燃油供给系统结构与工作原理|汽车发动机控制系统维修

1.燃油箱

燃油箱的作用是贮存汽油。

图2-3 凌志LS400燃油系统的构成

燃油箱一般有两种材料制成，镀铅锡合金的钢板或高密度聚乙烯成型塑料板。燃油箱加油盖上有一个带螺纹的延伸部分，其作用是在取下油箱盖时能使燃油箱内的压力逐渐释放。

2.电动燃油泵

电动燃油泵的作用是把燃油从油箱中吸出，加压后输送到管路中，和燃油压力调节器配合建立合适的系统压力，最终将燃油输送到喷油器。

电动燃油泵是电控燃油喷射发动机的基本部件之一。它一般由小型直流电动机驱动。

（1）电动燃油泵的结构与原理 电动燃油泵按安装形式可分为两种：外装式和内装式。

外装式电动燃油泵安装在油箱外，串联在输油管上，如奔驰126底盘的各种车型的电动燃油泵就安装在油箱外的输油管路上。外装式主要采用滚柱式燃油泵。

内装式电动燃油泵安装在油箱内部，浸泡在燃油里，这样可以防止产生气阻和燃油泄漏，且噪声小。此外内装式还在油箱中设一个小油箱，将燃油泵放在小油箱中，这样可以防止在燃油不足而在汽车转弯或倾斜时，燃油泵吸入空气而产生气阻。目前大多数电控燃油喷射系统均采用内装式电动燃油泵，如红旗、富康、桑塔纳等。内装式主要采用涡轮式燃油泵，也可以采用滚柱式燃油泵。图2-4为内装式燃油泵的安装位置。

无论是内装式还是外装式电动燃油泵，其结构基本上是相同的，都是由泵体、电动机和外壳等部分组成，如图2-5所示。

图2-4 内装式燃油泵的安装位置

1—进油滤网 2—燃油泵 3—隔振橡胶 4—支架 5—出油管 6—小油箱 7—油箱 8—回油管

电动机通电即带动泵体旋转，将燃油从进油口吸入，流经电动燃油泵内部，再从出油口压出，给燃油系统供油。燃油流经电动燃油泵内部，对电动机的电枢起到冷却作用。电动燃油泵的电动机部分包括固定在外壳上的永久磁铁和产生电磁力矩的电枢以及安装在外壳上的电刷装置。电刷与电枢上的换向器相接触，其引线连接到外壳的接线柱上，将控制电动燃油泵的电压引到电枢绕组上。电动燃油泵的外壳两端卷边铆紧，使各部件组装成一个不可拆卸的总成。

图2-5 电动燃油泵的结构（以涡轮泵为例）

燃油进入燃油泵前要先经过燃油滤网，以过滤燃油中的杂质。燃油滤网最好定期清洗，若滤网太脏就会使燃油系统压力降低，喷油器喷油量不足，导致汽车高速行驶或急加速时动力不足、加速困难。此外，如果燃油在滤网处堵塞，说明油箱中的沉积物或水分过多，最好拆下整个油箱进行彻底的清洗。

燃油泵的附加功能由安全阀和单向阀完成。

安全阀的作用是可以避免燃油管路出现阻塞时压力过高而造成油管破裂或燃油泵损坏。单向阀的作用是为了发动机熄火后密封油路，使燃油管路中保持一定的压力，以便发动机下次起动（特别是热起动）更加容易。

泵体是电动燃油泵泵油的主体，根据其结构不同可分为：

1）滚柱泵。如图2-6所示，滚柱泵由转子、滚柱和泵套组成。转子偏心地置于泵套内，燃油泵的电动机带动转子运转时，由于离心力的作用使滚柱向外侧移动而与泵套内壁接触，这样，由转子、滚柱和泵套围成的腔室将随转子的转动而产生容积大小变化，在容积由小变大一侧燃油被吸入，在容积由大变小的一侧燃油被压出。桑塔纳轿车就采用滚柱式燃油泵。

