喷油量，并且计算出在什么时刻、在多长的时间范围内向喷油器发出开启电磁阀或关闭电磁阀的指令等，从而精确控制柴油机的工作过程。
电子控制系统的核心是ECU（电子控制单元）。ECU就是一个微型计算机。ECU的输入是安装在车辆和柴油机上的各种传感器和开关的信号，ECU的输出是送往各个执行机构的电子控制信息。
共轨电控系统的框图如图2-40所示。
图2-40 共轨电控系统的控制框图
图2-41 电子控制共轨控制系统燃油供油系统组成
如图2-41所示，燃料供给系统主要由供油泵、共轨和喷油器组成。燃油供给系统的基本工作原理：供油泵将燃油加压成高压供入共轨内。共轨实际上是一个燃油分配管。储存在共轨内的燃油在适当的时刻通过喷油器喷入发动机气缸内。电子控制共轨系统中的喷油器是由电磁阀控制的喷油阀，电磁阀的开启和关闭由电子控制单元控制。
高压共轨系统主要由油箱、高压输油泵、共轨、喷油器和各种电子元件组成。高压输油泵从油箱中吸出柴油并将油压提高到约120MPa后输入共轨，高压输油泵的供油量一般几倍于实际喷油量以保证供油的可靠性，多余的燃油经回油管流回油箱。高压输油泵的出口端装有一个用来调节共轨中油压的调压阀，ECU根据柴油机的转速、负荷等控制调压阀的开度，从而增加或减少高压输油泵输送给共轨的油量，实现对共轨中油压的控制，以保证供油压力稳定在目标值，使喷油压差保持不变。此外，ECU还根据燃油压力传感器信号对共轨中的油压进行闭环控制。
柴油机高压共轨系统采用的喷油器均为电控液力控制式，它主要由高速电磁阀和各种液压伺服机构组成。ECU通过控制高速电磁阀工作对喷油器喷油的开始时刻和喷油时间进行控制。液压伺服机构的工作油液就是共轨中的高压柴油。
电子控制共轨燃油系统的工作原理如图2-42所示。燃油由发动机凸轮轴驱动的齿轮泵经滤清器从油箱中抽出，通过一个电磁紧急关闭阀流入供油泵。此时的压力约为0.2MPa，然后，油流分为两路：一路经过安全阀上的小孔作为冷却油通过供油泵的凸轮轴流入压力控制阀，然后流回油箱；另一路充入3缸供油泵。在供油泵内，燃油压力上升到135MPa，供入共轨；共轨上有一个压力传感器和一个通过切断油路来控制流量的压力调节阀。用这种方法来调节控制单元设定共轨压力。
图2-42 电子控制共轨系统的工作原理
高压燃油从共轨流入喷油器后又分为两路：一路直接喷入燃烧室；另一路在喷油期间，与针阀导向部分和控制柱塞处泄漏出的燃油一起流回油箱。
在电子控制共轨系统中，由各种传感器（如发动机转速传感器、加速踏板位置传感器、各种温度传感器等）实时检测出发动机的实际运行状态，由电子控制单元根据预先设计的计算程序进行计算后，定出适合于该运转状态的喷油量、喷油时间、喷油率模型等参数，使发动机始终都能处于最佳工作状态。
在电子控制高压共轨系统中，供油压力与发动机的转速、负荷无关，是可以独立控制的。由共轨压力传感器测了燃油压力，并与设定的目标喷油压力进行比较后进行反馈控制。
电子控制共轨系统的控制功能主要有以下几个方面：
（1）自由调节喷油压力（共轨压力控制）
通过控制共轨压力而控制喷油压力。系统利用共轨压力传感器测量燃油压力，从而调整供油泵的供油量，调整共轨压力。此外，系统还可以根据柴油机转速、喷油量的大小与设定了的最佳值（指令值）始终一致地进行反馈控制。
（2）自由调节喷油量
以柴油机的转速及油门开度信号为基础，计算机计算出最佳喷油量，并控制喷油器的通断电时间。
