喷油器的结构原理与检修

学习目标

1. 正确描述喷油器的作用、 结构及工作原理。

2. 正确使用检测仪器， 对喷油器计进行检修。

3. 注意培养环保、 安全意识及团队协合能力。

任务引入

一辆通用雪佛兰轿车， 打开仪表盘点火开关至启动挡， 无法启动车辆， 起动机工作正常， 初步检查点火系统正常， 故障灯未亮。

汽车发动机不能启动的情况通常与油和电的供应有关， 其次与气有关。 该车起动机工作正常， 又检查了点火系统， 并且也无异常， 我们应对燃油供给系统进行检测和维修。 如果正常， 再进行气压检测。 下面我们学习燃油供给系统主要部件的相关知识。

相关知识

一、 电动燃油泵

1. 电动燃油泵的功用

电子控制燃油喷射系统均采用电动燃油泵， 其功用是向喷油器提供油压高于进气歧管压力250～300k Pa的燃油。 因为燃油是从油箱内泵出， 经压缩或动量转换将油压提高后，经再输油管送到喷油器， 所以油泵的最高输出油压需要450～600k Pa， 其供油量比发动机最大耗油量大得多， 多余的汽油将从回油管返回油箱。

燃油泵设计供油量大于发动机耗油量的目的有两个: 一是防止发动机供油不足； 二是燃油流动量增大可以散发供油系统的热量， 从而防止油路产生气阻。

2. 电动燃油泵的分类

按燃油泵结构不同， 电动燃油泵可分为滚柱式、 叶片式、 齿轮式、 涡轮式和侧槽式五种。 目前常用的有滚柱式、 叶片式和齿轮式三种油泵。 桑塔纳GLi、 桑塔纳2000GLi型轿车采用由德国博世公司生产的由低压叶片泵和高压齿轮泵组成的EKP10型双级电动燃油泵；红旗CA7200E型轿车采用齿轮式电动燃油泵。

按燃油泵安装方式不同， 电动燃油泵可分为外装式和内装式两种。 外装式电动燃油泵安装在燃油箱外的输油管路中， 内装式电动燃油泵安装在燃油箱内。 目前， 大多数汽车都采用内装式燃油泵。 与外装式油泵相比， 内装式油泵不易产生气阻和泄漏， 有利于燃油输送和电动机冷却， 且噪声较小。

3. 电动燃油泵的组成

电动燃油泵的结构如图1-64所示， 主要由永磁式直流电动机、 油泵、 限压阀、 单向阀和泵壳等组成， 电动机由永久磁铁、 电枢、 换向器和电刷等组成， 油泵由泵转子和泵体组成。 泵转子固定在电动机轴上， 随电动机转动而转动。

图1-64 电动燃油泵的结构

1—进油口；2—限压阀；3—电枢；4—泵体；5—接线插头；6—出油口；7—单向阀；8—永久磁铁；9—泵体

当点火开关接通时， 直流电动机电路接通， 电枢受电磁力的作用而开始转动， 泵转子便随电动机一同转动， 将燃油从油箱， 经输油管和进油口泵入燃油泵。 当油泵内油压超过单向阀处弹簧压力时， 燃油便从出油口经输油管泵入供油总管， 再分配给各个喷油器。

当油泵停止工作时， 在油泵出口单向阀处弹簧压力作用下， 单向阀将阻止汽油回流，使供油系统中保存的燃油具有一定压力， 以便发动机再次启动。

当油泵中的燃油压力超过规定值 (一般为320k Pa) 时， 油压克服泵体上限压阀弹簧的压力将限压阀顶开， 部分汽油返回到进油口一侧， 使油压不致过高而损坏油泵。 点火开关一旦接通， 电动燃油泵就会工作1～2s。 此时， 如果发动机转速高于30r/min， 电动燃油泵才连续运转； 如果发动机转速低于30r/min， 那么即使点火开关接通， 电动燃油泵也会停止运转。

4. 滚柱式电动燃油泵的结构特点

滚柱泵主要由泵转子、 泵体和滚柱组成， 结构如图1-65所示。 电动机的电枢轴较长， 泵转子偏心地压装在电枢轴上， 随电动机一同转动。 泵转子周围制作有齿缺， 滚柱安放在齿缺与泵体之间的空腔内。 泵体用螺钉固定在一起， 安放在泵壳内， 泵体侧面制作有进油口和出油口。 泵转子与泵体的径向和轴向都制作有很小的间隙， 以便泵转子能够灵活转动。

图1-65 滚柱泵的结构与原理

滚柱式电动燃油泵的工作原理是利用容积变化来输送燃油。 当电枢旋转时， 泵转子随之一同旋转， 泵转子齿缺内的滚柱在离心力的作用下， 就会紧压在泵体内表面上并随泵转子旋转而产生滑转， 在两个相邻滚柱以及泵转子和泵体之间便形成一个密封的腔室。 由于泵转子偏心地安装在电枢轴上， 因此当泵转子旋转时， 密封腔室的容积就会发生变化 (图中左侧腔室的容积增大， 右侧腔室的容积减小)。

