完整版)現(xiàn)代缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的燃油系統(tǒng)及維修

1、現(xiàn)代缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的燃油系統(tǒng)及維修缸內(nèi)直噴汽油機(jī)己被各大汽車制造商普遍采用， 尤其是大眾汽車公司近兩年在國 內(nèi)銷售的新車己大部分采用 TSI 發(fā)動機(jī)，即渦輪增壓缸內(nèi)直噴汽油機(jī)。國內(nèi)各汽車雜 志都曾詳盡地介紹過缸內(nèi)直噴汽油機(jī)燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理， 但由于此項技術(shù)發(fā) 展很快，那些文章上很多內(nèi)容己不符合當(dāng)前實際。 本文以大眾 TSI 發(fā)動機(jī)和通用 SIDI 發(fā)動機(jī)為例介紹目前實際裝車用的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的燃油系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)、工作原理特點和維修注意事項。目前實際裝車用的缸內(nèi)直噴汽油機(jī)的低壓燃油系統(tǒng)和高壓燃油系統(tǒng)都采用按需調(diào)節(jié) 燃油系統(tǒng)，參見圖 1。所用的缸內(nèi)直接噴射都取消了“分層”充氣工作模式 （壓縮行

2、程噴射、稀混合汽），只有“均質(zhì)”一種模式（進(jìn)氣行程噴射、入=1的混合汽）。這樣可以不使用昂貴、且易損壞的存儲型氮氧化物催化轉(zhuǎn)化器，也能使排放達(dá)標(biāo)。一、低壓燃油系統(tǒng)1. 低壓燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的進(jìn)氣道燃油噴射系統(tǒng)相比，其低壓油路增加了燃油泵門控開關(guān)、燃油低壓壓 力傳感器G410、油泵控制單元J538。 燃油低壓壓力傳感器采用傳統(tǒng)三線式壓力傳感器 燃油泵門控開關(guān)能使打開駕駛員側(cè)車門時燃油泵即開始工作， 車門開關(guān)信號被送至發(fā)動機(jī)控制單元，燃油泵被觸發(fā)2s。燃油泵提前工作是為了迅速建立高壓以縮短啟動時 間。有些汽車還具有碰撞燃油切斷裝置，它是通過燃油泵繼電器斷開燃油泵。2. 按需調(diào)節(jié)低壓油路低壓油路在

3、發(fā)動機(jī)工作時僅保持 0.4MPa油壓，以節(jié)電。在易汽阻狀態(tài)則使油壓保持 在0.5MPa。然而，發(fā)動機(jī)工作時燃油消耗是不固定的，因此燃油低壓壓力傳感器時 刻將燃油壓力信號發(fā)送發(fā)動機(jī)控制單元， 發(fā)動機(jī)控制單元根據(jù)此信號向燃油泵控制單 元發(fā)送一個有 20Hz 頻率的脈沖寬度調(diào)制信號。 燃油泵控制單元根據(jù)這個指令，為電 動燃油泵送去的脈沖寬度調(diào)制電流，形成閉環(huán)控制。換言之，此時燃油泵上的電壓不 是12V，而是由脈沖寬度調(diào)制電流產(chǎn)生的較低的有效電壓。即燃油泵轉(zhuǎn)速是受控可變 的，不需要燃油壓力調(diào)節(jié)器，輸出油壓也保持在0.4MPa。應(yīng)注意，圖 1 中燃油泵上的回油管不是用于低壓燃油系統(tǒng)的，它是僅用于高壓燃油

4、系 統(tǒng)的。低壓燃油系統(tǒng)都采用無回油式的二、高壓燃油系統(tǒng)1. 高壓油路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第二代高壓泵高壓油路系統(tǒng)如圖 2所示，它由高壓泵、燃油壓力調(diào)節(jié)閥、燃油壓力傳 感器、燃油分配管、噴油器、壓力限制閥及低壓回油燃油管等組成。2. 按需調(diào)節(jié)高壓油路 第二代和第三代高壓燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理相近，都是采用按需調(diào)節(jié)高壓油路。目 前常用的是第三代高壓燃油系統(tǒng)。由于發(fā)動機(jī)在不同工況時對噴射壓力是不同，在 410MPa。例如大眾Tiguan怠速時 噴射壓力是4MPa,高速時噴射壓力是9MPa。因為按需調(diào)節(jié)的高壓油路壓力，燃油 分配管中的油壓始終處于最佳壓力。燃油分配管處裝有高壓燃油壓力傳感器 G247。此傳感器時刻

