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1、现代缸内直喷汽油机的燃油系统及维修 缸内直喷汽油机己被各大汽车制造商普遍采纳，尤其是大众汽车公司近两年在国内销售的新车己大部分采纳TSl发动机，即涡轮增压缸内直喷汽油机。国内各汽车杂志都曾详尽地介绍过缸内直喷汽油机燃油系统的结构和工作原理，但由于此项技术发展很快，那些文章上许多内容己不符合当前实际。本文以大众TSI发动机和通用SIDI发动机为例介绍目前实际装车用的缸内直喷汽油机的燃油系统结构、工作原理特点和修理留意事项。 目前实际装车用的缸内直喷汽油机的低压燃油系统和高压燃油系统都采纳按需调整燃油系统，参见图1。所用的缸内干脆喷射都取消了“分层”充气工作模式(压缩行程喷射、稀混合汽)，只有“均
2、质”一种模式(进气行程喷射、=1的混合汽)。这样可以不运用昂贵、且易损坏的存储型氮氧化物催化转化器，也能使排放达标。 一、低压燃油系统 1.低压燃油系统结构 与传统的进气道燃油喷射系统相比，其低压油路增加了燃油泵门控开关、燃油低压压力传感器G410、油泵限制单元J538。 燃油低压压力传感器采纳传统三线式压力传感器。 燃油泵门控开关能使打开驾驶员侧车门时燃油泵即起先工作，车门开关信号被送至发动机限制单元。燃油泵被触发2s。燃油泵提前工作是为了快速建立高压以缩短启动时间。 有些汽车还具有碰撞燃油切断装置，它是通过燃油泵继电器断开燃油泵。 2.按需调整低压油路 低压油路在发动机工作时仅保持0.4M
3、Pa油压，以节电。在易汽阻状态则使油压保持在0.5MPa。然而，发动机工作时燃油消耗是不固定的，因此燃油低压压力传感器时刻将燃油压力信号发送发动机限制单元，发动机限制单元依据此信号向燃油泵限制单元发送一个有20Hz频率的脉；中宽度调制信号。燃油泵限制单元依据这个指令，为电动燃油泵送去的脉冲宽度调制电流，形成闭环限制。换言之，此时燃油泵上的电压不是12V，而是由脉冲宽度调制电流产生的较低的有效电压。即燃油泵转速是受控可变的，不须要燃油压力调整器，输出油压也保持在0.4MPa。 应留意，图1中燃油泵上的回油管不是用于低压燃油系统的，它是仅用于高压燃油系统的。低压燃油系统都采纳无回油式的。 二、高压
4、燃油系统 1.高压油路系统结构 其次代高压泵高压油路系统如图2所示，它由高压泵、燃油压力调整阀、燃油压力传感器、燃油安排管、喷油器、压力限制阀及低压回油燃油管等组成。 2.按需调整高压油路 其次代和第三代高压燃油系统结构和工作原理相近，都是采纳按需调整高压油路。目前常用的是第三代高压燃油系统。 由于发动机在不同工况时对喷射压力是不同，在410MPa。例如大众Tiguan怠速时喷射压力是4MPa，高速时喷射压力是9MPa。因为按需调整的高压油路压力，燃油安排管中的油压始终处于最佳压力。 燃油安排管处装有高压燃油压力传感器G247。此传感器时刻向发动机限制单元发送一个当前的压力信号。这样，发动机限
5、制单元就在高压油泵的每次泵油过程中，提前或错后地限制着燃油压力调整阀，使高压油泵的泵油量时而小一点、时而大一点，从而使燃油安排管中的油压始终处于发动机限制单元要求的压力。 假如因为高压油泵等出故障使而高压油路中油压大于14MPa(有些车型更高或更低些)，图1中燃油安排管上的压力限止阀开启而泄压，以防压力过高。 图3中第三代高压油路系统中压力限止阀(限压阀)集成在高压油泵中(参见图9)，因此省去了燃油安排管至燃油泵的回油管。这是目前最常用的结构。 3.喷油器 目前喷油器都采纳6孔喷油器，如图4所示，其内部结构与传统喷油器相像。喷油器上六个精细的机械孔，可以喷射出圆锥形的雾状燃油，这种结构可在节气