（3）自由调节喷油率形状
根据柴油机用途的需要，设置并控制喷油率形状：预喷射、后喷射、多段喷射等。
（4）自由调节喷油时间
根据柴油机的转速和喷油量等参数，计算出最佳喷油时间，并控制电控喷油器在适当的时刻开启，在适当的时刻关闭等，从而准确控制喷油时间。
电子控制共轨燃油系统喷射方式有：一段喷油法、二段喷油法和多段喷油法3种。
一段喷油法是在一个工作循环中只有一次喷射，即主喷射。应用于早期的电子控制柴油机燃油系统。
二段喷油法是指在主喷油之前有一个喷油相当小的预喷过程，即预喷射加主喷射。
在主喷射之前进行预喷射（时间间隔约1ms）可以使燃烧噪声明显降低，这是一项已经实用化了的技术。但是，由于预喷射会导致PM排放增加，因此可以使预喷射段靠近主喷射段，从而降低PM排放。
多段喷油法是将每一个工作循环中的喷油过程分成若干段来进行，每段喷油均是相互无关、各自独立的，其主要目的是控制燃烧速度。多段喷油一般包括引导喷射、预喷射、主喷射、后喷射和次后喷射等多段。在多段喷射过程中，电磁阀必须完成多次开启、关闭动作，因此驱动能量和消耗能量成了问题。
在主喷射前后的预喷射、后喷射中，由于喷油的间隔相互靠近，因此前段喷射会对后段喷射的喷油量带来影响。解决的办法是：利用喷油压力和喷油间隔，修正后续的喷油指令。
在多段喷油构成中各段喷油的作用如下：
1）引导喷射。通过预混合燃烧、降低颗粒排放。
2）预喷射。缩短主喷射的着机延迟、降低NO和燃烧噪声。
3）后喷射。促进扩散燃烧、降低颗粒排放。
4）次后喷射。排温升高、通过供给还原剂、促进后处理（催化剂）。
共轨燃油系统主要部件有预供油泵、燃油滤清器、高压油泵、压力控制阀、高压共轨管、限压阀、流量限制器、喷油器等。
预供油的功用是负责向高压油泵提供充足的燃油。其类型可分为：电动式供油泵和机械式供油泵2种。
1）电动式供油泵有两类：
①装在燃油箱外面，燃油箱和滤清器之间的输油管路上，并固定在汽车底板总成上。
②装在燃油箱里，电动机和液压元件都在油箱里，共用一个滤清器、油位传感器和储存油管。
供油泵主要由泵、电动机、端盖三个元件组成。
2）机械式供油泵与高压油泵融为一体，且一同被驱动或附着在发动机上直接受发动机驱动。驱动的一般形式是耦合驱动或用齿轮或传动带动驱动。齿轮泵由两个反向旋转的齿轮构成。
为了使油泵、喷油器等元件保持清洁，在燃油系统安装滤清器是必要的。除此之外，滤清器可以减少燃油中水对喷油器的腐蚀。滤清器中有一个储水室。调整放水螺钉，可以排除滤清器中的水。当需要排水时，警告装置将点亮警告灯。
高压泵是低压和高压部分的交接点。在车辆使用过程当中，在各个工况下，它提供足够的高压油，包括快速起动所需的燃油和共轨管中的燃油。
高压油泵持续产生共轨高压蓄压器所需的压力。与传统相比，无需对每个独立的喷油器进行燃油专门供给。
高压油泵在柴油机上的安装位置与以往的分配泵相同，高压油泵由发动机（发动机转速范围的一半，最大为3000r/min）通过联轴节、齿轮、链条或齿形皮带进行驱动，并且通过自身泵出的柴油润滑。
高压油泵主要由泵体、切断阀、安全阀、压力控制阀等部件组成，如图2-43、图2-44所示。
图2-43 高压油泵的组成（纵断面图）
1—驱动轴 2—偏心轮 3—带油泵柱塞的泵油组件 4—高压室 5—吸油阀 6—停油阀 7—出油阀 8—密封件 9—通往轨道的高压接头 10—内压控制阀 11—球阀 12—回油口 13—进油口 14—带节流孔的安全阀 15—通向泵油元件的低压槽