5、向發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)送一個當(dāng)前的壓力信號。 這樣，發(fā)動機(jī)控制單元就在高壓油泵的每次泵油過程中， 提前 或錯后地控制著燃油壓力調(diào)節(jié)閥，使高壓油泵的泵油量時而小一點、時而大一點，從而使燃油分配管中的油壓始終 處于發(fā)動機(jī)控制單元要求的壓力。如果因為高壓油泵等出故障使而高壓油路中油壓大于14MPa（有些車型更高或更低些），圖 1 中燃油分配管上的壓力限止閥開啟而泄壓，以防壓力過高。圖 3中第三代高壓油路系統(tǒng)中壓力限止閥 （限壓閥）集成在高壓油泵中 （參見圖 9），因此3.噴油器 目前噴油省去了燃油分配管至燃油泵的回油管。這是目前最常用的結(jié)構(gòu) 器都采用 6孔噴油器，如圖 4 所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)噴油器相

6、似。噴油器上六個精 細(xì)的機(jī)械孔，可以噴射出圓錐形的霧狀燃油，這種結(jié)構(gòu)可在節(jié)氣門全開或在預(yù)熱催化 轉(zhuǎn)化器階段的二次噴射過程中，避免油束覆蓋整個活塞頂部，可大大降低了碳?xì)浠?物的排放。當(dāng)發(fā)動機(jī)冷機(jī)時更少的燃油混入發(fā)動機(jī)機(jī)油中。 發(fā)動機(jī)控制單元控制噴 油器的電壓為65V，控制單元內(nèi)部有DC/DC變壓器將12V轉(zhuǎn)換成65V。噴油器閥針 開啟時要12A的電流，但保持開啟僅要2.6A的電流。噴油器的驅(qū)動電壓為約 65V， 但這只是在噴油器閥針開啟一霎那施加 65V電壓，爾后閥針繼續(xù)保持張開時，只加載 較小的 12V 電壓。如圖 5 所示。 噴油器末端細(xì)長，以提高冷卻效果。噴油器有一個 安裝卡夾， 只要拆

7、卸就要更換。 三、第三代高壓泵工作原理 2010年起國內(nèi)銷售的大 眾、通用等缸內(nèi)直噴汽油車， 大都采用第三代高壓泵。 2010年前銷售的缸內(nèi)直噴汽油 車也有采用第二代高壓泵。第二代高壓泵與第三代高壓泵相差不大，都是單柱塞、由 排氣凸輪軸上的凸輪驅(qū)動的。 本文著重介紹第三代高壓泵的結(jié)構(gòu)和工作原理。1. 第三代高壓燃油泵的特點特點一：在燃油壓力調(diào)節(jié)閥不通電的狀態(tài)下也能產(chǎn)生成高壓 特點二：在調(diào)節(jié)閥不進(jìn)行調(diào)控的情況下，進(jìn)油閥門也可以依賴于吸油沖程中的壓力被 打開。同時，高壓腔也可以在調(diào)節(jié)閥不通電的情況下充填。 這些特點的好處是，在啟動過程開始的時候，就向燃油輸送壓力。不需要讓發(fā)動機(jī)控 制器先將燃油壓力

