Der elektronisch gesteuerte Kraftstoffinjektor ist die wichtigste und komplexeste Komponente im Common-Rail-Kraftstoffsystem. Seine Funktion besteht darin, basierend auf den vom Steuergerät gesendeten Steuersignalen Kraftstoff mit dem optimalen Einspritzzeitpunkt, der optimalen Einspritzmenge und der optimalen Einspritzrate aus der Hochdruckschiene in die Brennkammer des Dieselmotors zu sprühen, indem das Öffnen und Schließen des Magnetventils gesteuert wird.
Der Aufbau der elektronisch gesteuerten Kraftstoffinjektoren von BOSCH und ECD-U2 ist grundsätzlich ähnlich. Sie bestehen beide aus einer Düse, einem Steuerkolben, einer Steueröffnung und einem Steuermagnetventil, ähnlich dem herkömmlichen Kraftstoffinjektor. Abbildung 5 zeigt das Strukturdiagramm des elektronisch gesteuerten Kraftstoffinjektors von BOSCH. Wenn das Magnetventil nicht erregt ist, schließt das Magnetventil die Öffnung A oben am Steuerkolben. Der Kraftstoffdruck im Hochdruck-Kraftstoffverteiler wirkt über die Öffnung Z auf den Steuerkolben und schließt die Düse. Wenn das Magnetventil erregt wird, wird die Öffnung A geöffnet, der Druck in der Steuerkammer fällt schnell ab, der Steuerkolben steigt an und die Kraftstoffeinspritzdüse beginnt mit der Kraftstoffeinspritzung. Wenn das Magnetventil stromlos ist, steigt der Druck in der Steuerkammer an, der Steuerkolben bewegt sich nach unten, um die Kraftstoffeinspritzdüse zu schließen und den Kraftstoffeinspritzvorgang abzuschließen.
Die Form der Kraftstoffeinspritzrate muss angemessen optimiert werden, um nach ihrer Steuerung die gewünschte Kraftstoffeinspritzform zu erreichen. Das Volumen der Steuerkammer bestimmt die Empfindlichkeit des Nadelventils beim Öffnen. Wenn das Volumen der Steuerkammer zu groß ist, kann das Nadelventil die Kraftstoffzufuhr am Ende der Einspritzung nicht schnell unterbrechen, was zu einer schlechten Zerstäubung des Kraftstoffs in der späteren Phase führt. Ist das Volumen der Steuerkammer zu klein, kann diese dem Nadelventil keinen ausreichend wirksamen Hub bieten, wodurch sich der Strömungswiderstand beim Einspritzvorgang erhöht. Daher sollte das Volumen der Steuerkammer auch sinnvoll auf der Grundlage des maximalen Kraftstoffeinspritzvolumens des Motormodells ausgewählt werden.
Die Größe der Steueröffnungen A und Z hat entscheidenden Einfluss auf die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Einspritzdüse und den Kraftstoffeinspritzvorgang. Die drei Hauptstrukturen des Ventilkörpers mit doppelter Öffnung sind die Kraftstoffeinlassöffnung, die Kraftstoffrücklauföffnung und die Steuerkammer. Ihre konstruktiven Abmessungen haben großen Einfluss auf die Kraftstoffeinspritzleistung des Kraftstoffinjektors. Der Unterschied in der Durchflussrate zwischen der Kraftstoffrücklauföffnung und der Kraftstoffeinlassöffnung sowie das Volumen der Steuerkammer bestimmen die Öffnungsgeschwindigkeit des Nadelventils der Kraftstoffeinspritzdüse, während die Schließgeschwindigkeit des Nadelventils der Kraftstoffeinspritzdüse durch die Durchflussrate der Kraftstoffeinlassöffnung und das Volumen der Steuerkammer bestimmt wird. Die Konstruktion der Kraftstoffeinlassöffnung sollte sicherstellen, dass das Nadelventil der Kraftstoffeinspritzdüse über eine ausreichende Schließgeschwindigkeit verfügt, um den schlecht zerstäubten Teil der Kraftstoffeinspritzung in der späteren Phase zu reduzieren.
Darüber hinaus hängt der minimale Kraftstoffeinspritzdruck der Düse von den Durchflussmengen der Rücklaufölbohrung und der Einlassölbohrung sowie der Stirnflächenfläche des Steuerkolbens ab. Nachdem also die strukturellen Abmessungen des Einlassöllochs, des Rücköllochs und der Steuerkammer bestimmt wurden, wird der stabile und kürzeste Kraftstoffeinspritzvorgang bei vollständig geöffnetem Düsennadelventil bestimmt und gleichzeitig wird auch die stabile minimale Kraftstoffeinspritzmenge der Düse bestimmt. Eine Verringerung des Volumens der Steuerkammer kann die Ansprechgeschwindigkeit des Nadelventils beschleunigen und den Einfluss der Kraftstofftemperatur auf die Kraftstoffeinspritzmenge der Düse verringern.
Allerdings lässt sich das Volumen der Steuerkammer nicht unbegrenzt verkleinern. Es sollte in der Lage sein, den Hub des Nadelventils des Kraftstoffeinspritzventils sicherzustellen, um das Nadelventil vollständig zu öffnen. Die beiden Steuerlochbohrungen bestimmen den Staudruck im Steuerraum und damit das Bewegungsgesetz des Nadelventils. Durch sorgfältiges Anpassen der Durchflusskoeffizienten dieser beiden Öffnungslöcher kann ein ideales Kraftstoffeinspritzgesetz erstellt werden.
Aufgrund des extrem hohen Einspritzdrucks des Hochdruck-Common-Rail-Einspritzsystems ist die Düsenöffnungsfläche seiner Kraftstoffeinspritzdüse sehr klein. Beispielsweise beträgt der Düsenöffnungsdurchmesser des Kraftstoffeinspritzventils von BOSCH 0,169 mm×6. Bei einem so kleinen Öffnungsdurchmesser und einem so hohen Einspritzdruck befindet sich der Kraftstofffluss in einem äußerst instabilen Zustand. Der Sprühkegelwinkel des Kraftstoffstrahls wird größer und die Kraftstoffzerstäubung besser, die Eindringstrecke wird jedoch kürzer. Daher sollten die Wirbelintensität der Ansaugluft und die Form des Brennraums des ursprünglichen Dieselmotors geändert werden, um den besten Verbrennungsprozess zu gewährleisten.
Da das Common-Rail-System eine ausreichende Öffnungsgeschwindigkeit des Einspritzventils erfordert und die Voreinspritzung eine wichtige Einspritzmethode zur Verbesserung der Dieselmotorleistung ist, sollte die Reaktionszeit des Magnetventils weiter verkürzt werden.