汽车发动机燃油供给系统结构原理-构造与维护

1.燃油供给系统的功用及组成

电控汽油发动机燃油供给系统的功用是供给喷油器一定压力的燃油，喷油器则根据电脑指令适时喷油。其主要由汽油箱、电动汽油泵、汽油滤清器、燃油分配管（输油管）、油压调节器、喷油器等组成，如图4-33所示。

2.燃油供给系统的工作原理

当电动汽油泵电源接通后，油泵开始运转，将油箱内的燃油泵出，经过燃油滤清器过滤其中的杂质和水分，然后进入燃油分配管，向各缸喷油器供油，同时由发动机负荷控制的油压调压器将部分燃油泄出，经回油管送回油箱，各缸喷油器在ECU的控制下将燃油以雾状形式喷进进气歧管（缸外喷射）或气缸内（缸内直喷），与空气混合成可燃混合气。

3.燃油喷射的方式

（1）按喷射位置分 有缸外喷射和缸内直喷两种。

1）缸外喷射。也称进气管喷射，目前汽车上应用的电控燃油喷射系统一般都是这种形式。按喷油器的数量不同，又可分为单点喷射（SPI）系统和多点喷射（MPI）系统，如图4-34所示。

图4-33 电控汽油机燃油供给系统的基本结构组成

图4-34 进气管燃油喷射示意图

多点喷射方式中的喷油器均布置于进气歧管进气门前70～100mm处，且与进气歧管呈45°喷射，而单点喷射方式中的喷油器一般布置于进气总管节气门前30～50mm处，且与进气总管呈90°喷射。

2）缸内直喷。如图4-35所示，将喷油器安装在气缸盖上，把燃油直接喷入气缸内，配合缸内组织的气体流动形成可燃混合气，容易实现分层燃烧和稀薄混合气燃烧，可进一步提高汽油发动机的经济性和排放性。缸内直喷发动机也称GDI发动机，一汽奥迪和迈腾等车辆都是装有GDI的发动机。

（2）按喷射连续性分 有连续喷射和间歇喷射两类。

1）连续喷射。在发动机运转期间，汽油连续不断地喷射在进气道内，大部分汽油是在进气门关闭时喷射的，造成经济性差、污染严重。目前除了一些赛车上采用外，其他汽车一般不采用此种喷射方式。

2）间歇喷射。又分为同时喷射、分组喷射和顺序喷射3种。

①同时喷射。如图4-36所示，发动机在运行期间，各缸喷油器同时开启且同时关闭。该方式控制程序简单，但控制精度不高，油耗大、污染重，目前基本淘汰。

图4-35 缸内直喷示意图

图4-36 同时喷射控制原理及线路连接示意图

②分组喷射。如图4-37所示，发动机在运行期间，将各缸的喷油器分成几组，同一组的喷油器同时喷油或断油（交替喷射）。该方式控制程序较同时喷射稍微复杂，精度有所提高，但发动机的动力性、经济性和环保性等不是最理想，目前很少使用。

图4-37 分组喷射控制原理及线路连接示意图

③顺序喷射。如图4-38所示，发动机在运行期间，喷油器由电脑分别控制，按发动机各缸的工作顺序进行轮流喷射（具有喷射正时控制功能）。该方式控制程序最复杂，但控制精度最高，发动机的动力性、经济性和环保性都十分理想，目前绝大多数电控汽油机均采用这种喷射方式。

图4-38 顺序喷射控制原理及线路连接示意图

4.燃油供给系统主要部件的构造及原理

（1）燃油箱 燃油箱的作用是储存汽油。根据需要往往做成比较复杂的形状，油箱体一般采用薄钢板冲压焊接而成。如图4-39所示为常见乘用车燃油箱的结构及安装位置。

（2）电动汽油泵及其控制电路

1）电动汽油泵的作用。电动汽油泵的作用是为电控燃油喷射系统提供具有一定压力、一定数量的燃油。

图4-39 常见乘用车燃油箱的结构及安装位置

2）电动汽油泵的结构类型及原理。电动汽油泵根据安装位置不同可分为内装式和外装式两种；根据结构原理不同可分为涡轮式（也称叶轮式）、滚柱式、转子式和侧槽式四种。目前，大多数电控汽油乘用车发动机装配内装涡轮式电动汽油泵，它具有油压稳定、不易产生气阻、不易泄漏、安装管路较简单，使用寿命长等优点；缺点是拆卸和维护较麻烦。而部分大型货运或客运车装配外置滚柱式电动汽油泵，其优点是容易布置、安装自由度大、拆装方便；缺点是噪声大、油压不稳定、且容易产生气阻现象。