6、门全开或在预热催化转化器阶段的二次喷射过程中，避开油束覆盖整个活塞顶部，可大大降低了碳氢化合物的排放。当发动机冷机时更少的燃油混入发动机机油中。 发动机限制单元限制喷油器的电压为65V，限制单元内部有DCDC变压器将12V转换成65V。喷油器阀针开启时要12A的电流，但保持开启仅要2.6A的电流。喷油器的驱动电压为约65V，但这只是在喷油器阀针开启一霎那施加65V电压，尔后阀针接着保持张开时，只加载较小的12V电压。如图5所示。 喷油器末端瘦长，以提高冷却效果。喷油器有一个安装卡夹，只要拆卸就要更换。 三、第三代高压泵工作原理 2022年起国内销售的大众、通用等缸内直喷汽油车，大都采纳第三代高
7、压泵。2022年前销售的缸内直喷汽油车也有采纳其次代高压泵。其次代高压泵与第三代高压泵相差不大，都是单柱塞、由排气凸轮轴上的凸轮驱动的。 本文着重介绍第三代高压泵的结构和工作原理。 1.第三代高压燃油泵的特点 特点一：在燃油压力调整阀不通电的状态下也能产生成高压。 特点二：在调整阀不进行调控的状况下，进油阀门也可以依靠于吸油冲程中的压力被打开。同时，高压腔也可以在调整阀不通电的状况下充填。 这些特点的好处是，在启动过程起先的时候，就向燃油输送压力。不须要让发动机限制器先将燃油压力调整阀“调整到状态”时才送压。 泵的驱动是通过进气凸轮轴上的四凸(或三凸)凸轮来实施的。特殊在冷启动时，这种驱动能快
8、速产生压力。除此以外，通过较大的柱塞直径(10mm)，促进压力的快返形成。通过这些措施，在冷启动时进气阶段起先后只要0.5s的时间，在燃油安排管中压力就已经达到了6MPa以上。 特点三：采纳大容量的减压腔(参见图7)，有二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的单个室腔，经通道是相互连通的。 特点四：在燃油进口管道中集成安装有一个节流阀。 2.进油行程 燃油压力调整阀N276在整个进油行程中由发动机限制单元限制。对该阀线圈通电所产生的电磁场，克服弹簧力将进油阀门打开。如图6所示，当柱塞向下运动时导致在泵腔里的压力下降。结果燃油从低压接口流入泵柱塞腔内。 3.回油行
9、程 当柱塞向上运动起先一瞬那，燃油压力调整阀还在通电，进油阀门接着打开，如图7所示。此时柱塞上方的燃油流向减压腔，导致在柱塞上方的油压并不上升。而一旦燃油压力调整阀不通电，则回油行程结束。所以回油量是可控的，可控回油是为的是按需调整高压油路中的油压。 4.输油行程 当柱塞向上运动时，假如燃油压力调整阀不再通电，那么，由于柱塞压力比弹簧力大，进油阀门关闭，输油起先。输出的燃油压力为514MPa。输出燃油压力多少，取决于回油行程时燃油压力调整阀 何时还通电。 5.限压阀 限压阀集成在高压燃油泵中，如图9所示。它可以在受热膨胀或在功能故障时爱护零部件不会受到燃油的过高压力。这是一个弹簧限压阀，在燃油
10、压力超过14MPa(有些车型更高或更低些)时打开。当阀门打开时，燃油从高压区流入低压区。四、第三代高压燃油系统限制系统 缸内干脆喷射限制系统组成如图10所不。 1.限制策略 现在所用的缸内干脆喷射取消了“分层”充气工作模式，只有“均质”一种模式。不过在冷启动阶段，却运用了“均质”和“分层”二次喷射模式。在发动机高负载和高转速时，也会加浓混合汽。 冷启动时燃油二次喷射是一种特别工作模式，是为了快速加热催化反应器。在进气过程中，先在距点火上止点大约300时(进气行程时)喷入部分燃油，这部分燃油由于时间较长可匀称混合。然后，在压缩行程距上止点大约60。时进行其次次喷射。由此在火花塞旁边形成了较浓的混
