单体泵柴油喷射发动机

韦东

专用泵柴油喷射系统可以说是柴油机的一次革命，它不仅大大提高了发动机的性能，而且是设计上的一次彻底创新，因为它的每个喷嘴都装有一个高压油泵。

柴油机具有油耗低、低速扭矩大、维修率低的特点。随着燃油价格的上涨和人们对柴油机的进一步认识，推动了经济性优越的柴油机的普及，柴油机逐渐应用于家用轿车。柴油机的发展与排放法规的逐步完善密切相关。随着欧ⅱ和欧ⅲ排放标准的出台，人们发现提高柴油机性能有两个要求，一是电控，二是高喷油压力。所以在20世纪90年代后期，可以达到1800bar喷射压力的单泵柴油喷射系统开始在轿车和商用车上应用。

单体泵柴油喷射系统在結构上可分为两种形式，在驱动系统中没有逃脱出凸轮轴的驱动力。这两种形式中，一种是泵喷嘴系统UIS（Unit Injector System），主要应用在轿车上，尤其以大众品牌轿车最为常见，在结构上高压油泵和喷油嘴做成了一体，可直接安装在发动机缸盖上，泵喷嘴由发动机顶置凸轮轴驱动。另一种是单体泵系统UPS（Unit Pump System），主要应用在商用车上，在重型卡车上最为常见，单体泵与喷油嘴由一根很短的高压油管连接，分别安装在缸体和缸盖上，单体泵由凸轮轴驱动。我们回想传统柴油发动机，喷油嘴喷油时的动作是由凸轮轴来控制的，而在这里凸轮轴提供油泵驱动力。单泵柴油喷射系统在结构上可分为两种，凸轮轴的驱动力在驱动系统中不逃逸。在这两种形式中，一种是UIS(单体喷油器系统)，主要用于汽车，尤其是大众品牌的汽车。在结构上，高压油泵和喷油器是一体的，可以直接安装在发动机气缸盖上，喷油嘴由发动机顶置凸轮轴驱动。另一种是单元泵系统UPS(Unit Pump System)，主要用于商用车，尤其是重型卡车。单体泵通过一根短的高压油管与喷油嘴相连，高压油管分别安装在气缸体和气缸盖上，单体泵由凸轮轴驱动。回想一下传统的柴油机，喷油器喷油时的动作是由凸轮轴控制的，其中凸轮轴提供了机油泵的驱动力。

单泵柴油喷射系统的特点是各缸的喷射分别求解，由发动机控制模块控制。每个发动机气缸的燃油喷射都是由各自的喷射单元完成的。从结构上来说，喷油泵和喷油嘴距离越近，喷射精度就会越高，所以两个单泵系统可以提供高精度的喷射。柴油从油箱出来后，由主油泵加压。经过单泵加压后，高达1800bar的高压喷射可以完美雾化燃油。良好的油气混合可以使燃烧更加充分，燃油效率和经济性显著提高，从而获得更大的动力和更好的排放特性。喷射由电磁阀控制，电磁阀的瞬时动作决定喷射时间，喷射量由电磁阀的通电持续时间决定，电磁阀接收来自发动机控制模块的指令。

与其前辈相比，单泵柴油机喷射系统有了很大的进步，但也有其局限性。以前的直列泵在使用一定时间后需要进行标定，而单泵的柴油喷射系统不存在这个问题，但是泵体出现问题需要更换。由于机油泵需要安装在靠近凸轮的气缸盖或气缸体中，所以对12L卡车的V6发动机影响不大，但对2L发动机的布局会有一定影响。凸轮轴不仅驱动进气门和排气门，还驱动高压油泵，结构复杂。最重要的是，它不会逃脱打开凸轮轴传动产生的喷射压力。其工作原理决定了喷射压力与发动机转速和喷油量有关。它不能保持恒定的高压喷射压力，在低速低负荷时燃油压力会受到影响。

国内的宝来1.9Tdi应用了泵喷嘴系统。德国大众公司对泵喷嘴技术情有独钟，开发了多款泵喷嘴柴油发动机，几年前在一汽大众推出了应用了泵喷嘴技术的宝来1.9TDi，TDI是Turbo Direct Injection的缩写，意为涡轮增压直接喷射。从它的发动机外特性曲线图中我们可以看出240Nm/ 1800～2500rpm的扭矩高原，体现了中、低速良好的扭矩特性，只是在3000rpm后动力明显下降，而90km/h等速油耗只有4.6L/100km，燃油经济性很可观。国产宝来1.9Tdi采用泵喷嘴系统。德国大众对泵喷嘴技术情有独钟，开发了多款带泵喷嘴的柴油机。几年前，一汽大众推出了采用泵喷嘴技术的宝来1.9TDi。TDI是Turbo Direct Injection的缩写，意为涡轮直喷。我们从它的发动机特性曲线上可以看到240nm/1800 ~ 2500 rpm的扭矩坪，在中低速表现出良好的扭矩特性。但3000转后动力明显下降，而90km/h等速油耗仅为4.6L/100km，燃油经济性可观。