黄河交通学院 王良斌

目前，电控汽油喷射发动机采用的燃油喷射方式有歧管喷射、缸内直喷及混合喷射。不管采用哪种燃油喷射方式，首先必须对供给的燃油施以压力、滤清、压力调节等预处理，通过燃油供给系统完成。本文所述的歧管喷射汽油发动机的燃油供给系统，同样适合于缸内直喷发动机及混合喷射发动机的燃油供给系统。

燃油泵、燃油滤清器和燃油压力调节器（以下简称“油压调节器”）是燃油供给系统的主要部件。其中油压调节器至关重要，它不仅与喷油器的喷油定量控制相关，而且随着其安装位置的改变，燃油系统也发生了根本性的变化且更加趋于完善。

1 油压调节器

1.1 构造和工作原理

油压调节器的构造如图1所示，依据油压调节器的原理，画出图2所示的工作原理示意。分析图2可知，膜片将油压调节器的腔体分隔为上、下2个腔，上腔是参照气体腔，引入参照气体，内有弹簧通过弹簧座体预压在膜片上，膜片上方承受弹簧压力和参照气体压力2个力的作用；下腔是燃油腔，里面充满来自燃油泵的燃油，膜片下方承受燃油压力。膜片正中被弹簧座体和回油阀芯所夹持连为一体。回油口（与壳体固结为一体）伸入燃油腔且对中回油阀芯而形成回油阀座，阀芯和阀座构成回油阀。柔性的膜片（周边被上下壳体所滚压且气密不漏）由橡胶-纤维材料制成，在上述3个力的相互作用下，产生凹凸形变，带动回油阀芯上下位移。膜片上凸，回油阀芯上移，回油阀开启，燃油通过回油口泄流回燃油箱，使得燃油压力降低；膜片下凹，回油阀芯下移，回油阀关闭，燃油不能泄流回燃油箱，使得燃油压力升高。发动机熄火，参照气体压力为大气压力，大气压力和弹簧的预压力克服燃油压力，回油阀关闭，使得油轨内燃油保持一定的压力（即为残压）直至下一次起动。

图1 油压力调节器的构造

图2 油压调节器的工作原理示意

1.2 功用和安装位置

从燃油泵到喷油器的整个密闭燃油管腔，喷油器开启，则燃油压力降低；喷油器关闭，则燃油压力升高。另外，燃油泵转速降低，则燃油压力降低；燃油泵转速升高，则燃油压力升高。喷油器的开闭时间由发动机负荷确定，燃油泵转速的高低则取决于供电电压的高低。发动机负荷随机而变，供电电压也会出现波动，因此，产生的燃油压力也会随机波动，不利于喷油器的喷油定量控制。油压调节器相当于是密闭燃油管腔上的一个燃油泄流通道，通过膜片的凹凸形变开启或关闭泄流通道，衰减燃油压力的波动，同时调节燃油压力，从而满足喷油器的喷油定量控制要求，这是燃油系统的核心技术要求。另外，针对油压调节器的安装位置，则经历了从燃油供给系统末端（靠近喷油器侧）到燃油供给系统起始端（靠近燃油泵侧）的演变过程，因此，将燃油系统分为有回油燃油系统和无回油燃油系统2种形式。

2 有回油燃油系统

如图3所示，油压调节器安装在燃油供给系统的末端，燃油泵将燃油源源不断地泵入到油轨，后仅有少量的燃油（取决于发动机负荷）通过喷油器喷入到进气歧管内，大量的燃油则通过油压调节器又泄流回燃油箱，故将其命名为有回油燃油系统。

2.1 油压调节原理

发动机运行期间，油压调节器内弹簧的变形量很小，故将弹簧压力可视为恒定不变，回油阀的开启或关闭则取决于燃油压力（P1）与参照气体压力（P2，即进气歧管绝对压力）的压力差（△P），即△P=P1-P2。令回油阀最初处于关闭状态，后因发动机负荷减小，节气门开度就要随之减小，进气歧管绝对压力也要随之降低，△P逐渐增加直至膜片往上凸起，即回油阀开启，燃油压力降低；随后因发动机负荷增大，节气门开度就要随之增大，进气歧管绝对压力增高，△P逐渐减小直至膜片向下凹陷，即回油阀关闭，燃油压力增高。以上因发动机负荷变化而引发的一串连锁变化过程，燃油压力总是正向随动于进气歧管绝对压力，使△P保持恒定。

图3 有回油燃油系统的工作示意

2.2 △P恒定特性分析

仅凭燃油压力正向随动于进气歧管绝对压力，就笼统地得出△P恒定的结论显然是不够的。

发动机运行期间，进气歧管绝对压力为负压（在自然吸气发动机上），故△P总为正值，也就是说△P总是力图顶起膜片使回油阀开启，而弹簧的弹力（F）总是力图下压膜片使回油阀关闭。根据膜片的有效面积（S）将△P（单位为kPa）转换成顶起力△F，即△F=△P×S。F与△F两者相对抗而平衡，始终处于互为进退相协的动平衡状态，其结果使回油阀以一定的频率开启或关闭，且回油阀究竟是开启还是关闭则取决于F和△F两者的大小。显然，只要F变化则△F就不会恒定。根据胡克定律，在回油阀开启或关闭过程中，F是线性变化的，因此，△F也随之线性变化，即△P并非恒定。