高压 共 轨 供 油 系 统 的 低 压 部 分 如图2-45所示，为高压部分提供足够的燃油。低压级最重要的部件包括：油箱、带粗滤器的输油泵、低压输油管、回油管、燃油滤清器及高压泵的低压级等。
高压共轨供油系统的高压部分除产生高压外，在高压级还进行燃油分配和燃油测量，如图2-46所示。其最重要的部件是：带节流阀和内压的高压泵、高压蓄压器、轨道压力传感器、限制压力阀、流量限制器和喷油器。
图2-44 高压油泵断面图
1—驱动轴 2—偏心凸块 3—带油泵柱塞的泵油组件 4—吸油阀 5—出油阀 6—进油
高压油泵的工作原理是：燃油通过带有油水分离器的燃油滤清器过滤，供油泵通过进油管和安全阀泵将燃油输送至高压油泵。使燃油强制通过安全阀处的节流孔，进入高压油泵的润滑和冷却系统。带有偏心凸轮的驱动轴带动3个泵柱塞随着凸轮的形状上下运动。
压力达到安全阀开启压力（50～150kPa）时，供油泵泵出的油将通过高压油泵进油阀进入泵腔，此时泵腔中的活塞向下运动（吸油过程）。当活塞到达下止点时，进油阀关闭。当泵腔中的油压超过输送过程中正常压力时，压力会再增加将会打开出油阀，将油输送到高压油路。
泵活塞继续输送燃油，一直到上止点（压油过程），之后压力迅速下降，活塞回位，出油阀关闭，直到活塞再次向下运动。
图2-45 高压共轨供油系统的低压部分
1—油箱 2—粗滤器 3—输油泵 4—滤清器 5—低压输油管 6—高压泵的低压级 7—回油管 8—ECU
泵腔中的压力降到油泵压力以下时，进油阀再次开启，开始下一个循环。
高压共轨供油系统的压力控制阀的作用是：保持共轨管中的压力正确和恒定。如果共轨压力过高，压力控制阀打开，部分燃油通过回油管回到燃油箱；如果共轨压力过低，压力控制阀关闭，由低压升为高压。
图2-46 电控高压共轨供油系统的高压部分
1—高压泵 2—停油阀 3—内压控制阀 4—高压燃油管 5—高压蓄压器（轨道） 6—轨道压力传感器 7—压力限制阀 8—流量限制器 9—喷油器 10—ECU
压力控制阀一般通过一个法兰盘装在高压油泵或共轨高压蓄压器上。
高压共轨供油系统压力控制阀主要由电磁铁、弹簧、电枢、球阀等组成如图2-47所示。
根据柴油机负荷的函数设定共轨中压力，并将其保持在该水平。如果轨压超出，内压控制阀打开，一部分燃油通过集油管从轨道返回到油箱。若轨压太低，内压控制阀关闭，将高压级与低压级隔开并密封。
高压共轨供油系统压力控制阀的工作原理如下：
图2-47 压力控制阀的组成
1—球阀 2—电枢 3—电磁铁 4—弹簧 5—插头
1）压力控制阀不通电时，共轨管中的高压油或高压油泵输出的油通过高压入口进入压力控制阀，不通电时没有电磁铁的外力作用，过量的高压油的压力大于弹簧的弹力，顶开弹簧，压力控制阀开启大小由油量决定。弹簧预先设计最大压力约为10MPa。
2）压力控制阀通电时，压力继续增加，电磁铁通电，弹簧的弹力增加，使压力控制阀保持关闭状态，直到一边的高压压力与另一边弹簧的弹力加电磁铁的力达到平衡，阀门打开，燃油压力保持恒定。油泵油量的变化或过量高压油的排除通过控制阀门来实现。PWM脉宽的励磁电流和电磁力是对称的。1KHz的脉冲频率提供足够的电磁力，防止不必要的电磁铁移动或（和）共轨管压力的波动。
