任务二燃油供给系统检测与诊断Word下载.docx
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电动燃油泵通常装于燃油箱内部，主要由油泵、电动机、安全阀、止回阀和外壳等组成，如图3-2所示。
其中，油泵是电动燃油泵的主体，根据其结构的不同，又可分为滚柱泵、齿轮泵、涡轮泵、侧槽泵等形式。
3-2
内装（浸入式）燃油泵
a）结构
b）工作原理
1-单向阀
3-卸压阀
3-电刷
4-电枢
5-磁极
6、14-叶轮
7-滤网
8-泵盖
9-泵壳
10-壳体
11-出口
13-入口
13-叶片
所有形式的电动燃油泵出油口都设有止回阀，进油腔和出油腔之间都设有限压阀。
止回阀用于防止燃油倒流，可使发动机熄火时油路保持一定的残余压力，以减少气阻，并确保下次发动机能够顺利起动；
限压阀则用于限制系统的最高油压，当油压达到一定值（一般为0.4~0.5MPa）时，限压阀打开进行泄压，以防止油路发生阻塞等意外情况时管路压力过高、油泵负荷过大而烧坏油泵。
另外，泵出的燃油流经电动机的内部，对电动机起润滑和冷却作用。
然油泵入口处一般都装有燃油泵滤清器，用于对燃油进行初步过滤，避免一些大的杂质进入燃油系统。
（1）滚柱泵滚柱式燃油泵的结构如图3-3所示，主要由壳体、偏心布置的带槽转子以及装于槽内的滚柱等组成。
当偏心转子在电动机驱动下旋转时，滚柱因离心力作用而紧靠壳体内壁，每两个滚柱之间形成一个油腔。
随着转子的旋转，一边油腔由小变大，产生真空而形成吸油过程；
另一边的油腔容积由大变小，产生高压而形成排油过程。
图3-3滚柱式燃油泵的结构
1－泵壳体2－滚柱3－转子轴4－转子
（2）齿轮泵齿轮式燃油泵的结构如图3-4所示，主要由壳体、泵套、带外齿的主动齿轮、带内齿的从动齿轮等组成。
主动齿轮由电动机带动，从动齿轮在泵套内可自由转动。
图3-4齿轮式燃油泵的结构
1－主动齿轮2－从动齿轮3－出油口4－齿轮泵5－燃油泵滤网
主、从动齿轮齿数不同，但在旋转过程中，内、外齿廓线始终保持接触，从而形成多个工作腔。
在主、从动齿轮旋转的过程中，这些工作腔的容积发生周期性变化。
容积增大的工作腔从进油口转过，形成吸油过程，而容积减小的工作腔从出油口转过，形成排油过程。
（3）涡轮泵涡轮式燃油泵的结构如图3-5所示，主要由壳体、涡轮等组成。
当涡轮在电动机驱动下旋转时，在涡轮外缘每一个叶片沟槽的前后，由于液体的摩擦作用而产生压力差，由多个叶片沟槽所产生的压力差叠加后，使燃料压力升高，升压后的燃油经止回阀从出油口排出。
图3-5涡轮式燃油泵
1-前轴承2、7-电动机转子3-后轴承4-出油阀5-出油口
6-卸压阀8-叶轮9-进油口10-泵壳体11-叶片
此外，在现代汽车上多采用双级泵的结构形式。
由于汽油极易挥发，以及油泵工作时温度升高和吸油而产生的真空，助长了燃油的汽化，使泵油量下降，导致输油压力波动。
双级泵是初级泵加主输油泵两者合一而组成的组件。
2．燃油压力调节器及系统油压变化规律
燃油压力调节器在汽车上的安装位置见图3-6，其结构如图3-7所示。
膜片下方的燃料室通过人口与供油系统的管路（一般是喷油器的供油轨）相通，膜片的上方装有弹簧，并通
过真空管与发动机的进气歧管相通，下方的出口通过回油管与油箱相通，出口上方的阀口与膜片之间形成阀门，即回油阀。
膜片的上方除受弹簧的作用力外，还受到进气歧管绝对压力的作用，而膜片的下方则受到燃油压力的作用，回油阀的状态则取决于膜片上、下方作用力的平衡状态。
