本发明涉及一种超临界燃油喷射系统，属于内燃机燃烧及燃油超临界喷射技术领域。主要包括油箱、高压油泵、高压共轨管、燃油加热管、燃油电磁加热单元、共轨喷油器、高温回油管路、回油水冷装置、储油罐、压力传感器、热电偶以及电子控制单元。高压油泵将燃油从油箱加压泵入高压共轨管；燃油电磁加热单元将燃油加热至超临界态；电子控制单元处理来自压力传感器和热电偶的信号，控制共轨喷油器喷油；回油水冷装置将高温回油冷却并由高温回油管路导入储油罐。与现有技术相比，本发明通过将燃油加温加压至超临界态，增强了喷射时燃油的雾化效果并缩短了燃油滞燃期，使得燃烧过程可以通过喷射脉冲的个性化定制得到控制和改善，从而提高了内燃机热效率。