11、合汽，这种状况下可使点火较晚，且可以保证发动机稳定运行。二次喷射方式状况下入的值为1。因为排气门早已打开，排气温度上升很快。因此，催化转化器能在很短时间内(3040S)，即达到其工作温度(350)。这种先“均质”后“分层”的充气工作模式并不是用稀混合汽，仍用理论空燃比混合汽，这与杂志上介绍的“分层”充气稀燃工作模式在本质上不同的。当然，在发动机高负载和高转速时，也会加浓混合汽。 2.燃油(高压)压力传感器信号故障运行模式 假如燃油(高压)压力传感器发生故障。那么在输油过程中燃油压力调整阀会持续地激活并保持打开状态。此时高压燃油系统中压力也靠低压燃油泵，高、低燃油系统中压力相同，压力均为0.7M
12、Pa(或0.6MPa，视车型不同)，这几乎与传统进气道喷射压力相同。因此，发动机扭矩和功率急剧降低。 3.燃油压力调整阀故障运行模式 由第三代高压泵工作原理可知，发动机运行时，当燃油压力调整阀N276断电的时候，调整阀的阀门是关闭的。这就意味着燃油压力调整阀一旦发生故障，柱塞上行时“回油行程”不会产生了。燃油压力则会上升到14MPa时，直至高压油泵的限压阀打开。此时发动机限制单元使得喷油时间和高压相匹配，同时发动机进入故障运行模式，通过对进气量调整，发动机转速也被限制在4000rmin(或3000rmin，视车型而不同)。 五、燃油系统检修留意事项 警告：高压时流出的燃油可严峻灼伤皮肤和眼睛。
13、 1.出于平安缘由，当未断开蓄电池连接时，必需在打开燃油系统之前将燃油泵限制单元(大众是J538)的保险丝(大众是SB21)拆下，因为燃油泵是通过驾驶员侧门控开关激活的。 2.拆下燃油压力下的部件前，务必对燃油系统卸压。 低压燃油系统卸压：与传统进气道喷射相同，操作时请运用抹布盖住修理接口。 高压燃油系统卸压：用故障诊断仪循环操作喷油器卸压或在发动机运行后2小时再对系统部件操作，在操作时同样要用抹布盖住修理接口。 例如对于大众车，在发动机运转状态下，用故障诊断仪在“读取测量值块”的功能下选择显示组140，在显示区3中显示燃油压力。燃油压力从约5MPa降低到约0.4-0.7MPa。 高压燃油油路
14、卸压，对其次代高压泵的燃油系统来说，这可通过断开燃油压力调整阀的插头来完成，调整阀一断电，就会释放燃油压力。但是，对目前大量采纳的第三代高压油泵来说，当燃油压力调整阀断电的时候，调整阀的阀门是关闭的。这就意味着不能通过断开插头来降低燃油压力，应当用故障诊断仪来卸压。此外，热车卸压后应快速操作，否则即使发动机熄火，燃油压力也会因发动机舱内燃油系统受热而可能使高压油泵内油压快速上升到14MPa。 警告：向燃油压力调整阀供电1s以上就可能导致它的损坏，所以不要期望用人工给燃油卸压。 3.燃油泵压力为0.40.68MPa，压力在10min后不得低于0.375MPa。燃油泵的功率消耗标准值最高为9A。
15、4.更换发动机限制单元或燃油泵限制单元后必需做自适应。 5.对于大众车来说，连接好故障诊断仪、地址01功能03，可对缸内直喷发动机进行八项最终诊断测试(见表1)。 6.上海通用对其缸内直喷汽油机要求：喷油器一经拆卸其密封垫须更换，高压油管一经拆卸也须更换，且在安装之前肯定要运用不含硅树脂的润滑油润滑管路接头。但目前在大众车操作时实际这些零件不损坏都不更换。 许多缸内直喷汽油车行驶1万km左右就出现怠速不稳。这最常见缘由是汽油品质不好引起喷油器喷孔结胶堵塞和气门积炭卡死所致。按原厂规定至少应当用95#优质汽油，假如用93#汽油，发动机内很简单积炭。如用内窥镜从火花塞孔装入，可清晰看到是否有积炭。假如是积炭引起的怠速不稳，一般用不解体清洗发动机的清洗剂就有很好效果。 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页