第一节
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不同车型发动机电控系统中的燃油供给系统基本相同,都是由电动燃油泵、燃油滤清器、喷油器(俗称喷油嘴)、燃油压力调节器(也称油压调节器)、燃油分配管(也称油轨)及油管等组成,如图4-1(a)所示;部分车型还安装了脉动阻尼器、冷起动喷油器等,如图4-1(b)所示。
图4-1 燃油供给系统的组成
电动燃油泵(英文缩写为FP)是一种由小型直流电动机驱动的燃油泵,其作用是给电控燃油喷射系统提供具有一定压力的燃油。电动燃油泵的燃油泵和电动机安装在一起。
电动燃油泵按安装位置不同,可分为内置式和外置式两种。按燃油泵结构不同,可分为涡轮式、滚柱式、齿轮式、转子式和侧槽式等类型。
目前大多数汽车的电动燃油泵都为内置式的涡轮泵,安装在燃油箱内。内置式具有噪声小、不易产生气阻、不易泄漏、安装管路较简单等优点,应用更为广泛。有些车型在油箱内还设有一个小油箱,燃油泵置于小油箱内,这样可防止在油箱燃油不足时,因汽车转弯或倾斜引起燃油泵周围燃油的移动,使燃油泵吸入空气而产生气阻。外置式电动燃油泵多采用滚柱式,它串接在油箱外部的输油管路中,优点是容易布置,安装自由度大,但噪声大,且燃油供给系统易产生气阻,所以只有少数车型应用。
(1)涡轮式电动燃油泵
涡轮式电动燃油泵主要由电动机、涡轮泵、出油阀(单向阀)、卸压阀(安全阀)等组成,如图4-2所示。油箱内的燃油进入燃油泵内的进油室前,首先经过滤网初步过滤。电动机和叶片连成一体,密封在同一壳体内。
涡轮泵主要由叶轮、叶片、泵壳体和泵盖组成,叶轮安装在燃油泵电动机的转子轴上。电动机通电时,电动机驱动叶轮旋转,由于离心力的作用,使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳,并将燃油从进油室带往出油室。由于进油室燃油不断被带走,所以形成一定的真空度,将油箱内的燃油经进油口吸入;而出油室燃油不断增多,燃油压力升高,当油压达到一定值时,则顶开出油阀经出油口输出。
图4-2 涡轮式电动燃油泵
小提示
◆出油阀为单向阀,在燃油泵不工作时,阻止燃油倒流回油箱,这样可保持油路中有一定的燃油压力,便于下次起动。
◆卸压阀安装在进油室和出油室之间,当燃油泵输出油压达到0.4MPa时,卸压阀开启,使油泵内的进、出油室连通,燃油泵工作只能使燃油在其内部循环,以防止输油压力过高。
涡轮式电动燃油泵具有泵油量大、泵油压力较高、供油压力稳定、运转噪声小、使用寿命长等优点,所以得到广泛应用。
(2)滚柱式电动燃油泵
滚柱式电动燃油泵主要由电动机、滚柱泵、出油阀和卸压阀等组成,如图4-3所示。滚柱式电动燃油泵一般都安装在油箱外面,因其输油压力波动较大,故在出油端必须安装阻尼减振器。阻尼减振器主要由膜片和弹簧组成,它可吸收燃油压力波的能量,降低压力波动,以便提高喷油控制精度。
图4-3 滚柱式电动燃油泵
1—卸压阀;2—滚柱泵;3—燃油泵电动机;4—出油阀;5—进油口;6—出油口
滚柱泵主要由滚柱和转子组成,转子呈偏心状,置于泵壳内,如图4-4所示,由直流电动机驱动,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了工作腔。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;而吸满燃油的工作腔转过进油口后,其容积又不断减小,使燃油压力提高,受压燃油流过电动机,从出油口输出。出油阀和卸压阀的作用与叶片式电动燃油泵相同。
图4-4 滚柱泵工作原理
l—泵壳体;2—滚柱;3—转子轴;4—转子
车型不同,采用的燃油泵控制电路一般也不同,主要分为以下几种类型。
(1)ECU控制的燃油泵控制电路
由ECU和断路继电器对油泵工作进行控制,控制电路如图4-5所示。这种控制方式,多用于D型系统以及L型热线式和卡门式空气流量计系统中。
图4-5 ECU控制的燃油泵控制电路
1—点火开关;2—主继电器;3—诊断座;4—断路继电器;5—油泵;6—分电器;7—ECU;8—油泵检查开关