2）齿轮泵。齿轮泵的工作原理与滚柱泵相似。它由带外齿的主动齿轮、带内齿的从动齿轮和泵套组成，如图2-7所示，后者与主动齿轮偏心。主动齿轮被燃油泵电动机带动旋转，由于齿轮啮合，主动齿轮带动从动齿轮一起旋转。在从动齿轮和主动齿轮的内外齿啮合的过程中，由内外齿所围合的腔室将发生容积大小的变化，这样，若合理地设置进出油口的位置，即可利用这种容积的变化将燃油以一定的压力泵出。如图2-8所示为德国奥迪A6轿车的齿轮泵剖视图。

图2-6 滚柱式燃油泵的工作原理

图2-7 齿轮泵的结构

图2-8 奥迪A6轿车的齿轮泵

齿轮泵与滚柱泵相比较，在相同的外形尺寸下，泵油腔室的数目较多，因此，齿轮泵输油的流量和压力波动都比较均匀。

3）涡轮泵。涡轮泵以完全不同于前两种泵的方式工作，泵的燃油输送和压力升高完全是由液体分子之间动量转换实现的。涡轮泵的特点是燃油输出脉动小，其结构非常简单，如图2-5所示。当叶轮与电动机一起转动时，由于转子的外圆有很多齿槽，在其前后利用摩擦而产生压力差，重复运转则泵内产生涡流而使压力上升，由泵室输出。这种泵由于使用薄型叶轮，所以所需扭矩较小，可靠性高。此外由于不需消声器可小型化，因此这种燃油泵广泛用于轿车上。捷达、本田雅阁轿车都采用这类燃油泵。

由于燃油泵工作时温度升高，使燃油更容易气化，这必将使泵油量减少，导致输油压力不足和压力波动。为此，现在一般采用双级泵的形式，即将初级泵和主输油泵组合成一个组件，由一个电动机驱动。初级泵一般采用涡轮泵，用以改善输送性能；主输油泵一般采用齿轮泵或涡轮泵，起主导作用。

注意：发动机停止工作后，供油管路仍保持有压力，在修理燃油系统之前，必须释放掉这个压力。

（2）电动燃油泵动作的控制 电动燃油泵只有在发动机起动和运转时才工作。在接通点火开关时，为建立系统油压，电动燃油泵往往会运行一段时间，以便发动机能顺利起动。而在其他情况下，即使点火开关接通，只要发动机没有转动，油泵就不工作。油泵工作的控制，通常是指对油泵电路开路继电器的控制。继电器触点闭合，油泵通电工作；继电器触点断开，油泵停止工作。

油泵控制系统按照触发油泵运转的信号来源，可分为：

油泵开关控制。

发动机电子控制单元控制。

1）采用油泵开关控制油泵。在安装翼板式空气流量传感器的电子燃油喷射系统中，通常采用油泵开关控制电动燃油泵的运行（油泵开关在空气流量传感器内），油泵工作控制电路如图2-9所示。

图2-9 油泵开关控制的燃油泵控制电路

开路继电器是控制电路中重要的组成部分，其作用是在发动机运转时接通电源到电动燃油泵的电路。

在这种燃油喷射系统中，油泵开关装在空气流量传感器内。发动机起动时，点火开关的ST（Start起动）端接通，开路继电器内线圈L₂通电，开路继电器触点闭合，电源向油泵电动机供电，油泵开始工作。发动机起动后，吸入的空气流使空气流量传感器内的翼板转动，空气流量传感器内的油泵开关接通，开路继电器线圈L₁通电。由此可见，只要发动机运转，其开路继电器触点总是处于接通状态。当发动机由于某种原因停止转动时，空气流量传感器

