第三代高压油泵：结构与工作原理

2010年起国内销售的大众、福特、通用等缸内直喷汽油车，大都采用第三代高压油泵。2010年前销售的缸内直喷汽油车也有采用第二代高压油泵的。第二代高压油泵与第三代高压油泵相差不大，都是单柱塞并由排气凸轮轴上的凸轮驱动的。

特点一：在燃油压力调节阀不通电的状态下也能产生高压。

特点二：在调节阀不进行调控的情况下，进油阀门也可以依赖于吸油冲程中的压力被打开。同时，高压腔也可以在调节阀不通电的情况下充填。

这些特点的好处是，在起动过程开始的时候，就向燃油输送压力，不需要让发动机控制器先将燃油压力调节好才输送油压。泵的驱动是通过进气凸轮轴上的四方（或3方）凸轮来实施的。特别在冷起动时，这种驱动能快速产生压力。除此以外，通过较大的柱塞直径（10mm），促进压力的快速形成。通过这些措施，冷起动时，在进气阶段开始后只要0.5s的时间，在燃油分配管中压力就已经达到了6MPa以上。

特点三：采用大容量的减压腔，有两个减压器膜集成安装在高压油泵内；防脉动减压效果好。减压器膜隔出的上/下单个室腔，经通道是互相连通的。

特点四：在燃油进口管道中集成安装有一个节流阀。

1.按需调整的供油系统

按需调整的供油系统很大程度上是从双涡轮增压的TSI发动机上改进得到的。电动燃油泵和高压燃油泵都能随时按照发动机的需求提供准确的供油量。电功率和机械功率都被减至最小以达到节油的目的。低压系统是完全相同的，只是高压系统有一些改变，如图4-17所示。

图4-17 燃油系统工作原理图

a）第二代燃油系统 b）第三代燃油系统

2.低压燃油系统

为了调整油泵的供油量，油泵控制单元通过一个PWM信号来控制油泵的供电电压，油泵电压在6V到蓄电池电压之间变换。修正油泵电压的信号由发动机控制单元提供。因此，一个PWM信号由发动机控制单元传给油泵控制单元。燃油泵的供油量是靠发动机控制单元内的特性曲线图来控制的，如图4-18所示。供油量实际上就是燃油泵电压的函数。系统内压力不会低于4bar。

低压系统没有压力传感器。供油量靠发动机控制单元通过下面的方法检测：在油泵的工作循环内，油泵的供油量持续减少，直到高压系统的压力受到影响。发动机控制单元会对燃油泵的调制信号与存储在发动机控制单元内的调制信号进行比较。如果发现两个信号有偏差，以发动机控制单元内存储的为准

图4-18 燃油泵的供油量特性曲线图

图4-19 第三代高压系统部件

3.高压系统

高压系统的压力是根据发动机负荷在35～100bar之间调整。如图4-19所示，系统包括以下元件：1）带燃油压力调节阀N276和限压阀的高压泵；2）高压油管；3）油轨；4）高压传感器G247；5）喷油器N30～N33。

注意：在打开高压系统之前，必须要泄压。以前的可以通过拔掉压力调整阀的插头实现，因为断电的电磁阀是常开的，燃油压力回流。但是在这个发动机上，断电的时候电磁阀是关闭的，就是说不能采用以前的办法。请注意由于加热造成的燃油压力升高。

4.高压泵

新款发动机大多数都采用第三代高压泵，高压泵由日立公司提供，如图4-20所示。

特点：①更小的泵油冲程（3mm）；②泵内集成的限压阀取代了油轨上的回油管；③单柱塞的高压燃油泵用螺栓倾斜地安装在凸轮轴盖上，如图4-21所示，靠进气凸轮轴上的四方凸轮来驱动，每个凸轮轮廓的行程是3mm；④另一个特点是当它不工作的时候，不会将燃油泵入高压系统。

图4-20 第三代高压油泵

1—螺栓 2—低压端接头 3—卡箍 4—回油管 5—高压端接头 6—高压管 7—固定支架 8—圆柱挺杆 9—隔音环 10—弹簧 11—燃油压力调节阀N276(www.xing528.com)

5.高压泵调整原理

燃油压力调整是按需调整的。N276不通电的时候，燃油泵入高压系统。高压泵靠进气凸轮轴上的四方凸轮来驱动。为了减小凸轮轴和泵推杆之间的摩擦，凸轮通过一个圆柱挺杆驱动泵推杆，高压泵以一定角度安装在缸盖罩盖上，高压泵的内部结构如图4-22所示。

图4-21 高压燃油泵用螺栓倾斜地安装在凸轮轴盖上

（1）燃油压力限制阀 限压阀集成在高压燃油泵内，作用是在发生燃油热膨胀和故障的时候，为系统提供过压保护。它是一个机械阀，在压力超过140bar的时候打开，打开的是在泵内从高压端到低压端的回流油道，然后燃油再被压回高压端，如图4-23所示。

图4-22 第三代高压泵内部结构

图4-23 燃油压力限压阀

（2）吸油行程 吸油过程中，N276通电。在磁力的作用下，进油阀克服弹簧力而打开。随着泵活塞下行，在泵腔内会产生一个压降，燃油从低压端流进泵腔。靠泵活塞的下行提供吸油的动力，同时打开进油阀，燃油被吸入了泵腔。在泵活塞行程的最后1/3段，燃油压力调节阀通电，使得在泵活塞向上运动的初期进油阀仍然打开来进行回油，如图4-24所示。

（3）回油行程 为了控制实际的供油量，进油阀在泵活塞向上运动的初期还是打开的，多余的燃油被泵活塞挤回低压端。缓压器的作用就是吸收这个过程中产生的压力波动，如图4-25所示。

图4-24 吸油过程

图4-25 回油行程

（4）泵油行程 在泵油行程的初期，燃油压力调节阀断电，使得进油阀在泵腔内升高的压力和阀内的关闭弹簧共同作用下关闭。泵活塞上行时在泵腔内产生压力，当压力超过油轨内压力时，出油阀就被打开，燃油被泵入油轨，如图4-26所示。

失效影响：N276断电的时候关闭，即当这个阀失效的时候，燃油压力会一直上升，直到达到140bar时限压阀打开。发动机控制单元根据高压的情况匹配喷油器打开时间，同时发动机转速限定在3000r/min（视车型不同）。

6.第三代高压泵工作模式

1）冷起动阶段，采用分层燃烧。60bar的燃油压力在点火点之前就可以建立。

2）冷起动之后，HOSP模式运行20s，这样可以尽快使三元催化器达到反应温度。

3）发动机正常运转期间，喷油器随进气门单次打开，此时的过量空气系数λ=1。

4）只是在发动机负荷和转速升高的时候，混合气稍微加浓。

5）系统过热的时候混合气也会加浓，加浓的混合气有冷却的作用，因为附着在燃烧室内过热位置上的燃油可以吸收热量。

图4-26 泵油行程