当发动机运转时,分电器就输出信号给ECU,使三极管T r 导通,线圈 L 1 通电,断路继电器触点闭合,油泵工作。当发动机停止工作时,分电器不输出信号,则三极管T r 截止,线圈 L 1 断电,断路继电器触点分开,油泵停止工作。
(2)燃油泵开关控制的燃油泵控制电路
由空气流量计中的油泵开关对油泵工作进行控制,控制电路如图4-6所示。这种控制方式用于L型叶片式空气流量计系统中。
发动机工作时,空气流过空气流量计,油泵开关闭合, L 1 通电,
图4-6 燃油泵开关控制的燃油泵控制电路
1—点火开关;2—主继电器;3—诊断座;4—断路继电器;5—油泵;6—油泵开关;7—油泵检查开关
断路继电器触点闭合,油泵工作。发动机不工作时,空气流量计叶片不动,油泵开关断开, L 1 断电,断路继电器触点分开,油泵停止工作。
开路继电器中的 RC 电路,可使发动机熄火时,延长电动燃油泵工作时间2~3s,以便保持燃油系统内有一定的燃油压力。
(3)具有转速控制的燃油泵控制电路
此种控制电路的特点是,油泵的转速可以变化,即可根据发动机转速和负荷的不同而变化,控制电路如图4-7所示。
图4-7 具有转速控制的燃油泵控制电路
1—点火开关;2—主继电器;3—断路继电器;4—油泵控制继电器;5—油泵;6—油泵开关;7—ECU
当发动机高速、大负荷工作时,所需油量多,ECU中的三极管截止,燃油泵继电器触点A闭合,直接给燃油泵输送蓄电池电压,燃油泵高速运转。
当发动机低速、小负荷工作时,所需油量少,ECU中的三极管导通,使触点B闭合,由于将电阻串联到燃油泵电路中,所以燃油泵两端电压低于蓄电池电压,燃油泵低速运转。
(4)用燃油泵电脑控制的燃油泵电路
由燃油泵电脑对燃油泵工作进行控制,燃油泵电脑通过发动机电脑控制,给燃油泵不同的驱动电压,使燃油泵的转速和油压能按需变化,控制电路如图4-8所示。
图4-8 用燃油泵电脑控制的燃油泵电路
1—诊断座;2—主继电器;3—ECU;4—油泵控制单元;5—燃油泵
燃油泵ECU通过FP端子向燃油泵供电。燃油泵ECU根据发动机ECU端子FPC和DI的信号,控制+B端子与FP端子的连通回路,以改变输送给燃油泵的电压,从而实现对燃油泵转速的控制。
当发动机高速、大负荷工作时,发动机ECU的FPC端子向燃油泵控制ECU发出指令,使FP端子向燃油泵提供12V的蓄电池电压,燃油泵以高速运转。当发动机低速、小负荷工作时,发动机ECU的DI端子向油泵ECU发出指令,使FP端子向燃油泵提供较低的电压(一般为9V),燃油泵以低速运转。
(5)典型车型电动燃油泵控制电路
通用汽车公司的燃油泵控制电路如图4-9(a)所示。点火开关接通时,ECU给燃油泵继电器的线圈通电,便继电器触点闭合并通过触点接通了内置于燃油箱里的燃油泵。发动机运转时,燃油泵始终工作。当点火开关接通2s而发动机并没有起动,ECU就会停止向燃油泵继电器供电,继电器的触点断开而停止泵油。
图4-9 典型的燃油泵控制电路
1—熔丝;2—油泵继电器;3—喷油器;4—燃油压力开关;5—电动燃油泵
如果点火开关在接通位置而燃油管路因为事故损坏,ECU和燃油泵继电器具有防止燃油从损坏的管路喷出的安全装置。燃油压力开关与燃油泵继电器触点并联在一起,如果继电器失效,电压将通过继电器触点加到燃油泵上,尽管燃油泵继电器已经失效,仍可使燃油泵继续运转。在寒冷的天气中,如果燃油泵的继电器失效,机油压力不会立即建立,发动机将会起动困难。
克莱斯勒汽车公司的燃油泵控制电路如图4-9(b)所示。当点火开关接通时,ECU将燃油泵继电器线圈的接地线接地,继电器触点闭合,通过自动切断继电器触点,向燃油泵、点火线圈、氧传感器加热器等供电。ECU是在点火开关接通和继电器闭合的同时通电,如果点火开关接通0.5s而发动机并没有转动,则ECU将断开继电器电路,这样,继电器触点分开,则断开了向燃油泵、点火线圈、氧传感器加热器等的供电电路。
燃油压力调节器的作用就是保持输油管内燃油压力与进气管内气体压力的差值恒定,即根据进气管内压力的变化来调节燃油压力。
根据安装位置,燃油压力调节器分为两种类型,一种与燃油分配管(也称油轨)相连,特点是带回油管;另一种在油箱中,特点是无回油管。