8、調(diào)節(jié)閥“調(diào)節(jié)到狀態(tài)”時才送壓。泵的驅(qū)動是通過進(jìn)氣凸輪軸上的四凸 （或三凸 ）凸輪來實施的。特別在冷啟動時，這種驅(qū)動能快速產(chǎn)生壓力。除此以外，通過較大的柱塞直徑（10mm）,促進(jìn)壓力的快返形成。 通過這些措施，在冷啟動時進(jìn)氣階段開始后只要 0.5s的時間，在燃油分配管中壓力就 已經(jīng)達(dá)到了 6MPa 以上。特點三：采用大容量的減壓腔 （參見圖 7）,有二個減壓器膜集成安裝在高壓油泵內(nèi)。 防脈動減壓效果好。減壓器膜隔出的上 /下的單個室腔,經(jīng)通道是互相連通的。 特點四：在燃油進(jìn)口管道中集成安裝有一個節(jié)流閥 2.進(jìn)油行程燃油壓力調(diào)節(jié)閥 N276 在整個進(jìn)油行程中由發(fā)動機(jī)控制單元控制。對該閥線圈通電所產(chǎn)

9、生的電磁場,克服彈簧力將進(jìn)油閥門打開。如圖 6 所示,當(dāng)柱塞向下運(yùn)動 時導(dǎo)致在泵腔里的壓力下降。結(jié)果燃油從低壓接口流入泵柱塞腔內(nèi)。3. 回油行程 當(dāng)柱塞向上運(yùn)動開始一瞬那,燃油壓力調(diào)節(jié)閥還在通電,進(jìn)油閥門繼續(xù)打開,如圖 7 所示。此時柱塞上方的燃油流向減壓腔,導(dǎo)致在柱塞上方的油壓并不升高。而一旦燃 油壓力調(diào)節(jié)閥不通電,則回油行程結(jié)束。所以回油量是可控的,可控回油是為的是按 需調(diào)節(jié)高壓油路中的油壓E35建渤懺世Si國：由叮衽胃前丄旁由花iiaN鬲豆械頭足曲|4輸油行程 當(dāng)柱塞向上運(yùn)動時，如果燃油壓力調(diào)節(jié)閥不再通電，那么，由于柱塞壓力 比彈簧力大，進(jìn)油閥門關(guān)閉，輸油開始。輸出的燃油壓力為 514M

10、Pa。輸出燃油壓 力多少，取決于回油行程時燃油壓力調(diào)節(jié)閥何時還通電5限壓閥 限壓閥集成在高壓燃油泵中，如圖9所示。它可以在受熱膨脹或在功能故障 時保護(hù)零部件不會受到燃油的過高壓力。這是一個彈簧限壓閥，在燃油壓力超過 14MPa（有些車型更高或更低些）時打開。當(dāng)閥門打開時，燃油從高壓區(qū)流入低壓區(qū)。ii -.1.控制策略現(xiàn)在所用的缸內(nèi)直接噴射取消了 “分層”充氣工作模式，只有“均質(zhì)” 一種模式 不過在冷啟動階段，卻使用了 “均質(zhì)”和“分層”二次噴射模式。在發(fā)動機(jī)高負(fù)載和 高轉(zhuǎn)速時，也會加濃混合汽。冷啟動時燃油二次噴射是一種特殊工作模式，是為了迅速加熱催化反應(yīng)器。在進(jìn)氣過程中，先在距點火上止點大約3

11、00時（進(jìn)氣行程時 ）噴入部分燃油，這部分燃油由于時間較長可均勻混合。 然后，在壓縮行程距上止點大約 60 時進(jìn)行第二次噴射。由此在火花塞附近形成了較濃的混合汽，這種情況下可使點火較 晚，且可以保證發(fā)動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。二次噴射方式情況下入的值為1。因為排氣門早已打開，排氣溫度升高很快。因此，催化轉(zhuǎn)化器能在很短時間內(nèi)（3040s）,即達(dá)到其工 作溫度（350 C）。這種先“均質(zhì)”后“分層”的充氣工作模式并不是用稀混合汽，仍用 理論空燃比混合汽,這與雜志上介紹的“分層”充氣稀燃工作模式在本質(zhì)上不同的。 當(dāng)然,在發(fā)動機(jī)高負(fù)載和高轉(zhuǎn)速時,也會加濃混合汽。2. 燃油（高壓）壓力傳感器信號故障運(yùn)行模式如果燃油

