單體泵柴油噴射發(fā)動機

衛(wèi)東

單體泵柴油噴射系統(tǒng)（Dedicated-pump diesel systems）可以說是柴油發(fā)動機的一次革命，不僅使發(fā)動機性能大幅度提高，而且在設(shè)計上也是一次徹底的革新，因為它每一個噴嘴上都帶有一個高壓油泵。

柴油發(fā)動機具備油耗低、低速扭矩大、維修率低等特點。隨著燃油價格的不斷上漲，及人們對柴油發(fā)動機的進一步認(rèn)識，推動了經(jīng)濟性優(yōu)越的柴油發(fā)動機的普及，柴油發(fā)動機也逐步應(yīng)用在了家庭轎車上。而柴油發(fā)動機的發(fā)展又與排放法規(guī)的一步步提高息息相關(guān)，隨著歐Ⅱ、歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的提出，人們發(fā)現(xiàn)要想提高柴油發(fā)動機的性能需要具備兩點，一是電控，二是高燃油噴射壓力，于是上世紀(jì)90年代末能夠達到1800bar噴油壓力的單體泵柴油噴射系統(tǒng)開始在轎車和商用車上應(yīng)用。

單體泵柴油噴射系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上可分為兩種形式，在驅(qū)動系統(tǒng)中沒有逃脫出凸輪軸的驅(qū)動力。這兩種形式中，一種是泵噴嘴系統(tǒng)UIS（Unit Injector System），主要應(yīng)用在轎車上，尤其以大眾品牌轎車最為常見，在結(jié)構(gòu)上高壓油泵和噴油嘴做成了一體，可直接安裝在發(fā)動機缸蓋上，泵噴嘴由發(fā)動機頂置凸輪軸驅(qū)動。另一種是單體泵系統(tǒng)UPS（Unit Pump System），主要應(yīng)用在商用車上，在重型卡車上最為常見，單體泵與噴油嘴由一根很短的高壓油管連接，分別安裝在缸體和缸蓋上，單體泵由凸輪軸驅(qū)動。我們回想傳統(tǒng)柴油發(fā)動機，噴油嘴噴油時的動作是由凸輪軸來控制的，而在這里凸輪軸提供油泵驅(qū)動力。

單體泵柴油噴射系統(tǒng)的特點是每缸噴油各自解決，統(tǒng)一由發(fā)動機控制模塊調(diào)控。發(fā)動機每個氣缸燃油的噴射由各自的噴射單元來完成。從結(jié)構(gòu)上，噴油泵和噴油嘴越接近，噴射的精度就越高，所以兩種單體泵系統(tǒng)都能提供高精度的噴射。柴油從油箱出來后先經(jīng)過一個初級油泵將柴油加壓，在經(jīng)過單體泵加壓，最高能夠到達1800bar的高壓噴射使燃油極好地霧化，良好的油氣混合使燃燒更充分，燃油效率和經(jīng)濟性得到顯著提高，可獲得更大的功率和更好的排放特性。噴射由電磁閥控制，電磁閥的瞬時動作決定了噴油的時刻，噴油量則由電磁閥通電時間的長短來確定，電磁閥接受來自發(fā)動機控制模塊的指令。

單體泵柴油噴射系統(tǒng)與它的前輩相比是進步多了，但也有它的局限性。從前的直列泵使用一定時期之后需要去校泵，而單體泵柴油噴射系統(tǒng)不存在這一問題，但出了毛病就需要更換泵體。由于油泵需要安裝在缸蓋或缸體靠近凸輪的地方，對于12L排量的卡車V6發(fā)動機影響不大，但對于2L的發(fā)動機的布局會受到一定影響。凸輪軸不僅要驅(qū)動進、排氣門，還要驅(qū)動高壓油泵，在結(jié)構(gòu)上還較為復(fù)雜。最關(guān)鍵的是它并沒有逃脫開凸輪軸驅(qū)動產(chǎn)生噴射壓力，其工作原理決定了噴射壓力與發(fā)動機轉(zhuǎn)速和噴油量有關(guān)，它不能保持恒定的高壓噴射壓力，在低速小負(fù)荷時燃油壓力會受到影響。

國內(nèi)的寶來1.9Tdi應(yīng)用了泵噴嘴系統(tǒng)。德國大眾公司對泵噴嘴技術(shù)情有獨鐘，開發(fā)了多款泵噴嘴柴油發(fā)動機，幾年前在一汽大眾推出了應(yīng)用了泵噴嘴技術(shù)的寶來1.9TDi，TDI是Turbo Direct Injection的縮寫，意為渦輪增壓直接噴射。從它的發(fā)動機外特性曲線圖中我們可以看出240Nm/ 1800～2500rpm的扭矩高原，體現(xiàn)了中、低速良好的扭矩特性，只是在3000rpm后動力明顯下降，而90km/h等速油耗只有4.6L/100km，燃油經(jīng)濟性很可觀。