高压蓄压器为所有气缸所共有，因此将其称作“共轨”。共轨高压蓄压器（轨道）如图2-48所示，主要作用是存储高压燃油，同时，高压油泵供油和喷油而产生的压力波动可在共轨中得到抑制。
图2-48 高压蓄压器的组成
1—轨道 2—高压泵端的进油口 3—轨道压力传感器 4—压力限制阀 5—油箱端的出油口 6—流量限制器 7—喷油器端的油管
共轨高压蓄压器储存高压燃油，同时压力波动的产生取决于高压油泵的燃油分配和共轨管燃油容积的衰减。
共轨高压蓄压器对所有缸而言都是公用的，因此叫共轨，当大量的燃油排出时，几乎能维持内部的压力不变，这可确保喷油剩余的压力在喷油器打开时仍然恒定。
限压阀和过压阀做同样的工作。限压阀通过打开轨道旁通道限制轨道中的压力。限压阀允许短时间内轨道上的最大压力为150MPa。
限压阀一般安装在共轨高压蓄压器上。
限压阀是个机械装置，主要由底座螺钉（拧到轨道上）、一端连接到油箱的回油箱、可移动的柱塞、弹簧等部件组成，如图2-49所示。
限压阀连接到轨道上以后，底座上有一个通道，一个圆锥形的柱塞与底座的表面接触，形成成密封面，在正常的工作压力（大于135MPa）下，弹簧推动柱塞与底座接合，轨道保持压力。当压力过高时，柱塞被轨道压力推动，克服弹簧压力，燃油通过压力内部的通道流回燃油箱。当阀门打开时，轨道中的压力便会降低。
喷油器总在打开位置，为了阻止燃油连续不断地喷入，流量限制器将关闭油路。
流量限制器一侧通过螺纹拧到轨道上（高压）另一侧通过螺纹拧到喷油器路上。每个底座都带有一个通道，目的是与轨道进行液压连接，与喷油器进行油路连接。
流量限制器主要由柱塞、弹簧、底座、外壳等零件组成，如图2-50所示。
图2-49 限压阀
1—高压接头 2—阀门 3—通道 4—柱塞 5—压力弹簧 6—限位件 7—阀体 8—回油
图2-50 流量限制器的结构
1—轨道端的接头 2—锁紧垫圈 3—柱塞 4—压力弹簧 5—外壳 6—喷油器端的接头 7—座面 8—节流孔
流量限制器内部有一个柱塞，通过弹簧直接与共轨高压蓄压器相连。柱塞的底座密封，通道贯穿进出口。通道的尾部直径减少，起节流作用。
流量限制器的作用是在非常情况下阻止喷油器常开并持续喷油。为达到这一要求，一旦从轨道输出的油量超出规定的水平，流量限制器就关闭通往这一喷油器的油路。正常工作时，柱塞处在它的静止位置，也就是说，靠在共轨一侧的限位件上。当喷油时，喷油器端的压力下降，导致柱塞向喷油器方向移动。流量限制器通过由柱塞移动而产生的排油量来补偿喷油器从轨道中获得的油量，而不是通过节流孔。在喷油过程结束时，柱塞停止移动，但并没有靠在密封座面上关闭出油口，弹簧将它压回静止位置，燃油从节流孔内流出。弹簧和节流孔经计算选定，以便即使是在最大喷油量（加上安全储备）时，柱塞也能回到流量限制器轨道侧的限位件上，并直至下一次喷油。
博世公司高压共轨系统的电磁喷油器主要由控制柱塞、喷油嘴针阀和电磁阀等组成。如图2-51所示。
燃油从高压接头经一进油通道送往喷油嘴，经进油节流孔送入控制室。控制室通过由电磁阀打开的回油节流孔与回油孔连接。
回油节流孔在关闭状态时，作用在控制活塞上的液压力大于作用在喷油嘴针阀承压面上的力，因此喷油嘴针阀被压在座面上，从而没有燃油进入燃烧室。