12、 （高壓 ）壓力傳感器發(fā)生故障,那么在輸油過程中燃油壓力調(diào)節(jié)閥會持續(xù) 地激活并保持打開狀態(tài)。此時高壓燃油系統(tǒng)中壓力也靠低壓燃油泵,高、低燃油系統(tǒng) 中壓力相同，壓力均為0.7MPa（或0.6MPa,視車型不同），這幾乎與傳統(tǒng)進(jìn)氣道噴射壓力相同。因此,發(fā)動機(jī)扭矩和功率急劇降低。3. 燃油壓力調(diào)節(jié)閥故障運(yùn)行模式 由第三代高壓泵工作原理可知,發(fā)動機(jī)運(yùn)行時,當(dāng)燃油壓力調(diào)節(jié)閥 N276 斷電的時候,調(diào)節(jié)閥的閥門是關(guān)閉的。這就意味著燃油壓力調(diào)節(jié)閥一旦發(fā)生故障,柱塞上行 時“回油行程”不會產(chǎn)生了。燃油壓力則會上升到14MPa時，直至高壓油泵的限壓閥打開。此時發(fā)動機(jī)控制單元使得噴油時間和高壓相匹配,同時發(fā)動機(jī)進(jìn)

13、入故障運(yùn)行 模式，通過對進(jìn)氣量調(diào)節(jié)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速也被限制在4000r/min（或3000r/min,視車型而 不同 ）。五、燃油系統(tǒng)檢修注意事項警告：高壓時流出的燃油可嚴(yán)重灼傷皮膚和眼睛。1.出于安全原因，當(dāng)未斷開蓄電池連接時，必須在打開燃油系統(tǒng)之前將燃油泵控 制單元（大眾是J538）的保險絲（大眾是SB21）拆下，因為燃油泵是通過駕駛員側(cè)門控開 關(guān)激活的。2.拆下燃油壓力下的部件前，務(wù)必對燃油系統(tǒng)卸壓。 低壓燃油系統(tǒng)卸壓：與傳統(tǒng)進(jìn)氣道噴射相同，操作時請使用抹布蓋住維修接口。高壓燃油系統(tǒng)卸壓： 用故障診斷儀循環(huán)操作噴油器卸壓或在發(fā)動機(jī)運(yùn)行后 2 小時 再對系統(tǒng)部件操作，在操作時同樣要用抹布蓋住維

14、修接口。 例如對于大眾車，在發(fā) 動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，用故障診斷儀在“讀取測量值塊”的功能下選擇顯示組140，在顯示區(qū)3中顯示燃油壓力。燃油壓力從約 5MPa降低到約0.40.7MPa。高壓燃油油 路卸壓，對第二代高壓泵的燃油系統(tǒng)來說，這可通過斷開燃油壓力調(diào)節(jié)閥的插頭來完 成，調(diào)節(jié)閥一斷電，就 會釋放燃油壓力。但是，對目前大量采用的第三代高壓油泵 來說，當(dāng)燃油壓力調(diào)節(jié)閥斷電的時候，調(diào)節(jié)閥的閥門是關(guān)閉的。這就意味著不能通過 斷開插頭來降低燃油壓力， 應(yīng)當(dāng)用故障診斷儀來卸壓。 此外，熱車卸壓后應(yīng)迅速操作， 否則即使發(fā)動機(jī)熄火， 燃油壓力也會因發(fā)動機(jī)艙內(nèi)燃油系統(tǒng)受熱而可能使高壓油泵內(nèi) 油壓迅速上升到14MPa。警告：向燃油壓力調(diào)節(jié)閥供電1s以上就可能導(dǎo)致它的損壞， 所以不要期望用人工給燃油卸壓。3燃油泵壓力為0.40.68MPa，壓力在10min后不得低于0.375MP&燃油泵的功率消耗標(biāo)準(zhǔn)值最高為 9A。4更換發(fā)動機(jī)控制單元或 燃油泵控制單元后必須做自適應(yīng)。5.對于大眾車來說，連接好故障診斷 儀、地址 01-功能03,可對缸內(nèi)直噴發(fā)動機(jī)進(jìn)行八項最終診斷測試（見表1）。6.上海通用對其缸 內(nèi)直噴汽油機(jī)要求：噴油器一經(jīng)拆卸其密封墊須更換