泵喷嘴：优势与结构-柴油机电控高压喷油系统结构与维修彩色图解

现代汽车柴油机只要能够在气缸内形成良好的混合气，就能满足诸如功率、燃油耗、废气排放和噪声等方面的高要求，而这只有采用高压喷射系统产生高的喷油压力，实现非常精细的喷雾，并能精确地控制喷油始点和喷油量才有可能。除了高压共轨喷油系统和电控径向柱塞分配泵之外，泵喷嘴系统则能以更高的压力满足这些要求。

正如其名称所表明的那样，在这种高压喷射方案中，高压燃油泵与喷油器被组合成为一个器件，并安装在气缸盖上。每个气缸各有一个泵喷嘴单元，它由凸轮轴通过摇臂来驱动（图6-1），并由低压回路供应燃油。其喷油始点和喷油量是借助于一个由电控单元发出电脉冲信号控制的高速电磁阀来确定的，而预喷射则是采用机械液压方式来实现的。这种泵喷嘴喷油系统能够为商用车和轿车柴油机提供最高的喷油压力，这主要是因泵喷嘴单元具有高的刚度，而又无需高压油管，因而博世（Bosch）公司将这种泵喷嘴喷油系统命名为“单元喷油器系统（UIS）”。

图6-1 泵喷嘴系统

柴油机之父———鲁道夫·狄塞尔（Rudolf Diesel）早在1905年就巳提出过这种将喷油泵与喷油嘴组合在一起的设想，从而能舍弃高压油管，并产生更高的喷油压力，然而当时却缺乏实现其设想的技术可能性。直到20世纪50年代，机械控制的泵喷嘴喷油系统才应用于船舶柴油机和商用车柴油机。1994年，博世公司将首款电控泵喷嘴喷油系统搭载于商用车推向市场。4年后，即1998年德国施瓦本地区的柴油机专家与大众集团合作为轿车柴油机匹配了泵喷嘴喷油系统，并投入批量生产。首款泵喷嘴柴油机轿车从一开始，就以稍高于怠速转速即能输出强劲的扭矩以及在较高功率下优异的燃油耗而令人鼓舞。

其中值得一提的是，大众公司著名的路波（Lu-Po）柴油轿车，它原先装用1.7L的自然吸气直喷式柴油机（1.7L-SDI），1999年又推出了搭载1.2L-TDI-PD增压直喷式柴油机的路波柴油轿车（LuPo 3L TDI），该柴油机装用了最高喷油压高达205MPa的泵喷嘴系统，额定功率为45kW/（4000r/min），机动车排放组合行驶（MVEG）循环试验燃油耗为2.99L/100km，相对于1.7L-SDI老车型的节油效果高达32%，温室气体二氧化碳排放<90g/100km，废气排放满足欧Ⅳ标准。2000年，大众公司为了宣扬节能减排保护环境的理念，该款LuPo-3L-TDI路波（LuPo）泵喷嘴柴油轿车进行了为时80天的环球旅行，行程33333km，平均车速85.7km/h，平均燃油耗只有2.38L/100km，一时间引起全世界的轰动，因此该款柴油轿车的型号中特地加入了“3L”，指的就是百公里油耗<3L，而并非是通常所指的发动机气缸排量。如此显著的节能减排效果（图6-2），究其原因，虽然是包括减轻车重和降低空气及滚动阻力在内的整车技术的综合效果，但是其中60%的份额却是动力总成技术的贡献，特别是泵喷嘴系统的高压喷射与废气涡轮增压的组合，因此从一定程度上来讲，当时若没有泵喷嘴单元如此高的喷油压力，就不可能有百公里燃油耗3L的轿车，从此让人们看到了高压喷射对改善柴油机燃烧和节能减排的潜力。(www.xing528.com)

图6-2 路波柴油轿车（LuPo-3L-TDI）节油措施的份额

至今，大众集团是唯一将泵喷嘴喷油系统用于大量生产的汽车制造商，虽然英国兰德—罗孚（Land Rover）公司曾推出过一种应用德尔福公司泵喷嘴系统的柴油轿车，但是由于批量相对较少，在其他地区很少碰到这款柴油轿车。

与分配式喷油泵相比，泵喷嘴系统具有很重要的优点：由于高达205MPa的最高喷油压力，可降低现代汽车柴油机的噪声、燃油耗和废气排放，并获得较高的功率输出，而喷油始点和喷油量的精确控制以及预喷射同样能获得对柴油机性能非常有利的效果。

当然，与共轨喷油系统相比则有所逊色，而目其非常高的喷油压力也只是暂时的优势，新开发的第3代压电直接控制式共轨喷油系统也巳高达200MPa，完全可与其媲美，而最高喷油压力高达250MPa的第4代液力增压共轨喷油系统的问世，巳大大超越了它所创造的最高喷油压力的记录。在其他方面，共轨喷油系统则更具优势，例如泵喷嘴系统的喷油压力与转速有关，而共轨喷油系统却能自由选择，并目泵喷嘴系统的压力变化曲线与凸轮廓线有关，喷油始点选择的自由度受到一定的限制。此外，共轨喷油系统能够非常容易地适应现有的柴油机结构方案，而欲应用泵喷嘴系统的话，则必须重新设计与之相应的气缸盖，特别是驱动泵喷嘴使凸轮轴的负荷和振动大大增加，对气缸盖和凸轮轴的强度要求明显提高，而目还必须增加一根摇臂轴。因此，泵喷嘴系统的推广应用受到一定的限制，特别是电控共轨喷油系统发展得越来越完善，无论是在控制自由度还是喷油精度和喷油压力等方面都相对于泵喷嘴系统显示出越来越多的优越性。