电磁阀动作时，打开回油节流孔，控制室内的压力下降，当作用在控制活塞上的液压力低于作用在喷油嘴针阀承压面上的作用力时，喷油嘴针阀立即开启，燃油通过喷油孔喷入燃烧室。由于电磁阀不能直接产生迅速关闭针阀所需的力，因此，经过一个液力放大系统实现针阀的这种间接控制。在这个过程中，除喷入燃烧室的燃油量之外，还有附加的所谓控制油量经控制室的节流孔进入回油通道。
除喷油量和控制油量外，还有针阀导向部分和活塞导向部分的泄漏油量。这种控制油量和泄漏油量经带有集油管（溢流阀、供油泵和调压阀也与集油管接通）的回油通道回流到油箱。
图2-51 博世共轨式喷油器
1—回油管 2—电气接头 3—触发元件（电磁阀） 4—来自共轨的燃油进口（高压） 5—阀球 6—泄油孔 7—供油孔 8—阀的控制腔 9—阀的控制柱塞 10—通向喷油嘴的供油通道 11—喷油嘴针阀
在发动机和供油泵工作时，喷油器的工作可分为四个工作状态：
1）喷油器关闭（以存有的高压）。
2）喷油器打开（喷油开始）。
3）喷油器完全打开。
4）喷油器关闭（喷油结束）。
上述工作状态是通过喷油器构件上的作用力产生的。发动机不工作和共轨中没有压力时，喷油器高压弹簧将喷油嘴关闭。
喷油器的工作原理如下：
1）喷油器关闭（静止状态）。电磁阀在静止状态不受控制，因此是关闭的如图2-51所示。回油节流孔关闭时，电枢的钢球通过阀弹簧压在回油节流孔的座面上。控制室内建立共轨的高压，同样的压力也存在于喷油嘴的内腔容积中。共轨压力在控制柱塞端面上施加的力及喷油器调压弹簧的力大于作用在针阀承压面上的液压力，针阀处于关闭状态。
2）喷油器开启（喷油开始）。喷油器一般处于关闭状态。当电磁阀通电后，在吸动电流的作用下迅速开启，如图2-51所示。当电磁铁的作用力大于弹簧的作用力时，回油节流孔开启，在极短时间内，升高的吸动电流成为较小的电磁阀保持电流。随着回油节流孔的打开，燃油从控制室流入上面的空腔，并经回油通道回流到油箱。控制室内的压力下降，于是控制室内的压力小于喷油嘴内腔容积中的压力。控制室中减小了的作用力引起作用在控制柱塞上的作用力减小，从而针阀开启，开始喷油。
针阀开启速度决定于进、回油节流孔之间的流量差。控制柱塞达到上限位置，并定位在进、回油节流孔之间。此时，喷油嘴完全打开，燃油以近于共轨压力喷入燃烧室。
3）喷油器关闭（喷油结束）。如果不控制电磁阀，则电枢在弹簧力的作用下向下压，钢球关闭回油节流孔。
电枢设计成两部分组合式，电枢板经一拨杆向下引动。但它可用复位弹簧向下回弹，从而没有向下的力作用在电枢和钢球上。
回油节流孔关闭，进油节流孔的进油使控制室中建立起与共轨中相同的压力。这种升高了的压力使作用在控制柱塞上端的压力增加。这个来自控制室的作用力和弹簧力超过了针阀下方的液压力，于是针阀关闭。
针阀关闭速度决定于进油节流孔的流量。
卢卡斯LDCR型电子液压式喷油器的结构如图2-52所示，喷油器的直径为17mm，在喷油器体内安装一只新型的小型压力平衡控制阀，工作时控制电流小。该喷油器用在新型的共轨系统中——主要用于轻型汽车和轿车柴油机上，已经被美国福特公司，法国雷诺公司、PSA公司及韩国起亚公司所采用。电子液压式喷油器可以精确地控制供油量，能满足高速直喷柴油机的要求，同时也可以方便地安装在四气门发动机上。
当ECU驱动电磁控制阀后，控制阀离开座面，针阀和控制腔内的压力下降，但是针阀前面的压力仍然等于共轨中的燃油压力，这个压力差使针阀从座面上升起，供油开始。当电磁线圈中的电流下降到零时，电磁阀内的弹簧迫使控制阀落座，针阀控制腔内的压力增加，作用在针阀后面的压力稍稍比针阀前面的压力大，使针阀落座，结束喷油。