当燃油压力较低时，膜片在弹簧作用下向下移动，回油阀关闭，没有燃油流回燃油箱；
当燃油压力高于弹簧作用力与进气歧管绝对压力之和时，膜片被推向上方，回油阀开，部分燃油经回油管流回燃油箱，从而释放系统油压，直至回油阀关闭。
图3-6燃油压力调节器及其他相关元件在汽车上的位置
1-燃油压力调节器2-喷油器3-燃油滤清器
图3-7燃油压力调节器
1-弹簧室2-弹簧3-膜片4-燃油室5-回油阀6-壳体7-真空管接
发动机工作时，由于进气歧管绝对压力（或真空度）随发动机转速和节气门开度的变化
而变化，所以，经燃油压力调节器调节后，供油系统的油压也随之发生变化，使燃油压力与进气歧管绝对压力之间的压力差维持在0.3MPa左右不变，如图3-8所示。
该数据就是测量供油系统油压的依据。
当发动机熄火时，回油阀关闭，燃油泵出口处的止回阀也关闭，供油系统大约能够维持0.28MPa左右的残余油压，该残余油压可以确保发动机下次能够快速、顺利起动。
另外，近年来又出现一种油压不受进气歧管真空度影响的燃油供给系统，其燃油压力调节器与燃油泵组合安装在燃油箱的内部，当油压达到规定值时，阀门打开，泄出的燃油直接流回燃油箱。
采用这种燃油供给系统时，发动机ECU需要根据进气歧管压力传感器的信号对喷油持续时间进行修正，以补偿进气歧管真空度变化对喷油量的影响。
图3-8燃油压力与进气歧管绝对压力的关系
3．燃油压力缓冲器
当喷油器喷射燃油时，输油管内会出现压力脉动现象。
另外，电动燃油泵所提供的燃油也存在一定的压力脉动，该压力脉动对ECU精确控制燃油喷射量有一定的影响。
为了消除该影响，部分汽车上采用了燃油压力缓冲器（或称燃油压力脉动减振器），其位置一般在供油轨上，少数汽车设置在燃油泵的出油口处。
燃油压力缓冲器的结构如图3-9所示，它主要由壳体、膜片、阀片、弹簧等组成。
当输油管内的燃油压力出现压力脉动时，膜片可以推动弹簧上下移动，从而通过调节管路的容积来吸收管路中的压力脉动。
图3-9
燃油压力脉动减振器
1-燃油接头
2-固定螺纹
3-膜片4-压力弹簧
5-壳体
6-调节螺钉
4．燃油滤清器
燃油滤清器串联在供油管路上。
它的作用是在燃油进入燃油分配管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。
燃油滤清器的具体结构见图2—10。
图3-10燃油滤清器
a）外观
b）燃油滤清器
c）滤芯
燃油滤清器为一次性使用零件，其阻塞会导致供油压力和供油不足，影响发动机的动力性。
在供油不畅的情况下，测试系统油压时会显示油压过低，这时，需要更换燃油滤清器。
一般每行驶3～4万km，或每两个二级维护作业周期更换一次燃油滤清器。
若使用的燃油含杂质较多时应缩短更换周期。
5．燃油分配管
燃油分配管安装在进气歧管或气缸盖上，它的作用是安装喷油器并将高压燃油输送给各个喷油器。
燃油分配管与喷油器之间用0形圈和卡环密封，0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分配管上，如图3-11所示。
图3-11燃油分配管
1-燃油压力调节器2-1、3缸喷油器3-2、4缸喷油器4-燃油分配管
大多数燃油分配管上都有燃油压力测试口，可用于检查和释放油压。
另外，燃油压力调节器一般也安装在燃油分配管上。
6．喷油器