在密封腔室容积增大一侧的泵体侧面设有进油口， 在容积减小一侧的泵体侧面设有出油口。 这样， 在泵转子旋转过程中， 泵体进油口处腔室的容积不断增大， 形成低压油腔，将燃油吸入泵体， 而泵体出油口处腔室的容积不断减小， 形成高压油腔， 从而将燃油压出泵体流向电动机， 使电动机得到冷却。 当电枢周围泵壳内的燃油增多， 油压高于燃油泵出油口单向阀弹簧的压力时， 燃油便从出油口经输油管输送到喷油器。

5. 齿轮式电动燃油泵的结构特点

齿轮式电动燃油泵的结构特点如图1-66所示，主要由内齿轮、 外齿轮和泵体组成， 工作原理与滚柱泵相同， 也是利用容积大小发生变化来输送燃油。 当电动机旋转时， 内齿轮旋转并与外齿轮啮合， 使泵腔容积发生变化， 容积增大一侧将燃油吸入， 容积减小一侧将燃油压出。

6. 叶片式电动燃油泵的结构特点

滚柱式电动燃油泵泵油压力脉动大、 运转噪声大、使用寿命短。目前，电控发动机燃油喷射系统趋向于采用平板叶片式电动燃油泵， 简称叶片泵，其结构与滚柱式电动燃油泵相似，如图1-67所示，主要由平板叶片转子与泵体组成。叶片泵与滚柱泵不同的是其转子是一块圆形平板， 在平板的圆周上制有小槽， 叶片上的小槽与泵体之间的空间便形成泵油腔室。

图1-66 齿轮泵的结构与原理

图1-67 叶片泵的结构与原理

1—滤网；2—橡胶缓冲垫；3—平板叶片转子；4、8—轴承；5—永久磁铁；6—电枢；7—电刷；9—限压阀；10—单向阀；11—泵体； A—出油口； B—进油口

当燃油泵电动机运转时， 电机轴带动油泵转子一同旋转。 由于转子转速较高， 因此在叶片小槽与泵体进油口之间就会产生真空。 当叶片小槽转到进油口B处时， 在真空吸力的作用下， 燃油被吸入泵体内； 当叶片小槽转到油泵出油口A处时， 在离心力和燃油压力的共同作用下， 燃油便从出油口压出并流向电动机。 叶片泵出燃油越多， 电机壳体内的燃油压力就越高。 当油压超过油泵单向阀弹簧的压力时， 单向阀阀门打开， 燃油便从单向阀经输油管输送到燃油分配管和喷油器。 叶片泵的泵油原理类似于排风扇的排风原理， 其突出优点是转子无磨损， 因此使用寿命长。 此外， 还具有泵油压力高 (可达600k Pa以上)、 出油压力脉动小、 运转噪声小等优点。

二、 燃油分配管

燃油分配管又称为供油总管或油架， 安装在发动机进气歧管上部， 其功用是固定喷油器和油压调节器， 并将汽油分配给各只喷油器。 桑塔纳2000GSi、 桑塔纳3000型、 捷达AT、 捷达GTX型轿车燃油分配管总成的结构如图1-68所示。

图1-68 轿车燃油分配管总成

1—燃油压力调节器；2—O形密封圈；3、10—固定夹；4—固定螺钉；5—燃油分配管；6—进气管下体；7—卡箍；8—中间法兰；9—喷油器

燃油分配管一般用铝合金制成圆形管状或方形管状。 分配管与喷油器连接处制有小孔，以便将燃油分配到各只喷油器。 虽然分配管位于发动机舱上部， 所处环境温度较高， 汽油容易挥发， 但是由于燃油泵的供油量远远大于发动机的最大耗油量， 剩余汽油由油压调节器上的回油管返回油箱， 汽油不断流动带走了分配管及进油管中的热量和燃油蒸气， 因此，可以防止气阻， 提高发动机的热启动性能。

三、 油压调节器

1. 油压调节器的功用

油压调节器安装在燃油分配管的一端， 如图1-68所示。 其功用: 一是调节供油系统的燃油压力，使系统油压Pf与进气歧管压力Pi之差ΔP保持恒定(一般设定为:ΔP＝Ps＝Pf-Pi＝300k Pa，其中Pi为负值；Ps为弹簧弹力)；二是缓冲压力波动(燃油泵供油时产生的压力波动和喷油器断续喷油引起的压力波动)。