液压系统中的各节流孔用来调整最佳工作状态。在整个速度范围内，主喷射前都可产生预喷射，以减少燃烧噪声。
系统控制软件将一次喷油过程分为四段：两次预喷射、一次主喷射和一次后喷射。
控制阀是该喷油器的技术关键（见图2-52b），它与众不同，电磁执行器（电磁阀）非常小，反应极快，同时离针阀很近，由于它结构小，运动质量低，压力平衡响应快，离针阀很近，控制阀发出的指令限快就到达针阀，它控制的一个信号到另一个信号之间很接近，这有利于预喷射，由于预喷射很接近主喷射，时间延迟短，可以改善预喷射的质量。
该电液式喷油器的最高喷射压力达160MPa。
直径17mm的喷油器内包含一个新的溢流阀。喷油器小的运动质量使其在每一工作循环内能够完成多段喷射所需的快速控制针阀的打开和关闭。特别是在小喷油量下各次喷油时间差异很小时。
电装公司电控喷油器主要由喷油嘴、调压弹簧、控制喷油率的量孔、控制活塞和二通阀（TWV）等组成，如图2-53所示。与直喷式柴油机中的机械式喷油器体相似，喷油器可用压板等安装在气缸盖内。
电控喷油器中由电磁阀直接控制喷油始点、喷油间隔和喷油终点，从而直接控制喷油量、喷油时间和喷油率。电控喷油器实际上完成了传统喷油装置中的喷油器、调整器和提前器功能。
图2-52 卢卡斯LDCR型喷油器的结构
喷油器的工作过程一般可分为：（发动机运转而且高压油泵供油）：喷油器关闭（产生高压）、喷油器打开（开始喷油）、喷油器全部打开、喷油器关闭（结束喷油）四步。
作用在喷油元件上的分配力产生操作结果。若发动机停转或共轨中没有压力，则喷油器弹簧将关闭喷油器。
（1）关闭
在复位状态下，电磁阀不吸合，因此喷油器关闭，如图2-54a所示。弹簧力将电枢下的球阀压向节流孔座处，节流孔关闭。轨道中的高压作用在阀控制室中，而且相同的压力也作用在喷油器腔内。轨道压力作用在柱塞的末端，与喷油器弹簧的弹力一起使喷油器保持关闭状态。
图2-53 电装公司电控喷油器的结构
（2）打开
喷油器停留在最初静止位置。电磁阀由伺服电流激活，伺服电流能确保电磁阀迅速开启，如图2-54b所示。由触发的电磁阀施加的吸合力大于阀弹簧的拉力时，电枢打开节流孔。几乎与此同时，执行电流减到最小并保持不变，满足电磁铁的需要。由于电磁铁电流的作用，间隙减小是有可能的。节流孔打开，燃油从阀控制室流到刚好位于其上部的腔室，并且从那里通过回油管返回燃油箱。节流孔防止完全的压力平衡，阀控制室中的压力因此下降。由此导致阀控制室中的压力低于喷油器腔内的压力，这个压力与共轨中的压力仍旧是一致的。阀控制室的压力降低，引起作用在柱塞上的外力减小，因此针阀打开，燃油喷出。
图2-54 喷油器工作过程
喷油器针阀打开的速度取决于节流孔和反馈孔的流量。喷油器全开时，喷油器喷入燃烧室的油压几乎等于轨道中的油压，其他的分力很小。
电磁阀不吸合，弹簧力将球阀压回球阀座中。节流孔关闭，燃油通过反馈孔，阀控制室中充满燃油，压力与针阀弹簧的弹力一起将针阀关闭，喷油器不喷油。喷油器关闭的速度取决于反馈孔的流量。
压电晶体式喷油器主要由带弹簧的多孔油嘴、控制活塞、进、出油节流孔、二位二通阀和压电晶体部件组成。用于喷油器的压电晶体的结构采用多层技术。多层压电晶体执行器由20～200μm陶瓷层烧结而成，层与层之间有电极，生产技术与多层电容器相似。
采用压电晶体式喷油器结构如图2-55所示。
