汽車電子燃油泵失效案例分析

袁佼，曾志新，張安偉

(廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東廣州511434)

0 引言

電子燃油泵是現代發動機管理系統之燃油供給子系統必不可少的重要組成部件，主要作用是向發動機輸送穩定壓力的燃油。電子燃油泵工作失效，將直接影響到發動機的運行情況，從而對汽車的基本性能造成很大影響。因此，了解電子燃油泵的一般失效模式是非常必要的。

1 概述

現代汽車用電子燃油泵一般是利用直流電動機驅動渦輪泵高速運轉從而使燃油壓力增高并通過輸油管路運送出去。目前汽車用電子燃油泵一般設計安裝在燃油箱內部，采用工程塑料制成模塊化結構，可以進行靈活的設計組合以適用于不同的裝配尺寸，這種內裝式電子燃油泵的優點是工作噪聲小，不易產生氣阻和泄漏。

渦輪式電子燃油泵具有泵油量大、泵油壓力較高、供油壓力穩定、噪聲小、使用壽命長等優點。此外，由于不需要消聲器所以可以小型化，因此廣泛地應用在轎車上。

在開發試驗過程中及售后市場，電子燃油泵出現較多的失效模式一般為液位傳感器故障導致的儀表顯示問題和內部密封失效導致的油壓降低，從而導致發動機無法正常工作。

2 電子燃油泵結構及工作原理

電子燃油泵 (見圖1)主要由燃油泵電動機、渦輪泵、單向閥、安全閥組成。

油泵電動機通電時，電動機驅動渦輪泵葉片旋轉，由于離心力的作用，使葉輪周圍小槽內的葉片貼緊泵殼，將燃油從進油室帶往出油室。由于進油室的燃油不斷增多，形成一定的真空度，將燃油從進油口吸入;而出油室燃油不斷增多，燃油壓力升高，當達到一定值時，頂開單向閥從出油口輸出。

當發動機熄火時，燃油泵停止工作，單向閥關閉，阻止燃油流回油箱，保持油路中有一定的壓力，便于發動機能再次啟動。

為防止由于特殊原因，如油路堵塞等導致汽車供油系統壓力異常升高，對零部件造成損壞，一般在油路工作壓力升高到500～750 kPa時，安全閥打開，燃油流回油箱以降低壓力避免損壞零件。

現代汽車用電子燃油泵總成一般主要包含燃油泵、塑料法蘭、塑料儲油桶、液位傳感器、調壓閥、燃油濾網等零件。圖2為安裝在油箱內的燃油泵總成示意圖。

燃油從出油口經燃油管路輸送至發動機，多余的燃油則通過回油管路，經調壓閥流回油箱，調壓閥主要作用是調節燃油管路內部燃油的壓力，使其保持系統燃油壓力穩定在預先規定的燃油壓力范圍之內，并消除和緩沖因系統實際燃油供給速率變化、系統電壓變化引起的電動燃油泵供油流量的變化對系統所造成的干擾。

燃油泵總成除了提供有一定壓力的燃油外，一般也集成了液位傳感器，通過浮子結構根據油箱內部液面高度變化的浮動，引起電阻值變化，從而通過電路信號輸送給組合儀表，顯示油位。

電子燃油泵電氣原理圖見圖3，當點火鑰匙至ON擋時，ECU控制繼電器導通，燃油泵空轉5s后停止運轉，防止空轉時間過長，發熱而燒毀。點火鑰匙至Start擋時，電子燃油泵正常運行，為發動機提供燃油。

3 電子燃油泵典型失效案例及分析

3.1 車輛行駛過程中熄火

故障描述:試驗車輛在正常行駛過程中突然熄火，且無法再次啟動。

原因分析:對試驗車進行檢查，發現燃油管內有燃油流出，但壓力偏低，因此導致發動機熄火并無法再次啟動，更換燃油泵后車輛運行正常。對拆下的故障件進行拆檢，發現油泵調壓閥的壓緊卡子出現松脫 (如圖4、圖5所示)，由于壓緊卡扣松脫，導致燃油從調壓閥的密封圈處出現泄漏，使供油系統的壓力小于額定壓力，從而導致熄火。