喷油器实际上是一个电磁阀，其喷嘴对着进气门（多点缸外喷射），其尾部接燃油分配管。
当发动机ECU以电脉冲的形式发出喷油指令后，喷油器内部的电磁线圈通电而产生磁性，使其喷孔开启，从而将燃油喷入发动机，如图3-12所示。
当ECU的喷油指令结束后，喷孔又在复位弹簧作用下关闭，喷油过程立即停止。
喷孔开启的持续时间（即喷油量）由ECU所发出的电脉冲的宽度决定。
图3-12喷油器
1-燃油滤网2-喷油器插头3-电磁线圈4-弹簧5-衔铁6-针阀7-轴针
喷油器的喷孔有孔式、轴针式、片阀式等多种形式，按照喷孔的数量，有单孔、双孔和多孔等形式。
按照喷油器内部电磁线圈的电阻值来分，则有低阻值喷油器和高阻值喷油器两种类型，低阻值喷油器的电阻值一般为2～3Ω，高阻值喷油器的电阻值一般为13～17Ω。
喷油器头部装有橡胶隔热环，起隔热和密封作用（防止漏气）；
与燃油分配管连接的尾部则装有O形密封圈，用来防止漏油。
喷油器尾部的内部制有滤网，用于对燃油进行喷射前的过滤。
三、燃油喷射系统控制
1．燃油喷射系统的类型
根据对发动机进气量检测的方式不同，燃油喷射系统可分为两种类型：
L型（空气流量型或直接测量型）燃油喷射和D型（歧管压力型或间接测量型）燃油喷射。
L型燃油喷射：
采用空气流量传感器（空气流量计）直接测量进气歧管中流入的空气量，如图3-13a所示。
特点是测量精度较高，动态响应较好，但传感器尺寸较大，成本较高。
D型燃油喷射：
采用进气歧管压力传感器测量进气歧管压力，再结合发动机转速、进气温度等，通过计算确定进气歧管中流入的空气量，如图3-13b所示。
特点是测量精度和动态响应略差，但传感器尺寸较小，成本较低。
a）b）
图3-13燃油喷射系统的类型
a）空气流量型或直接测量型b）歧管压力型或间接测量型
1-空气流量计2-进气歧管压力传感器
2．燃油喷射的方式
按照燃油的喷射位置，喷射方式大致分为三种类型：
单点喷射（由1~2个喷油器向进气总管喷射）；
多点缸外喷射（从进气道向各个进气门附近喷射）；
多点缸内喷射（向各缸内部喷射）。
按照各喷油器的工作特点，喷射方式也大致分为三种类型：
独立喷射、分组喷射和同时喷射。
独立喷射：
按照各缸工作顺序（或点火顺序）依次独立喷射（见图1-15），例如按照1-3-4-2的点火顺序进行喷射。
每个喷油器的喷油起始点：
缸外喷射时，一般为进气门开启之前；
缸内喷射时，一般为进气过程之中。
每次的喷油量为相应汽缸一个工作循环所需的燃油量。
分组喷射（组群喷射）：
将2~3个喷油器作为一组，同组内的喷油器同时喷射（见图3-15），例如1、3缸喷油器同时喷射；
2、4缸喷油器同时喷射。
分组喷射方式仅适用于缸外喷射，喷油起始点一般为同组汽缸中某个汽缸的进气门开启之前，每个喷油器每次的喷油量为相应汽缸一个工作循环所需的燃油量。
同时喷射：
所有喷油器同时喷射（见图3-14）。
同时喷射方式仅适用于缸外喷射，在这种情况下，曲轴每转一圈，各喷油器同时喷一次油，即每个工作循环所需的喷油量分两次喷入发动机。
图3-14燃油喷射方式
1-独立喷射式3-组群喷射式3-同步喷射式
3．燃油喷射时间控制
由于喷油器前后压力差维持恒定，发动机ECU只需要控制喷射时间即可控制喷油量，喷射时间越长，喷油量越大。
喷射时间由两部分组成：
喷射时间=基本喷射时间+校正喷射时间。
基本喷射时间：
由发动机的进气量和转速确定，进气量越大、转速越低，基本喷射时间越长。
校正喷射时间：