内的油泵开关断开，开路继电器线圈L₁断电，开路继电器触点断开，燃油泵停止工作。从图2-9中还可看出，燃油泵控制电路中有一检查连接器插座或油泵检查开关，通过它

们可以很方便地判断出燃油泵是否工作。对于检查连接器，用跨接线连接插座内的+B端子

和F_p端子，当点火开关位于接通（ON）位置时，蓄电池电压直接作用在燃油泵上，燃油泵应

该工作，此时应能听到燃油流动的声音，否则，需要进一步检查燃油泵及其线路。对于油泵

检查开关，连接油泵检查开关的接头，开路继电器被强制接通，燃油泵应工作，否则，应按

电路图进一步检查燃油泵及其线路。2）采用发动机电子控制单元控制油泵。除安装油泵开关以外的其他发动机，如ECU控

制的燃油泵控制电路如图2-10所示。开路继电器的作用同前所述。

图2-10 ECU控制的燃油泵控制电路

发动机起动时，点火开关的ST（起动）端接通，开路继电器线圈L₂通电，其触点闭合，油泵通电工作。发动机运转时，发动机转速信号（N_e）输入ECU使晶体管VT导通，开路继电器线圈L₁通电。因此，只要发动机运转，开路继电器触点总是闭合的。ECU通过发动机转速信号，来检测发动机运转状态。如发动机停止转动，此时没有转速信号（N_e）输入ECU，晶体管VT截止，开路继电器线圈L₁断电，其触点断开，燃油泵停止工作。

（3）电动燃油泵转速的控制 燃油泵在发动机低速或中小负荷下工作时，需要的供油量相对较小，此时油泵也应低速运转，这样可减少油泵的磨损、噪声以及不必要的电能消耗；而在发动机高转速或大负荷下工作时，需要供油量相对较大，此时油泵应高速运转，以增加油泵的泵油量。一般油泵转速控制分低速和高速两级。

目前常见到的油泵转速控制方式有以下两种：

利用串联电阻器控制油泵的转速。

利用油泵控制模块（油泵ECU）控制油泵的转速。

1）利用串联电阻器控制油泵的转速。如图2-11所示为电阻器式油泵转速控制电路。丰田佳美就用这种控制方式，它在油泵控制电路中，增设一个电阻器（降压电阻）和“油泵控制继电器”（或叫电阻器旁路继电器）对油泵转速进行二级控制（高速、低速）。发动机工作时，ECU根椐发动机转速和负荷，对油泵控制继电器进行控制，油泵控制继电器则控制电阻器是否串入油泵电路中，因此控制电源加到油泵电动机上的不同电压，从而实现油泵转速变化。

图2-11 电阻器式油泵转速控制电路

发动机在低速或中小负荷下工作时，油泵控制继电器触点B闭合，电阻器串入油泵电路中，油泵以低速运转。当发动机处于高转速、大负荷下工作时，ECU输出信号，切断“油泵控制继电器”线圈电路，使继电器触点A闭合，此时电阻器被旁路，油泵电机直接与电源相通，油泵处于高速运转。

2）利用油泵控制模块控制油泵的转速。该种方式为了对油泵进行控制，特别是油泵转速的控制，专设一个控制油泵工作的燃油泵控制模块，如图2-12所示，丰田皇冠3.0和1993年以后的凌志LS400就用这种方式对油泵转速进行二级控制（高速、低速）。燃油泵控制模块对油泵转速（泵油量）的控制，是通过控制加到油泵电动机上的电压来实现的。当发动机在起动阶段或高转速、大负荷下工作时，发动机电子控制单元向燃油泵控制模块的FPC（油泵控制）端子输入一个高电位信号，此时燃油泵控制模块的F_p端子向油泵电动机供应较高的电压（相当于蓄电池电压），使燃油泵高速运转。

图2-12 油泵控制模块控制油泵转速电路

发动机起动后，在怠速或小负荷下工作时，发动机电子控制单元向燃油泵控制模块的FPC端输入一个低电位信号，此时油泵控制模块的F_p端子向油泵电机供应低于蓄电池的电压（约9V），使油泵低速运转。

当发动机的转速低于最低转速（如120r/min）时，燃油泵控制模块断开油泵电路，使油泵停止工作，所以此时尽管点火开关处于接通状态，燃油泵也不工作。图2-12中发动机电子控制单元与燃油泵控制模块间的DI电路，为燃油泵控制模块的故障诊断信号线路。

3.燃油管

汽车一般有三条燃油管。

1）供油管：其作用是将燃油从燃油箱输送到发动机（燃油导轨）。

2）回油管：其作用是使多余的燃油返回燃油箱。

3）燃油蒸气排放管（仅某些车型有）：其作用是将HC气体（即挥发的燃油蒸气）从燃油箱内送至活性炭罐。

燃油管有的是钢质的硬管，也有的是尼龙的软管。这三条燃油管通常装在车身地板下或车架下。为防止路面飞起的石子损坏管道，一般安装有防护板。由于发动机的振动，在燃油管与其他部件的连接处要用橡胶软管。