①内装涡轮式电动汽油泵。如图4-40所示，内装涡轮式电动汽油泵主要由油泵电动机、涡轮泵、单向出油阀、安全阀等组成。其中涡轮泵主要由叶轮、叶片、泵壳体和泵盖等组成。

图4-40 内装涡轮式电动汽油泵结构及原理

其工作原理为：当涡轮泵在电动机带动下旋转时，涡轮泵周围槽内的燃油与叶轮一起旋转，在泵轮外缘每一个叶片沟槽的前后，因液体的摩擦作用存在一个压力差，由很多叶片沟槽所产生的递升压力差使汽油的压力升高，升压后汽油通过电动机内部经单向阀从油泵出口排出。

电动燃油泵中安全阀的作用是燃油压力达到450～600kPa以上时，阀门开启，释放一部分燃油，以防止燃油压力上升过高。单向出油阀的作用主要是阻止燃油倒流，保持系统内具有一定的残余压力，便于下次起动。同时还可防止气阻现象出现。

如图4-41所示为新型内装涡轮式电动汽油泵，已将燃油压力调节器和燃油滤清器均装于油箱内部，噪声更低，寿命更长。

图4-41 新型内装涡轮式电动汽油泵结构组成

②外装滚柱式电动汽油泵。外装滚柱式电动汽油泵，如图4-42所示。主要由油泵电动机、滚柱式汽油泵、出油阀、卸压阀等组成。

图4-42 外装滚柱式电动燃油泵的结构组成及工作原理

1—单向阀 2—外壳 3—安全阀 4—滚柱泵 5—电路插接器 6—燃油泵电动机

其工作原理为：当转子旋转时，位于转子槽内的滚柱在离心力的作用下，紧压在泵体内表面上，对周围起密封作用，在相邻两个滚柱之间形成工作腔。在燃油泵运转过程中，工作腔转过出油口后，其容积不断增大，形成一定的真空度，当转到与进油口连通时，将燃油吸入；吸满燃油的工作腔转过进油口后，容积不断减小，使燃油压力提高，受压燃油流过电动机，从出油口输出。

3）电动汽油泵的控制电路。不同车型采用的燃油泵控制电路也不同。主要有ECU控制式电动燃油泵控制电路、带燃油泵继电器的ECU控制式燃油泵控制电路和燃油泵开关控制式电动燃油泵控制电路三种形式。

①ECU控制式的电动燃油泵控制电路。该类型的控制电路主要应用在D型EFI系统和装用热式或者卡门旋涡式空气流量计的L型EFI系统中。如图4-43所示为日本丰田皇冠3.0乘用车ECU控制式电动燃油泵控制电路。图中+B和FP端用于对燃油泵控制电路部件进行检查。

图4-43 ECU控制式电动燃油泵控制电路

其控制电路原理是：当发动机处于高转速、大负荷工况时，发动机ECU施加给燃油泵ECU FPC端子12V电压，使油泵高速运转；当发动机处于怠速或小负荷工况时，发动机ECU施加给燃油泵ECU FPC端子9V电压，使油泵低速运转。

②带燃油泵继电器的ECU控制式燃油泵控制电路。此种控制电路可根据发动机转速和负荷的变化，通过燃油泵继电器改变燃油供电线路从而控制油泵工作转速，即存在低、高速转换。当发动机低速运转，工作在中小负荷时，所需供油量少，燃油泵低速运转；当发动机工作在高速大负荷时，所需供油量多，燃油泵高速运转。如图4-44所示为丰田LS400型乘用车燃油泵控制电路图。

注意：低、高速转换主要取决于燃油泵继电器是否串入电阻器，串入电阻器时油泵低速运转，否则油泵高速运转。

图4-44 丰田LS400型带燃油泵继电器的ECU控制式燃油泵控制电路(www.xing528.com)