2. 油压调节器的结构特点

油压调节器的结构如图1-69所示， 主要由弹簧、 阀体、 阀门和铝合金壳体组成。 阀体固定在金属膜片上， 阀体与阀门之间安装有一个球阀。 球阀用弹片托起， 球阀与阀体之间设有一个弹力较小的弹簧， 使球阀与阀门保持接触。 在铝合金壳体上， 设有油管接头和真空管接头， 进油口接头与燃油分配管连接， 回油口接头连接回油管， 并与油箱相通， 真空管接头与节气门至进气歧管之间由真空管连接。

图1-69 燃油压力调节器的结构

1—歧管压力接头；2—弹簧；3—阀体；4—阀门；5—进油口；6—回油口

3. 油压调节器的工作原理

供油系统的燃油从油压调节器进油口进入调节器油腔， 燃油压力作用到与阀体相连的金属膜片上。当燃油压力升高使油压作用到膜片上的压力超过调节器弹簧的弹力时， 油压推动膜片向上拱曲，调节器阀门打开， 部分燃油从回油口经回油管流回油箱， 使燃油压力降低。当燃油压力降低到调节器控制的系统油压时，球阀关闭，使系统燃油保持一定压力值。

4. 油压调节器的工作特性

在油压调节器上接有一个真空管， 该真空管将发动机进气歧管的真空度引入油压调节器的真空室。 由于进气歧管的压力始终低于大气压力， 因此当进气歧管的压力随节气门开度变化而变化时， 进气压力将对调节器膜片产生一个吸力， 从而改变供油系统的燃油压力。

当发动机怠速运转时，进气歧管的压力Pi约为-54k Pa，燃油压力Pf为:

Pf＝Ps＋Pi＝300＋ (-54) ＝246k Pa

当发动机全负荷运转时，进气歧管的压力Pi约为-5k Pa，燃油压力Pf为:

Pf＝Ps＋Pi＝300＋ (-5) ＝295(k Pa)

由此可见， 由于进气歧管负压的作用， 当发动机怠速运转， 燃油压力达到246k Pa时，油压调节器的球阀就会打开泄压； 当发动机全负荷运转， 燃油压力达到295k Pa时， 球阀才打开泄压。 通过油压和进气负压的共同作用， 使燃油分配管中的油压与进气歧管中的气压之压力差保持300k Pa不变， 如图1-70所示， 其目的是保证喷油器喷油量的多少只与喷嘴开启时间有关， 而与系统油压和进气歧管的负压值无关。

图1-70 燃油压力调节器的输出特性

四、 电磁喷油器

电磁喷油器简称喷油器， 俗称喷嘴， 其功用计量燃油喷射系统的喷油量。

喷油器是发动机电控汽油喷射系统执行机构中的一个关键部件， 是一种加工精度非常高的精密器件。 为了满足燃油喷射系统控制精度的要求， 要求喷油器具有抗堵塞性能好、燃油雾化性能好和动态流量范围大等优点。 自20世纪80年代以来， 工业发达国家先后开发研制了各种不同结构形式的电磁喷油器。

1. 电磁喷油器的分类

按喷油器的总体结构不同， 喷油器可分为轴针式、 球阀式和片阀式三种。 目前， 主要采用球阀式喷油器； 按喷油器电磁线圈阻值大小， 喷油器可分为高阻型 (13～18Ω) 和低阻型 (1～3Ω) 两种。

2. 电磁喷油器的结构特点

(1) 轴针式喷油器的结构特点

电磁喷油器安装在燃油分配管上， 轴针式喷油器的结构如图1-71所示， 主要由燃油滤网、 线束插座、 电磁线圈、 针阀阀体、 阀座、 复位弹簧、 O形密封圈等组成。

O形密封圈起到密封作用， O形密封圈1防止燃油泄漏， O形密封圈7防止漏气。 滤网用于过滤燃油中的杂质。 轴针制作在针阀阀体上， 阀体上端安装有一根螺旋弹簧， 当喷油器停止工作时， 弹簧弹力使阀体复位， 针阀关闭， 轴针压靠在阀座上起到密封作用， 防止燃油泄漏。 在燃油分配管上， 设有喷油器专用的安装支座， 支座为橡胶成型件， 起到隔热作用， 防止喷油器中的燃油产生气泡， 有助于提高发动机的热启动性能。

图1-71 轴针式喷油器的结构

1、7—O形密封圈；2—插座；3—弹簧；4—阀体；5—阀座；6—轴针；8—电磁线圈；9—滤网；10—进油口

(2) 球阀式喷油器的结构特点

球阀式喷油器的结构与轴针式基本相同， 主要区别在于阀体结构不同， 如图1-72所示。球阀式喷油器的阀体由球阀、 导杆和弹簧座组成， 其导杆为空心结构。 轴针式喷油器的阀体采用的是针阀， 为了保证阀体轴向移动不发生偏移和阀门密封良好， 必须具有较长的导杆， 并制成实心结构， 因此质量较大； 球阀式喷油器的球阀具有自动定心作用， 无须较长导杆， 因此质量较小， 且具有较好的密封性能。