此外一些新型轿车采用了无回油管燃油系统，如图2-13为GMLS1 V8发动机的按需供油系统，它是由H形燃油导轨、喷油器，燃油脉动衰减器、油压测试口和燃油泵、压力调节器、油位传感器组成。

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图2-13 无回油管的按需供油系统

也就是说燃油滤清器和喷油器之间只有一条燃油管，没有回油管将燃油导轨中的多余燃油送回到油箱中。这样，可以降低发动机对燃油的加热效应，因此，可以降低蒸发排放。

无回油管燃油系统中，当燃油从油箱中泵出后，经过燃油滤清器到达一个T形接头。从这一点开始，只有发动机需要的燃油量流向发动机，多余的燃油则经油压调节器返回油箱。因此，无回油管燃油系统也称为按需供油系统。

4.燃油滤清器

燃油滤清器的作用是在燃油进入燃油导轨之前把含在油中的水分和氧化铁、粉尘等杂物除去，防止燃油系统堵塞（特别是喷油器处），确保发动机稳定运行，提高可靠性。

燃油滤清器串联在供油管路上。

5.燃油脉动衰减器

燃油脉动衰减器的作用是降低在喷油器喷油时油路中的油压产生微小的波动，并降低噪声。

脉动衰减器内部由膜片和弹簧组成，起减振作用，如图2-14所示。

燃油脉动衰减器一般安装在燃油导轨上或设置在电动燃油泵上，虽安装位置不同但其作用是一样的。

以安装在燃油导轨上的燃油脉动衰减器为例介绍其工作原理。来自燃油泵的燃油先流到燃油脉动衰减器，然后流向燃油导轨。当燃油压力过高时，膜片压缩弹簧使膜片前部的空间增大，使本来过大的压力值趋于缓和；当油压过低时，弹簧伸张使膜片前部的空间减小，从而使油压略有上升。

6.燃油压力调节器

燃油压力调节器的作用是使系统油压（即供油管内油压）与进气歧管压力之差保持常数，一般为250～300kPa。

图2-14 燃油脉动衰减器的结构

这样，从喷油器喷出的燃油量便唯一地取决于喷油器的开启时间。因为发动机所要求的燃油喷射量，是根据ECU加给喷油器的通电时间长短来控制的，如果不控制燃油压力，即使加给喷油器的通电时间相同，当燃油压力高时，燃油喷射量也会增加；当燃油压力低时，燃油喷射量会减少。为了使系统油压与进气歧管压力差保持稳定，燃油压力调节器所控制的系统油压应能随进气歧管压力的变化而变化。

电控燃油喷射系统中的燃油压力调节器一般安装在供油总管上，如图2-15所示，采用膜片式结构如图2-16所示。燃油压力调节器是一个金属壳体，中间通过一个卷边的膜片将壳体内腔分成两个小室，一个是弹簧室，内装一个带预紧力的螺旋弹簧作用在膜片上，弹簧室由一真空软管连接至进气歧管；另一个室为燃油室，直接与燃油导轨相通。当进入燃油室的油压超过预定的数值时，燃油压力就将膜片上顶，克服弹簧压力，使膜片控制的阀门打开，燃油室内的过剩燃油通过回油管流回到燃油箱中，因而使供油总管及压力调节器燃油室的油压保持在预定的油压值上。

图2-15 燃油压力调节器的安装位置

图2-16 燃油压力调节器的结构

燃油压力调节器是不可调节器件，它的主要故障是弹簧张力疲劳后变小或膜片破裂。由于燃油压力调节器的作用是调节喷油压力，所以出现故障时会直接影响喷油压力的高低和发动机的供油量，使发动机供油不稳、怠速不稳、起动困难、加速无力、耗油、冒黑烟等。