改善措施:將調壓閥固定方式由塑料卡子支撐改為扣壓，并增加卡子配合過盈量，增大壓緊力，以減少卡子松脫的可能性。如圖6所示。

改善后的方案經3萬公里實車綜合耐久試驗驗證，未出現同類失效。

3.2 油位指示異常

故障描述:路試車輛儀表的油位指示異常，油箱加滿油后，燃油表的指示指針始終停留在“E”位 (空位)。

原因分析:油位指示異常，一般來說，可能存在以下原因:

(1)儀表輸出信號錯誤;

(2)油位傳感器輸出信號錯誤。

首先需判斷失效的關鍵主體，檢查燃油箱內確實滿油，通過萬用表測試油泵輸出阻值，發現此時油泵阻值不滿足設計阻值，測試阻值為空油位時阻值，故可判斷為燃油泵問題。對油泵進行拆解發現電刷固定架斷裂 (如圖7所示)，斷裂的固定架將油位傳感器彈簧卡住，使浮子無法隨油位升高，阻值輸出信號始終為空油位信號，儀表收到錯誤的信號，導致油位指示錯誤。

改善措施:對電刷固定架斷裂部位增加加強筋 (如圖8所示)，使固定架的強度提高。

改善后的方案經3萬公里實車綜合耐久試驗驗證，未出現同類失效。

3.3 油位指示異常

故障描述:某車型上市后接到市場不良投訴，部分車輛加滿油后，組合儀表上的油表無法顯示滿油位。

原因分析:故障排除方法同上一個案例，確認燃油箱內確實滿油后，通過萬用表檢測燃油泵輸出阻值，發現此時燃油泵輸出阻值未達到設計滿油位阻值，可初步判斷燃油泵失效。拆下燃油泵進行分析，其油位浮子上下移動正常，整個運動軌跡內阻值輸出正常，但燃油泵金屬支架卡滯，壓縮后無法回位。如圖9、10所示。

油泵液位傳感器設計原理為滑動電阻，阻值隨著浮子高度不同而發生變化，而儀表則根據設定好的油位阻值對應關系顯示油位信息。油泵內部設置有金屬導桿和彈簧，以滿足油箱在不同狀態下高度出現變化時，油泵底部始終緊貼油箱底部，從而確保能抽走全部燃油。液位傳感器阻值高度也是以油泵底部位置為參考進行設置，浮子根據燃油液面高度不同而上下浮動，從而輸出不同的阻值。在此故障中，油泵高度已無法回位，油泵底部與油箱底部出現一段距離，因此導致浮子不能準確地反映油箱內液面高度。

對卡滯的油泵進行拆解，發現內部彈簧已出現塑性變形，因此導致無法回位，如圖11所示。經分析，目前彈簧長度為75 mm，允許的最大壓縮量是54.4 mm，彈簧導桿長度為180 mm，根據此款產品其他結構尺寸推算，當燃油箱處于自然狀態時，即燃油泵安裝高度為222 mm，彈簧的壓縮量為47.5 mm。當燃油箱在內部負壓情況下，高度會出現壓縮，理論上最大壓縮量約為15 mm，當彈簧的壓縮量增加至62.5 mm，已超過彈簧的最大壓縮量，因此而導致塑性變形，無法回位。

改善措施:為確保在極限壓縮狀態下，彈簧不出現塑性變形，根據燃油箱及油泵的配合安裝高度，縮短彈簧導桿高度，使得彈簧滿足油泵可能出現的極限壓縮情況。

改善后的方案經3萬公里實車綜合耐久試驗驗證，未出現同類失效。

4 結束語

汽車電子燃油泵作為汽車燃油供給系統的一個重要部件，其可靠性直接影響到汽車的安全行駛，因此對其可能出現的失效模式，需要有足夠的了解并在設計和開發過程中予以足夠的重視。作者介紹了目前比較常見的燃油泵失效案例、分析過程及改善方案，為汽車電子燃油泵的設計開發提供了參考。只有不斷地積累對汽車電子燃油泵的失效分析實例經驗，才能更好地進行設計開發。

【1】張遠程.電控汽油噴射系統油路故障診斷［J］.世界汽車，1997(8):38－41.

【2】黃河.汽車電噴系統基本原理［M］.上海:上海交通大學出版社，2003.

【3】李春明.汽車發動機燃油噴射技術［M］.北京:北京理工大學出版社，2004.

【4】田光輝.電控燃油系統的測試［J］.汽車維修和保養，2004(2):52－53.