③油泵开关控制式电动汽油泵控制电路。此种燃油泵控制电路主要用于装用叶片式空气流量计的L型EFI系统，目前很少采用。

（3）燃油滤清器 燃油滤清器的作用是过滤燃油中的杂质，防止污物堵塞喷油器等精密零件。燃油滤清器可以安装在燃油箱附近，也可以安装在发动机附近。

注意：

1）乘用车上的燃油滤清器一般采用一次性的纸质滤芯。一般汽车每行驶20000～40000km或1～2年，应更换燃油滤清器。

2）更换燃油滤清器时，应首先释放燃油系统压力，并注意燃油滤清器壳体上的箭头标记为燃油流动方向！安装时切勿装错，如图4-45所示。

（4）燃油压力调节器

1）功用。燃油压力调节器是燃油供给系统中较重要的部件，其功用是使系统油压与进气歧管压力之差保持常数，一般为0.25MPa。这样从喷油器喷出的燃油量只取决于喷油器的开启时间。

2）组成。其外形及结构如图4-46所示，主要由金属壳体、弹簧、膜片、阀等组成，一般安装在燃油分配管上。膜片将金属壳体的内腔分成两个腔室：一个是弹簧室，内装一个具有一定预紧力的螺旋弹簧，弹簧预紧力作用在膜片上，弹簧室通过软管引入进气歧管的负压；另一个是燃油室，通过两个管接头与燃油分配管及回油管相连，如图4-47所示。

图4-45 燃油滤清器结构及安装

图4-46 燃油压力调节器的结构组成及安装

图4-47 节气门开度与进气歧管及燃油分配管压力的关系

3）工作原理。如图4-47所示，发动机运转时，进气歧管的负压和弹簧预紧力共同作用在膜片上。燃油泵供给的燃油同时输送到喷油器和压力调节器的燃油室，若油压低于预定值，球阀将回油孔关闭，燃油不再流动。当油压超过预定值时，燃油压力推动膜片使球阀向上移动，回油孔打开，燃油经回油管流回油箱（如图4-47左所示），同时弹簧室的弹簧被进一步压缩。由于一部分燃油经回油孔流回油箱，使燃油分配管内的油压下降，膜片在弹簧力的作用下向下移动到原来位置，球阀将回油孔关闭，使燃油分配管内的油压不再下降。

作用在膜片上方的进气歧管负压用来调节燃油分配管内的压力。若弹簧的预紧力为0.25MPa，则进气歧管负压为零时，燃油分配管内的压力保持在0.25MPa。发动机在怠速工况时，进气歧管压力约为-0.054MPa，此时回油孔开启的燃油压力为0.196MPa。节气门全开时，进气歧管的压力约为-0.005MPa，这时回油孔开启的燃油压力变为0.245MPa，即节气门全开时的油压调整值自动调整为0.245MPa。

由此可见，燃油压力调节器始终自动调节去喷油器的燃油压力，使油路中的燃油压力与进气管压力之差保持常数，这样从喷油器喷出的燃油量只取决于喷油器的开启时间，使ECU能够通过控制喷油时间的长短来精确控制喷油量。

电动汽油泵停止工作时，膜片在弹簧力的作用下，将回油孔关闭，使电动汽油泵与燃油压力调节器之间的油路内保持一定的残余压力，以便下次起动。

（5）燃油分配管 燃油分配管的作用是固定喷油器和燃油压力调节器，如图4-46所示，并将具有一定压力的汽油均匀地分配到各个喷油器中。燃油分配管还具有储油功能，为克服压力波动，其容积比发动机每个工作循环喷入的汽油量大得多，从而使接在分配管上的喷油器处于相同汽油压力之下。

燃油分配管一般安装在进气歧管（缸外喷射）或气缸盖上（缸内喷射）。燃油分配管与喷油器及燃油压力调节器之间用O形圈和卡环密封，O形圈可防止汽油泄漏，并具有隔热和隔振功能，用卡箍（固定夹）将燃油压力调节器和喷油器等部件固定在汽油分配管上。