包括起动加浓校正、预热加浓校正、空燃比反馈校正、加速加浓校正、燃油切断控制、功率加浓校正、其他校正等，如图3-15所示。
图3-15各种校正喷射时间
1-起动加浓2-预热加深3-空燃比反馈加深4-加速加浓5-燃油切断6-功率加浓7-进气温
（1）起动加浓校正
由于起动时发动机的转速和进气量变化较大，难以用转速和进气量来确定喷油量，因此，起动时的燃油喷射时间一般由冷液却液温度来决定。
冷却液温度由水温传感器来检测。
冷却液温度越低，燃油的雾化性越差，喷射时间越长，从而得到越浓的混合气，如图3-16（上）所示。
发动机ECU一般设定有这样的功能：
当发动机转速大于或等于400r/min时，才能起动发动机，即喷油器才开始喷油。
另外，当发动机负荷突然增加而导致转速突然降至400r/min以下时，ECU还具有滞后起动作用来阻止重新起动发动机，除非发动机转速降至200r/min，如图3-16（下）所示。
维修提示：
如果水温传感器失灵，可能引起发动机起动困难。
3-16起动加浓校正
（2）预热加浓校正
在冷机时，由于燃油不容易雾化，喷油量需要适当增加，从而获得较浓混合气，因此，发动机ECU将增加燃油喷射时间。
随着水温的升高，燃油喷射时间的增加量逐步减少，如图3-17所示，其最大校正量是常温下的两倍。
如果水温传感器失灵，可能引起发动机预热期间运转不良。
图3-17预热加浓校正
（3）空燃比反馈校正
空燃比：
混合气中空气与燃料的重量比。
空燃比越大，表明混合气越稀；
空燃比越小，表明混合气越浓。
空气与燃料都正好完全燃烧时的空燃比称为理论空燃比（约为14.8）。
当发动机的工况没有较大的波动时，例如发动机预热后的怠速或汽车以恒定速度行驶，ECU将根据发动机的进气量和转速来供给燃油量，空燃比应该接近理论的空燃比值。
但是，在发动机实际工况中，由于受各种因素的影响（例如磨损、阻塞、传感器信号偏差等），有可能出现实际空燃比稍微偏离理论值的情况，因此，多数发动机都利用氧传感器来对空燃比进行校正。
如果从氧传感器的信号中断定空燃比高于理论值，则说明混合气偏稀，ECU将增加喷射时间，从而使混合气变浓；
如果从氧传感器的信号中断定空燃比低于理论值，则说明混合气偏浓，ECU将减少喷射时间，从而使混合气变稀。
如此循环，确保空燃比保持在理论值附近（这被称为闭环控制），如图3-18所示。
图3-18空燃比反馈校正
1-氧传感器3-测定发动机ECU3-反馈修正
为防止催化器过热和保证发动机运转良好，空燃比反馈校正在以下情况下停止工作（即进行开环控制）：
1）发动机起动时；
2）起动后加浓；
3）功率加浓；
4）当冷却液温度低于预定值时；
5）当燃油切断时；
6）当氧传感器持续无信号超过一定时间时。
对于没有氧传感器的汽车，则可使用可变电阻来进行空燃比校正（CO排放校正），方法为：
使发动机怠速运转，且水温正常，把电阻向右侧转，则混合气浓度变大，向左侧转，则混合气浓度变小，如图3-19所示。
对于配备了氧传感器的汽车，则取消了该可变电阻，因为这些汽车可根据氧传感器信号自动调节空燃比。
图3-19使用可变电阻进行空燃比校正（CO排放校正）
1-发动机ECU2-喷油器3-可变电阻4-怠速混合气调整螺钉5-稀混合气6-浓混合气
（4）加速加浓校正
在汽车突然加速时，特别是在突然加速的开始阶段，由于燃料供应的增加滞后于进气量的增加，造成混合气瞬时变稀，有可能引起发动机暂时熄火或燃烧不良，使汽车产生加速不良现象（汽车明显“后坐”或颠簸）。