7.燃油导轨

燃油导轨的作用是安装喷油器并将高压燃油输送给各个喷油器。

燃油导轨安装在进气歧管上。

燃油导轨与喷油器之间用O形圈和卡环密封，O形圈可防止燃油渗漏，并具有隔热和隔振的作用。

卡环将喷油器固定在燃油导轨上。如图2-13、图2-15中都有燃油导轨，由图可见燃油导轨的结构和形式并不完全相同。

大多数燃油导轨上都有燃油压力测试口，可用于检查和释放油压。另外，燃油压力调节器和燃油脉动衰减器一般也安装在燃油导轨上。

8.喷油器

喷油器的作用是接受来自发动机电子控制单元（ECU）的信号，在ECU控制下，精确地将雾化良好的汽油喷入进气歧管或气缸内。

喷油器是电控发动机燃油喷射系统中的重要执行器。电控喷油器是一种加工精度非常高的精密器件，要求其动态流量范围大、雾化性能好，抗堵塞抗污染能力强。多点燃油喷射系统和单点燃油喷射系统一般都使用电磁式喷油器，但结构有一些差别。

（1）电控喷油器的结构

1）多点喷射喷油器。多点燃油喷射系统的喷油器按喷油口的形状可分为：

①轴针式喷油器。如图2-17所示为轴针式喷油器的结构图。它主要由喷油器壳体、喷油针阀、套在针阀上的衔铁以及根据喷油脉冲信号产生电磁吸力的电磁线圈等组成。电磁线圈无电流时，喷油器内的针阀被回位弹簧压在喷油器出口处的密封锥形阀座上。电磁线圈通电时，产生磁场吸动衔铁上移，衔铁带动针阀从其座面上升约0.1mm，燃油从精密环形间隙中流出。为使燃油充分雾化，针阀前端磨出一段喷油轴针。喷油器吸动及下降时间约为1～1.5ms。桑塔纳、红旗、富康、本田雅阁以及丰田皇冠等轿车一般采用这种喷油器。

图2-17 轴针式喷油器

②球阀式喷油器。如图2-18所示为球阀式喷油器结构，赛欧以及捷达轿车EA113发动机采用过这类喷油器。它与轴针式喷油器的主要区别在于阀针的结构。球阀式的阀针是用激光焊将钢球、导杆和衔铁焊接在一起制成的，其质量减轻到只有普通轴针式阀针的一半，这是采用短的空心导杆实现的。

图2-18 球阀式喷油器结构

为了保证燃油密封，轴针式阀针必须有较长的导向杆，而球阀具有自动定心作用，无需较长的导向杆，因此，球阀式的阀针质量轻，且具有较高的燃油密封能力，明显优于轴针式针阀。如图2-19所示为同等级的球阀式阀针与轴针式阀针的比较。其工作过程为：当喷油脉冲信号输入电磁线圈时，产生电磁吸力，固定在阀针上的衔铁被向上吸起，阀针抬离阀座，燃油开始通过计量孔喷出。当喷油脉冲终止时，吸力消失，阀针在弹簧力作用下返回阀座，喷油结束。因此，每次脉冲的喷油量取决于输入电磁线圈的工作脉冲的宽度。

图2-19 同等级的球阀式阀针与轴针式阀针的比较

③片阀式喷油器。片阀式喷油器采用质量较轻的阀片和孔式阀座，不仅具有较大的动态流量范围，而且抗堵塞能力较强。如图2-20所示是片阀式喷油器的纵向剖面图。图2-21所示为阀片的工作情况。当喷油器处于未激励状态（电磁线圈不通电）时，阀片被螺旋弹簧力和燃油压力压紧在阀座上。

图2-20 片阀式喷油器纵向剖面图

当来自发动机电子控制单元的喷油脉冲信号通过喷油器线圈绕组产生磁场时，在电磁力足以克服弹簧力和燃油压力的合力之前，阀片仍将压紧在阀座上。一旦电磁力超过两者的合力，阀片即开始脱离阀座上的密封环，被铁心吸住，于是具有压力的燃油进入阀座密封环中的计量孔。反之，一旦来自ECU的喷油脉冲结束，电磁力开始衰减，但是阀片仍瞬时保持开启状态，直到喷油器弹簧力克服衰减的电磁力为止。当弹簧力大于衰减的电磁力时，阀片将脱离挡圈返回到阀座上，切断燃油喷射。

2）单点喷射喷油器。前面所述的喷油器用于多点电控燃油喷射系统中，安装于各气缸进气门前的进气歧管上，分别供给各气缸工作所需的适量燃油。而对于单点电控燃油喷射系统而言，它是将一个或两个喷油器、压力调节器和传感器等安装在节气门体上，其总成通常被称之为中央喷射单元，如图2-22所示。