由于油压调节器内的回油阀为片状阀，片状阀的流量与开度无关。只要阀芯离开阀座形成间隙，即回油阀完全开启，具有一定压力的燃油经过该间隙从周边径向被压入回油管，此时，回油流量与其间隙大小无关，微小的间隙即可满足燃油压力正向随动于进气歧管绝对压力变化要求，即弹簧的微小变形即可达到油压调节器的技术要求。正是基于弹簧的微小变形，△P才可视为恒定。因此，△P并非绝对恒定，而是基于弹簧微小变形的准恒定。

3 无回油燃油系统

如图4所示，油压调节器安装在燃油箱内的燃油泵总成上，通过油压调节器泄流回的燃油直接流入燃油箱。如图5所示，在某些车型上将燃油滤清器和油压调节器集成为一体，并安装在燃油箱外的不远处，油压调节器泄流回的燃油只需经过很短的回油管即可流入燃油箱。无回油燃油系统因不需要长距离的回油管而得名。

4 有回油燃油系统和无回油燃油系统的喷油定量控制

单缸喷油器每次循环工作过程中的喷油量取决于喷油脉宽（喷油持续时间）和喷油速率（喷油器单位时间内的喷油量）。因此，理论上讲，通过控制喷油脉宽、喷油速率都可以完成喷油定量控制。通常为了便于控制，使其中一个参数保持恒定，改变另一个参数进而实现喷油定量控制。对于计算机来说，控制喷油脉宽比控制喷油速率更为方便。早些年的汽油机电控喷油系统设法使喷油速率保持不变，这便是有回油燃油系统。在有回油燃油系统中，油压调节器以泄流的方式使△P保持恒定。喷油器喷口端置身于进气歧管内，进油端燃油直接源于油轨，故△P恒定，即喷油器内、外的压力差恒定，进而使得喷油器的喷油速率保持恒定。对于既定的喷油器来说，喷油速率保持恒定，喷油量仅与喷油脉宽相关，发动机控制单元通过控制喷油脉宽进而实现喷油定量控制。

在无回油燃油系统中，油压调节器的参照气体为大气压力，因此，燃油压力不再正向随动于进气歧管绝对压力的变化，而是保持恒定。发动机负荷随机而变，喷油器的内、外压力差也随之而变，其喷油速率也将随发动机负荷大小而改变。因此，无回油燃油系统是与喷油器的非恒定喷油速率联系在一起的。因此，对于无回油燃油系统来说，不能简单地说是通过改变喷油脉宽还是改变喷油速率来实现喷油定量控制的，发动机控制单元以某一恒定喷油速率为基础，根据进气歧管绝对压力（取决于发动机负荷与转速）的变化，对喷油脉宽进行修正（修正系数以特性场的形式预存于发动机控制单元内），以此来补偿因进气歧管绝对压力的变动而给喷油量带来的影响。

图4 油压调节器置于燃油箱内的无回油燃油系统

图5 油压调节器置于燃油箱外的无回油燃油系统

5 有回油燃油系统和无回油燃油系统的优势比较

两相比较，有回油燃油系统唯一比较占优的是，循环流动的燃油不断地将油轨处的热量带走，同时，喷油器也得到了相应的冷却，这对降低燃油管路热阻、提高发动机热起动的可靠性及喷油器的喷油量是大为有利的。无回油燃油系统的优势体现在以下3个方面：一是不需要长距离的回油管，材料消耗明显减少，更为重要的是消除了因使用长距离回油管而有可能带来的安全隐患；二是满足了国Ⅳ以上燃油蒸发排放污染物法规要求，而有回油燃油系统则不能满足；三是喷油定量控制精度得到提升。

6 结束语

早些年的汽油机电控喷油系统普遍采用的是有回油燃油系统，能够满足当时的排放法规要求。随着计算机控制技术的发展和排放法规愈加严格，目前的汽油机电控喷油系统无一例外地采用更为先进的无回油燃油系统。2种燃油系统都是通过控制喷油脉宽进而实现喷油定量控制，在有回油燃油系统中，依靠油压调节器（机械装置）来确保喷油器恒定的喷油速率，其喷油定量控制精度不高，还得需要空燃比闭环控制系统予以补偿；而在无回油燃油系统中，非恒定的喷油速率产生的喷油量误差由软件通过修正系数予以补偿，从而使得喷油定量控制精度得到提升。因此，对于机电系统的控制精度而言，依赖于机械装置的控制精度总是有限的，通过计算机软件及其控制参数则可以极大地提高控制精度。