带回油管的油压调节器通常安装在油轨的一端(油轨的作用是固定喷油器和油压调节器,并将燃油分配给各个喷油器),其外形如图4-10所示,结构如图4-11所示,主要由膜片、弹簧和回油阀等组成。膜片将调节器壳体内部分成两个室,即弹簧室和燃油室;膜片上方的弹簧室通过软管与进气管相通,膜片与回油阀相连,回油阀控制回油量。
图4-10 燃油压力调节器实物
图4-11 燃油压力调节器结构
1—弹簧室;2—弹簧;3—膜片;4—壳体;5—回油阀;6—燃油室
燃油压力调节器工作原理如图4-12所示。发动机工作时,燃油压力调节器膜片上方承受的压力为弹簧的弹力和进气管内气体的压力之和,膜片下方承受的压力为燃油压力,当膜片上、下承受的压力相等时,膜片处于平衡位置不动。当进气管内气体压力下降(真空度增大)时,膜片向上移动,回油阀开度增大,回油量增多,使输油管内燃油压力也下降;反之,当进气管内的气体压力升高时,则膜片带动回油阀向下移动,回油阀开度减小,回油量减少,使输油管内燃油压力也升高。
图4-12 燃油压力调节器工作原理
1—膜片;2—回位弹簧;3—真空管接头;4—壳体
小提示
◆在发动机工作时,燃油压力调节器通过控制回油量来调节输油管内燃油压力,从而保持喷油压差恒定不变。
进气歧管内压力、燃油分配管内压力与节气门开度的变化关系如图4-13所示。
图4-13 进气歧管内压力、燃油分配管
无回油管燃油系统实际并不是真的没有回油管,只是将回油管和燃油压力调节器与燃油泵、燃油滤清器以及燃油压力传感器等组成一体,一起组合安装在燃油箱内,燃油压力调节器和燃油滤清器位于总成的上部,由一条油管将油轨和这个总成连接起来,如图4-14所示。
图4-14 无回油管的燃油压力调节器总成
1—喷油器;2—脉动阻尼器;3—油轨;4—燃油滤清器;5—电动燃油泵;6—压力调节器;7—燃油箱
小提示
◆在无回油管燃油系统中,由于燃油泵供给的多余燃油在燃油箱完成回流,从而避免了回油吸热导致油温升高的现象。
无回油管的燃油压力调节器是一个弹簧加载的压力调节器,如图4-15所示,主要由调压阀和调压弹簧组成。它的作用是把燃油管的压力限定在350kPa。当燃油压力小于350kPa时,调压阀在调压弹簧的作用下落座;当燃油压力大于350kPa时,调压阀克服调压弹簧的作用力向下移动,多余的燃油便经过调压阀和阀座之间的间隙流入调压弹簧室,再返回油箱。这样,可减少燃油热量,减少燃油气泡的形成。当然,标准压力限定值与车型有关。
图4-15 无回油管的燃油压力调节器结构
1—阀座;2—调压阀;3—回位弹簧;4—壳体
燃油滤清器的功用是滤除燃油中的杂质和水分,防止燃油系统堵塞,减小机械磨损,以保证发动机正常工作。燃油滤清器安装在燃油泵之后的高压油路中,安装位置一般在车身底部,如图4-16所示,也有的车型安装在燃油箱中(燃油泵架上)。
在电控燃油喷射系统中,一般采用的都是纸质滤芯、一次性的燃油滤清器。燃油滤清器的结构如图4-17所示,燃油从入口进入滤清器,经过壳体内的滤芯过滤后,清洁的燃油从出口流出。
图4-16 燃油滤清器
图4-17 纸质滤芯的燃油滤清器
一般汽车每行驶20000~40000km或1~2年,应更换燃油滤清器。
小提示
◆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。
在部分电控燃油喷射发动机系统中,燃油分配管的一端装有脉动阻尼器,安装位置如图4-18所示。脉动阻尼器的功用是减小燃油管路中油压的波动,使燃油系统压力保持稳定。
脉动阻尼器的结构如图4-19所示,主要由膜片、膜片弹簧及壳体等组成。
图4-18 脉动阻尼器的安装位置
图4-19 脉动阻尼器结构
发动机工作时,燃油经过脉动阻尼器膜片下方进入输油管,当燃油压力产生脉动时,膜片弹簧被压缩或伸张,膜片下方的容积略有增大或减小,从而可起到稳定燃油系统压力的作用。同时膜片弹簧的变形可吸收脉动能量,迅速衰减燃油压力的脉动。
小提示
◆脉动阻尼器一般不会发生故障。需进行拆卸时,注意应首先释放燃油系统压力。
燃油分配管也称油轨,它的作用是把燃油均匀地分配到各个喷油器中,且同时保持对各个喷油器有相同的燃油压力。燃油分配管还起着储油的作用,分配管的容积相对于每循环的喷油量来说应足够大,这样可避免管中燃油压力有波动,使分配至各个喷油器的燃油压力相等。同时分配管也可使喷油器的安装固定简单。