为了避免出现这一问题，在汽车突然加速时，发动机ECU会瞬时延长燃料喷射时间，增加喷油量，以防止混合气瞬时偏稀。
加速加浓校正的多少取决节气门开度的变化速度：
节气门开启越快，加浓校正越多；
在加速开始阶段较多，到上限值后又会逐渐减少，如图3-20所示。
图3-20加速加浓校正
1-突然加速3-慢加速
如果节气门位置传感器失灵，可能引起发动机加速不良，特别是急加速不良。
（5）燃油切断控制
在减速过程中，为了减少有害气体的排放和增强发动机的制动效果，ECU将根据减速的具体条件停止燃油喷射。
ECU对减速状态的判断取决于节气门的开度和发动机转速：
当节气门关闭且发动机转速较高（超过预定值）时，ECU就判定汽车在减速，并进行燃油切断控制，停止燃油喷射；
当发动机转速低于另一个预定值或者节气门开启时，将重新开始燃油喷射。
燃油切断控制的起始转速和终止转速还受冷却液温度的影响：
当冷却液温度较低时，燃油切断转速和燃油重新喷射的转速将会增加，反之则降低，如图3-21所示。
图3-21燃油切断控制
1-燃油切断3-重新喷油
此外，当打开空调开关时，为防止发动机转速下降或失速，燃油切断控制的起始转速和终止转速也会增加。
某些车型上，在制动过程中（停车灯开关闭合时），燃油切断控制的起始转速和终止转速会下降。
（6）功率加浓校正
在高负荷情况下，比如当汽车爬陡峭的山路时，发动机需要发出较大的功率，此时混合气稍浓一些则比较有利，为此，ECU将适当增大喷油量。
ECU对“高负荷”的判断依靠的是节气门的开度、发动机的转速和进气量。
进气量越多或发动机转速越高，功率加浓校正量越大；
当节气门的开度大于预定值时，该校正量还会再增加。
功率加浓校正量最大值大约在10%～30%之间。
（7）进气温度校正
由于空气密度随空气温度的变化而变化，因此，需要根据进气温度对喷油量进行校正，即根据进入汽缸中的空气温度来增加或减少燃料的量。
进气温度由进气温度传感器进行检测。
发动机ECU将空气温度设定为标准值20℃。
当进气温度低于标准值时，空气密度增加，校正量也随之增加。
进气温度高于标准值时，空气密度降低，校正量也随之减少，如图3-22所示。
图3-22进气温度校正
进气温度校正仅用于采用体积流量型空气流量计的L型电控发动机和D型电控发动机。
进气温度校正量最大值大约接近10%。
对热线式空气流量计而言，由于其输出的信号直接为质量流量信号，其中已经包含了空气密度的影响，因此，不需进行进气温度校正。
（8）电压校正
由于发动机ECU把喷射信号传给喷油器的时间和喷油器实际喷射燃料的时间之间存在一定的时间延迟（见图3-23上），若蓄电池电压大幅降低，该时间延迟会增大，从而造成燃料的喷射时间缩短，喷油量减少，混合气变稀。
为了解决这一问题，发动机ECU设置了电压校正功能，根据蓄电池电压的降低而延长喷射时间以进行调节，如图3-23下所示。
图3-23电压校正
1-电压校正2-喷射信号3-喷油器实际开时间
四、燃油泵控制电路
燃油泵控制电路的基本控制功能为：
点火开关接通时，如不起动发动机，则给电动燃油泵通电3～5s，以便建立初始油压，为发动机起动做准备；
如发动机持续运转，则给电动燃油泵持续通电，以便提供发动机运转所需的燃油；
在发动机意外熄火的情况下，自动切断电动燃油泵的电源，以防发生危险。
某些车型还具有燃油泵转速调节功能，当发动机负荷较小、所需燃料较少时，给电动燃油泵提供较低的电压，使电动燃油泵低速运转；