（6）喷油器

1）喷油器的作用。根据ECU的指令，控制燃油喷射量。喷油器通过绝缘密封垫圈安装在进气歧管或进气道附近的气缸盖上，并用燃油分配管将其位置固定。

2）喷油器的结构类型。

①按照喷油器针阀是否伸出喷口分为轴针式和孔式。

a.轴针式喷油器。如图4-48所示，轴针式喷油器主要由进油滤网、回位弹簧、电磁线圈、针阀和衔铁等组成。其特点是喷油器针阀的前端有一段轴针，喷油器关闭时轴针露出喷孔，喷油时轴针可使汽油呈环状喷出，有利于雾化，喷口不易堵塞。但燃油的雾化质量稍逊于孔式喷油器，且由于针阀的质量较大，因此动态响应较差。

b.孔式喷油器。如图4-49所示，孔式喷油器的结构与轴针式喷油器类似，只是针阀（针阀头部为锥形或球形，故也称球阀式喷油器）的前端没有轴针，故针阀不露出喷孔，其喷孔数一般为1～2个。孔式喷油器的特点是燃料雾化质量较好，且球型针阀的质量仅为轴针式针阀的一半，响应速度快。不足之处是喷孔容易堵塞。

图4-48 轴针式喷油器

图4-49 孔式喷油器

②按照喷油器的驱动方式分有电流驱动和电压驱动两种形式。

a.电流驱动。电流驱动是指ECU输出较大电流信号驱动喷油器喷油，其驱动原理及电路如图4-50所示。

图4-50 喷油器的电流驱动

a）电流驱动方式 b）低电阻喷油器电流驱动电路

在采用电流驱动方式的喷油器控制电路中，不需附加电阻，低阻喷油器直接与蓄电池连接，通过ECU中的晶体管对流过喷油器线圈的电流进行控制。

b.电压驱动。电压驱动是指ECU输出电压信号控制喷油器的喷油，其驱动原理及电路如图4-51所示。

在采用电压驱动方式的喷油器控制电路中，对低电阻型喷油器而言，在电路中必须连接附加电阻，否则很容易烧毁喷油器。其附加电阻与喷油器的连接方式可分为独立式和分组式两种，如图4-52所示。

图4-51 喷油器的电压驱动方式

a）电压驱动方式 b）低电阻喷油器电压驱动电路

图4-52 低阻喷油器与附加电阻的连接方式

3）喷油器的控制电路。喷油器控制电路基本相同，一般都通过点火开关和主继电器给喷油器供电，ECU控制喷油器搭铁。不同发动机喷油器数量、喷射方式、分组方式均有所不同，其控制电路也不同。

①同时喷射控制电路。这种喷射方式的控制电路是将各缸喷油器全部并联在一起，通过一条共同的线路和电脑连接。如图4-53所示。该种喷射方式在发动机的每个工作循环中（曲轴每转两圈），各缸喷油器同时喷油一次或两次。

图4-53 同时喷射方式的控制电路

②分组喷射控制电路。这种喷射方式的控制电路是将多缸发动机的喷油器分成2～3组，每组有2～4个喷油器，分别通过一条线路和电脑连接。如图4-54所示。该种喷射方式在发动机每个工作循环中，各组喷油器各自同时喷油一次。如图4-54所示。

③顺序喷射控制电路。这种喷射方式的控制电路是将各缸喷油器分别由各自的线路和电脑连接。如图4-55所示。

图4-54 分组喷射方式的控制电路

图4-55 顺序喷射方式的控制电路

这种喷射方式在发动机每个工作循环中，电脑分别控制各喷油器在各自的气缸接近进气行程开始的时刻喷油。控制精度最高，空燃比最理想，目前用得最多。

4）冷起动喷油器及其控制电路。随着现代汽车电子控制技术的不断发展，电子控制单元ECU的控制程序得到不断提升和改进。目前除了一些旧款发动机还少量使用冷起动喷油器外，新生产的电控汽油喷射发动机，已基本取消了冷起动喷油器，取而代之的是利用电子控制单元ECU的控制程序对主喷油器进行异步喷射控制（即喷油器的喷油不与发动机的工作循环和工作顺序同步，而是ECU根据发动机的冷起动、暖机、急加速等实际工况，来控制喷油器的实际喷油量，以满足发动机实际工作需要）。故对该部分内容不再赘述。