单点喷油器也分为针阀式和球阀式，德国Pierburg公司开发的单点喷油器以及国内奇瑞轿车、金杯汽车采用的就是针阀式结构，而德国Bosch公司的单点喷油器则是球阀式。如图2-23所示为金杯汽车单点喷射系统所用的喷油器。在针阀的上方设有一个压缩弹簧和一个电磁线圈，当喷油脉冲电流通过电磁线圈时，产生的电磁吸力克服弹簧压力将针阀吸离阀座，使燃油喷出。当喷油脉冲信号消失时，在弹簧压力的作用下，针阀将落座而停止喷油。

图2-21 阀片的工作情况

1—挡圈 2—弹簧 3—铁心 4—阀片 5—阀座

图2-22 中央喷射单元的结构

图2-23 针阀式单点喷油器的结构

球阀式喷油器的工作原理与针阀式喷油器相同，其不同点在于用球阀及扁平衔铁代替针阀作为运动部件，如图2-24所示为Bosch公司的球阀式单点喷油器。

喷油器在燃油喷射技术的发展过程中，一直备受关注，从结构和性能上作了多方面的改进和完善。如通过改进磁路设计和减小针阀质量而扩大了动态流量范围。同时，还采取各种措施提高其抗堵塞的能力，其中最有效的结构改进是采用多孔计量板。有些采用底部供油冷却喷油器，改善了高温环境条件下的热车起动性能。

（2）冷起动喷油器及温度时间开关 冷起动喷油器的作用是改善发动机冷起动的性能。温度时间开关的作用是控制冷起动喷油器的喷油持续时间。

在发动机低温冷起动时，燃油的挥发性比较差，与空气混合得不好，而且进入气缸的燃油容易在冰冷的气缸壁上冷凝，因此在冷起动时需要多喷入一定量的燃油。实现这种燃油补偿的方式有两种：

①利用冷起动喷油器获得喷油增量。

②发动机电子控制单元直接控制喷油器获得喷油增量。

凉车起动时，冷起动喷油器向进气管中喷入附加的燃油，喷油持续时间由温度时间开关控制，而温度时间开关的闭合和张开主要取决于发动机的温度和开关中加热线圈的加热温度。

冷起动喷油器一般安装在进气歧管主管道上，其结构如图2-25所示。它是一个电磁阀，阀体内腔中充满了压力油，阀门是一个衔铁，它被弹簧紧压在阀座上，阀门上还绕有电磁线圈。当点火开关和温度时间开关均接通后，电磁线圈被励磁产生磁场，将阀门吸离阀座，燃油就通过旋流式喷嘴，散成细油雾，进入节气门后的进气管道内，以加浓混合气。

图2-24 Bosch公司的球阀式单点喷油器

温度时间开关，如图2-26所示，它安装在能感知发动机温度的位置上，一般在冷却液管道中。开关内有一个外绕加热线圈的双金属片，它可根据本身的温度控制触点的开闭，以控制冷起动喷油器持续开启的时间。当双金属片受热到一定程度时，触点便张开，使通往冷起动喷油器的电路断开。这时，冷起动喷油器就不再喷射附加燃油。因此冷起动喷油器的开启持续时间取决于温度时间开关的受热程度。以奔驰600SEL为例，凉车起动时，当喷油时间超过8s或冷却液温度超过35℃，温度时间开关触点断开，使冷起动喷油器断电，停止喷油。在发动机处于正常的热状态下起动时，温度时间开关一直处于断开状态，所以冷起动喷油器不喷射燃油。

图2-25 冷起动喷油器

图2-26 温度时间开关

当冷起动喷油器、温度时间开关或与其相关的线路出现问题，将造成凉车无法起动、起动困难或喷油量过大等故障。所以涉及到此类故障时，首先要检查冷起动喷油器、温度时间开关及其电路等。

9.无线电频率干扰（RFI，Radio Frequency Interference Fil-ter）滤波器

有些燃油系统中安装了无线电频率干扰滤波器，可以防止燃油泵工作时对收音机干扰而产生噪声。RFI滤波器装在燃油泵的电接头上，如图2-27所示。