当发动机负荷较大、所需燃料较多时，给电动燃油泵提供较高的电压，使电动燃油泵高速运转。
以下介绍2种具有代表性的典型电路。
1．转速信号控制型油泵控制电路
这种电路的特点是利用发动机的转速信号来判断发动机的运转状态：
有转速信号，表明发动机运转，油泵电路可以接通；
没有转速信号，表明发动机不运转，油泵电路自动切断。
电路原理如图3-24所示，适用于凯美瑞、花冠用3S—FE、4S—GE、5S—FE、JZ系列发动机、皇冠3.0用1JZ-FE发动机等，其断路继电器中有两组线圈：
一组线圈（L2）直接由点火开关起动挡控制，另一组线圈（L1）由ECU控制。
图3-24转速信号控制型燃油泵控制电路
1-检查插头2-主继电器3-断路继电器4-燃油泵
5-点火开关6-油泵检查开关7-分电器
如果将点火开关转至“ON”位置但不起动发动机，主继电器被激励，与此同时，ECU内的三极管VT会导通3～5s，使断路继电器通过线圈L1被激励3～5s，从而使电动燃油泵运转3～5s，以便建立初始油压，为发动机起动作准备。
如果将点火开关转至“ST”位置，断路继电器通过线圈L2被激励，电动燃油泵运转，此时，起动机电路也被接通，发动机开始运转，ECU收到来自曲轴位置与转速传感器的转速信号Ne，其内部的三极管VT导通，使断路继电器又通过线圈L1被激励。
起动成功后，点火开关回“ON”位，线圈L2断电，但线圈L1电路仍然被ECU接通，断路继电器维持激励状态，电动燃油泵继续运转。
如果发动机意外熄火，来自曲轴位置与转速传感器的转速信号Ne中断，ECU内部的三极管VT立即截止，线圈L1的电路被切断，断路继电器的触点断开，电动燃油泵断电而停止运转。
为了便于进行故障诊断及其他维修操作，丰田车系发动机舱内设有诊断座（检查插头），诊断座内设有“+B”脚和“FP”脚，由图3-25可知，点火开关转至“ON”位置但不起动发动机时，只要用短接线将“+B”脚和“FP”脚短接，电动燃油泵就可以单独运转。
图3-25丰田卡罗拉1ZR-FE发动机燃油泵控制电路
1-蓄电池2-点火开关3-离合器踏板（或空挡位置）开关
4-燃油泵5-NE信号6-主继电器7-燃油泵继电器
有些车型的驾驶室内还设有专用的油泵检查开关（图3-24中的2P即为油泵检查开关），接通该开关，也可以使电动燃油泵单独运转。
丰田卡罗拉1ZR-FE发动机燃油泵控制电路如图3-25所示，点火开关接通且ECU接收到转速信号NE时，主继电器（EFIMAIN）和燃油泵继电器（C/OPN）被持续激励，燃油泵电路持续接通；
如果转速信号NE中断，则三极管Tr截止，燃油泵继电器（C/OPN）被停止激励，电动燃油泵因电路被切断而停止运转。
另外，长时间没有NE信号，主继电器（EFIMAIN）也会被停止激励而切断主电源。
2．可调转速的燃油泵控制电路
由于发动机负荷不同，所需的供油量也有所不同，因此，有些车型的燃油泵控制电路具有转速调节功能，转速的调节方法也存在一定差异。
（1）利用电阻调节转速的燃油泵控制电路这种燃油泵控制电路如图3-26所示，适用于雷克萨斯ES300、LS300用3VZ—FE、4VZ—GE发动机、皇冠3.0用2JZ—GE发动机等。
该控制电路中，设一个电阻器（降压电阻）和油泵控制继电器，由ECU根据发动机的转速和负荷
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