單體泵柴油噴射發動機

衛東

單體泵柴油噴射系統（Dedicated-pump diesel systems）可以說是柴油發動機的一次革命，不僅使發動機性能大幅度提高，而且在設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，及人們對柴油發動機的進一步認識，推動了經濟性優越的柴油發動機的普及，柴油發動機也逐步應用在了家庭轎車上。而柴油發動機的發展又與排放法規的一步步提高息息相關，隨著歐Ⅱ、歐Ⅲ排放標準的提出，人們發現要想提高柴油發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90年代末能夠達到1800bar噴油壓力的單體泵柴油噴射系統開始在轎車和商用車上應用。

單體泵柴油噴射系統在結構上可分為兩種形式，在驅動系統中沒有逃脫出凸輪軸的驅動力。這兩種形式中，一種是泵噴嘴系統UIS（Unit Injector System），主要應用在轎車上，尤其以大眾品牌轎車最為常見，在結構上高壓油泵和噴油嘴做成了一體，可直接安裝在發動機缸蓋上，泵噴嘴由發動機頂置凸輪軸驅動。另一種是單體泵系統UPS（Unit Pump System），主要應用在商用車上，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，單體泵由凸輪軸驅動。我們回想傳統柴油發動機，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動力。

單體泵柴油噴射系統的特點是每缸噴油各自解決，統一由發動機控制模塊調控。發動機每個氣缸燃油的噴射由各自的噴射單元來完成。從結構上，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都能提供高精度的噴射。柴油從油箱出來后先經過一個初級油泵將柴油加壓，在經過單體泵加壓，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，電磁閥接受來自發動機控制模塊的指令。

單體泵柴油噴射系統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發動機影響不大，但對于2L的發動機的布局會受到一定影響。凸輪軸不僅要驅動進、排氣門，還要驅動高壓油泵，在結構上還較為復雜。最關鍵的是它并沒有逃脫開凸輪軸驅動產生噴射壓力，其工作原理決定了噴射壓力與發動機轉速和噴油量有關，它不能保持恒定的高壓噴射壓力，在低速小負荷時燃油壓力會受到影響。

國內的寶來1.9Tdi應用了泵噴嘴系統。德國大眾公司對泵噴嘴技術情有獨鐘，開發了多款泵噴嘴柴油發動機，幾年前在一汽大眾推出了應用了泵噴嘴技術的寶來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，燃油經濟性很可觀。