(3) 片阀式喷油器的结构特点

片阀式喷油器的结构与轴针式喷油器大致相同， 如图1-73所示。 由图1-73可见， 主要区别也是阀体有所不同， 片阀式喷油器的特点是阀体由质量较轻的片阀、 导杆和带孔阀座组成。 不仅具有较大的动态流量， 而且具有较强的抗堵塞能力。

图1-72 喷油器阀体的结构

1—弹簧座；2—导杆；3—球阀；4—针阀

图1-73 片阀式喷油器的结构

1—燃油滤网；2—导杆；3—壳体；4—片阀；5—带孔阀座；6、12——O形密封圈；7—底座；8—油道；9—电磁线圈；10—弹簧；11—电插座

3. 电磁喷油器的工作原理

当喷油器的电磁线圈接通电流时， 线圈中就会产生电磁吸力吸引针阀阀体。 当电磁吸力大于复位弹簧的弹力时， 阀体使弹簧压缩而上升 (上升行程很小， 一般为0.1～0.2mm)。 阀体上升时， 针阀 (球阀或片阀) 随阀体一同上升， 针阀 (球阀或片阀) 离开阀座时， 阀门被打开， 燃油便从喷孔喷出， 喷出燃油的形状为小于35°的圆锥雾状。 由于燃油压力较高， 因此喷出的燃油为雾状燃油。

当喷油器的电磁线圈电流切断时， 电磁吸力消失， 阀体在复位弹簧的弹力作用下复位，针阀 (球阀或片阀) 回落到阀座上将阀门关闭， 喷油停止。

燃油喷射式发动机大多为16气门、20气门或24气门发动机， 即每个汽缸有4个或5个气门， 其中进气门2个或3个， 排气门2个。 喷油器上设置有2个喷孔或4个喷孔， 从喷孔喷出的燃油喷束喷射在进气门前方， 并与空气混合形成雾化良好的可燃混合气。

4. 电磁喷油器电路

电磁喷油器电路如图1-74所示。任务实施与考核

图1-74 电磁喷油器控制电路

一、 技能学习

1. 查找相关技术资料

(1) 喷油器的拆卸

1) 打开发动机舱盖。

2)断开蓄电池负极电缆。

3) 拆下曲轴箱强制 (正压) 通风管。

4) 拆下歧管绝对压力传感器。

5) 松开发动机线束管。

6) 断开4个燃油喷射线束插头。

7) 松开燃油喷射线束。

8) 将燃油喷射线束置于一边。

9) 将一个接液盘置于下面。

10) 释放燃油压力。

11) 如图1-75所示， 断开燃油导轨3上的燃油加注口管1。 松开快速连接器2， 用EN-6015塞子封闭通风口。

12) 见图1-75， 从燃油导轨3上断开回油管1。

①松开快速连接器2。

②用EN-807塞子封闭通风口。

13)拆下3个线束固定器螺栓。

14) 如图1-76所示， 将两个线束固定件2、4从进气歧管3上拆下。

图1-75 喷油器的拆卸1

图1-76 喷油器的拆卸2

15) 如图1-77所示， 拆下两个燃油喷射导轨螺栓2。

16) 如图1-78所示， 从进气歧管1上拆下燃油喷射导轨3。

图1-77 喷油器的拆卸3

图1-78 喷油器的拆卸4

(2) 喷油器的安装

1) 安装新的喷油器密封件， 用硅基润滑脂涂抹。

2) 安装喷油器固定件 (注意:用硅基润滑脂涂抹喷油器密封件)。

3) 安装4个新的喷油器密封件。

4) 参见图1-77， 将燃油喷射导轨3安装至进气歧管1上。

5) 参见图1-77， 安装两个燃油喷射导轨螺栓2并紧固至8N·m。

6) 参见图1-76， 将两个线束固定件2、4安装至进气歧管3上。

7) 参见图1-76， 安装3个线束固定器螺栓1， 并将其紧固至8N·m。

8) 将回油管连接至燃油导轨。

①拆下EN-807塞子。

②安装快速连接器。

9) 参见图1-75， 将燃油加注口管连接至燃油导轨。

10) 连接4个燃油喷射线束插头。

11) 安装歧管压力传感器。

12) 夹住线束。

13) 夹住发动机线束管。

14) 安装曲轴箱强制通风软管和管路。

15) 连接蓄电池负极电缆。

16) 关闭发动机舱盖。

2. 操作步骤

喷油器的检修步骤如表1-20所示。

表1-20 喷油器的检修步骤

续表

续表

二、 任务实施与考核

喷油器检修的任务实施与考核如表1-21所示。

表1-21 喷油器检修的任务实施与考核