与电磁阀相比，压电执行器具有：没有滞后时间，切换十分迅速而且精确，可重现性非常好，没有因设计造成的以气隙之类的形式出现的偏差，寿命长，工作非常稳定等优点。压电式共轨喷油器是新一代电控喷油器的执行器。
压电元件具有正向和反向压电效应，当压电元件受到外力变形时，会在压电元件两端产生电压，如压电式进气管绝对压力传感器、爆燃传感器即是利用这一原理来产生信号的；反之，当在压电元件两端施加电压时，压电元件就会发生形变，给压电元件施加正向电压时其体积膨胀，给压电元件施加反向电压时则其体积收缩，压电式喷油器就是利用这一原理来使喷油器控制室油道通断或针阀升程改变，从而实现对喷油量和喷油正时的控制。此外，利用压电元件快速响应的能力，通过压电元件通、断电多次切换，即可实现多次喷射，以满足最佳喷油规律的要求。压电晶体式喷油器具体工作原理如下：
图2-55 压电晶体式喷油器结构示意图
高压燃油从共轨中进入喷油器后，分成两路：一路由通道进入喷油嘴盛油槽，作用于针阀锥面上；另一路通过节流孔进入活塞顶部的油腔1，如图2-55所示。
当压电晶体堆不通电时，单向阀1关闭，油腔中的燃油通过推动活塞杆，关闭喷油嘴，喷油器不喷油。当压电晶体堆通电后，压电晶体伸长，推动大活塞压缩油腔2中的燃油，再推动小活塞（此时小活塞行程增大），将单向阀1中的钢球推离锥面，从而使高压油腔中的燃油经过通道1、单向阀1及通道2回流到油箱。活塞杆上部卸压，针阀在盛油槽中的燃油压力作用下，克服复位弹簧的作用力，向上运动，从而开启喷油嘴，开始喷油。若压电晶体堆断电，单向阀1落座，活塞杆向下运动，关闭喷油嘴。图中单向阀2是为了补充油腔2中的泄漏的燃油，以保证喷油嘴工作可靠。
控制预喷射和主喷射的信号通断的最小时间间隔可以同时选取，最小间隔4°凸轮转角（发动机转速4000r/min时为8°）。当然，此间隔越大越容易实现。
压电晶体喷油器具有很好的重复性，允许针阀在低压时缓慢开启，当压力为20～150MPa时，针阀快速关闭。
对燃烧室中的油气混合起决定性作用的是喷射特性。即使喷油嘴针阀没有碰到限位块，喷油量很小时也必须保证正常的喷雾过程。西门子公司的共轨系统中采用的喷油嘴是特别设计和制造的。由于采用了改进设计的针阀导杆、VCO喷油嘴（无压力室喷油嘴）的喷雾特性显得非常稳定。
1）用压电元件控制油道的喷油器。该类喷油器的结构原理与高压共轨、中压共轨系统采用电磁阀控制的喷油器基本相同，只是用压电元件取代了电磁阀．所以高压共轨系统和中压共轨系统均可使用。博世公司生产的压电式共轨系统一般采用这种喷油器。
2）用压电元件控制针阀升程的喷油器。此类喷油器在直喷式的汽油机和柴油机上均已得到应用。传统的柴油机喷油器，都是利用燃油压力作用在针阀中部的承压锥面上，来使针阀开启实现喷油，而用压电元件控制针阀升程的喷油器，则是利用压电元件直接控制针阀升程来实现喷油。因此，用压电元件控制针阀升程的喷油器，针阀中部无承压锥面和相应的压力室，称之为无压力室啧油器（VCO啧油器）。VCO喷油器无增压功能．只适用高压柴油共轨系统。
为降低对供油压力的要求，喷油量控制采用“压力控制”方式的中压共轨系统，如图2-56所示。中压共轨系统主要由低压输油泵、蓄压式电/液控制喷油器、调压阀、共轨等组成。ECU根据各传感器信号控制调压阀，以调节共轨中的油压；ECU同时通过控制安装在喷油器上的电磁阀工作，使喷油持续时间保持不变，以实现喷油量的“压力控制”。
图2-56 中压共轨系统
1—油箱 2—低压输油泵 3—燃油滤清器 4—中压输油泵 5—热交换器 6—调压阀 7—公共油轨 8—回油管 9—电磁阀和油压增压器 10—喷油器 11—蓄电池 12—ECU
在中压共轨系统中，由于共轨中的油压不能满足柴油机对喷油压力的要求，因此都采用具有增压功能的蓄压式电/液控制喷油器。博世公司压电式中压共轨系统如图2-57所示。
用于中压共轨系统的蓄压式电/液控制喷油器工作原理如图2-58所示。喷油器上部装有一个电控的三通电磁阀，电磁阀通电时，增压活塞上方进油通道开启而回油通道关闭，共轨中的低压油进入喷油器中的增压活塞上方，由于增压活塞上方面积在于柱塞下方的面积，根据液力放大原理，经过单向阀进入柱塞下方蓄压室中的燃油压力提高（提高10～16倍，可达100～160MPa）并充满喷油器柱塞偶件的油腔，但此时由于在针阀上部油压和复位弹簧力作用下，针阀关闭，喷油器不喷油如图2-58a所示。
图2-57 博世公司压电式中压共轨系统
当电磁阀断电时，增压活塞上方回油通道开启而进油通道关闭，针阀上部油压迅速下降，喷油器油腔内的高压燃油将针阀顶开，喷油器开始喷油如图2-58b所示，直到喷油器油腔内的油压下降到一定值时，柱塞上方的燃油压力和弹簧力使针阀关闭，喷油结束。喷油时刻取决于电磁阀断电的时刻，由于针阀复位弹簧的弹力是一定的，停止喷油时喷油器油腔内的压力也一定，所以喷油正时（电磁阀断电的时刻）一定时，喷油器的喷油时间也就固定。
图2-58 蓄压式电/液控制喷油器工作原理
1—增压活塞 2—增压柱塞 3—止回阀 4—蓄压室 5—针阀密封锥面 6—喷油器针阀 7—共轨 8—电磁阀
压电式共轨系统是指采用了压电技术的共轨系统，主要是控制喷油器的执行元件用压电元件取代了电磁阀，用压电元件作为控制执行元件的喷油器称为压电式喷油器。由于压电元件像一个在电压下立即就能充电的电容器，它在施加电压以后的0.1ms以内就会发生形变，所以压电式共轨系统的响应速度快。也正是由于压电元件具有快速的响应性，才能实现高频率切换（切换频率为电磁阀的5倍）和高精度控制，压电式喷油器每个工作循环喷射次数可达5次（电磁阀式喷油器为3次），最小喷射间隔时间可达0.1ms，最小喷射量可控制在0.5mm 3 以下。此外，压电式共轨系统压力可以在20～200MPa内弹性调节，最高喷射压力达到180MPa。
第一代共轨系统中最高压力约140MPa，由于始终保持很高压力，导致系统密封难度大，燃油温度高，即使是预喷射和后喷射功能（包括主喷射在内3次喷射）也难以实现。第二代共轨系统中的压力较低，且可根据发动机需求而调节共轨中的压力，利用高速电磁阀的快速开闭可实现预喷射和后喷射功能，但受电磁阀工作特性的限制，也难以实现多次喷射功能。第三代共轨系统——压电式共轨系统具有喷射压力高、控制精度高、切换频率高、响应速度快、节能、寿命长等优点，可使喷油速率、喷射规律以及精确度达到最优。
高压共轨燃油系统使用的主要传感器有：共轨压力传感器；空气流量传感器；发动机转速传感器（或曲轴位置传感器）；凸轮轴位置传感器（或气缸判别传感器）；冷却液温度传感器；进气歧管温度传感器；进气歧管压力传感器（或增压传感器）；燃油温度传感器；加速踏板位置传感器；怠速开关；离合器踏板开关和制动开关等。
高压共轨燃油系统中的传感器和执行器如图2-39所示。