汽车电子燃油泵失效案例分析

袁佼，曾志新，张安伟

(广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州511434)

0 引言

电子燃油泵是现代发动机管理系统之燃油供给子系统必不可少的重要组成部件，主要作用是向发动机输送稳定压力的燃油。电子燃油泵工作失效，将直接影响到发动机的运行情况，从而对汽车的基本性能造成很大影响。因此，了解电子燃油泵的一般失效模式是非常必要的。

1 概述

现代汽车用电子燃油泵一般是利用直流电动机驱动涡轮泵高速运转从而使燃油压力增高并通过输油管路运送出去。目前汽车用电子燃油泵一般设计安装在燃油箱内部，采用工程塑料制成模块化结构，可以进行灵活的设计组合以适用于不同的装配尺寸，这种内装式电子燃油泵的优点是工作噪声小，不易产生气阻和泄漏。

涡轮式电子燃油泵具有泵油量大、泵油压力较高、供油压力稳定、噪声小、使用寿命长等优点。此外，由于不需要消声器所以可以小型化，因此广泛地应用在轿车上。

在开发试验过程中及售后市场，电子燃油泵出现较多的失效模式一般为液位传感器故障导致的仪表显示问题和内部密封失效导致的油压降低，从而导致发动机无法正常工作。

2 电子燃油泵结构及工作原理

电子燃油泵 (见图1)主要由燃油泵电动机、涡轮泵、单向阀、安全阀组成。

油泵电动机通电时，电动机驱动涡轮泵叶片旋转，由于离心力的作用，使叶轮周围小槽内的叶片贴紧泵壳，将燃油从进油室带往出油室。由于进油室的燃油不断增多，形成一定的真空度，将燃油从进油口吸入;而出油室燃油不断增多，燃油压力升高，当达到一定值时，顶开单向阀从出油口输出。

当发动机熄火时，燃油泵停止工作，单向阀关闭，阻止燃油流回油箱，保持油路中有一定的压力，便于发动机能再次启动。

为防止由于特殊原因，如油路堵塞等导致汽车供油系统压力异常升高，对零部件造成损坏，一般在油路工作压力升高到500～750 kPa时，安全阀打开，燃油流回油箱以降低压力避免损坏零件。

现代汽车用电子燃油泵总成一般主要包含燃油泵、塑料法兰、塑料储油桶、液位传感器、调压阀、燃油滤网等零件。图2为安装在油箱内的燃油泵总成示意图。

燃油从出油口经燃油管路输送至发动机，多余的燃油则通过回油管路，经调压阀流回油箱，调压阀主要作用是调节燃油管路内部燃油的压力，使其保持系统燃油压力稳定在预先规定的燃油压力范围之内，并消除和缓冲因系统实际燃油供给速率变化、系统电压变化引起的电动燃油泵供油流量的变化对系统所造成的干扰。

燃油泵总成除了提供有一定压力的燃油外，一般也集成了液位传感器，通过浮子结构根据油箱内部液面高度变化的浮动，引起电阻值变化，从而通过电路信号输送给组合仪表，显示油位。

电子燃油泵电气原理图见图3，当点火钥匙至ON挡时，ECU控制继电器导通，燃油泵空转5s后停止运转，防止空转时间过长，发热而烧毁。点火钥匙至Start挡时，电子燃油泵正常运行，为发动机提供燃油。

3 电子燃油泵典型失效案例及分析

3.1 车辆行驶过程中熄火

故障描述:试验车辆在正常行驶过程中突然熄火，且无法再次启动。

原因分析:对试验车进行检查，发现燃油管内有燃油流出，但压力偏低，因此导致发动机熄火并无法再次启动，更换燃油泵后车辆运行正常。对拆下的故障件进行拆检，发现油泵调压阀的压紧卡子出现松脱 (如图4、图5所示)，由于压紧卡扣松脱，导致燃油从调压阀的密封圈处出现泄漏，使供油系统的压力小于额定压力，从而导致熄火。

改善措施:将调压阀固定方式由塑料卡子支撑改为扣压，并增加卡子配合过盈量，增大压紧力，以减少卡子松脱的可能性。如图6所示。

改善后的方案经3万公里实车综合耐久试验验证，未出现同类失效。

3.2 油位指示异常

故障描述:路试车辆仪表的油位指示异常，油箱加满油后，燃油表的指示指针始终停留在“E”位 (空位)。

原因分析:油位指示异常，一般来说，可能存在以下原因:

(1)仪表输出信号错误;

(2)油位传感器输出信号错误。

首先需判断失效的关键主体，检查燃油箱内确实满油，通过万用表测试油泵输出阻值，发现此时油泵阻值不满足设计阻值，测试阻值为空油位时阻值，故可判断为燃油泵问题。对油泵进行拆解发现电刷固定架断裂 (如图7所示)，断裂的固定架将油位传感器弹簧卡住，使浮子无法随油位升高，阻值输出信号始终为空油位信号，仪表收到错误的信号，导致油位指示错误。

改善措施:对电刷固定架断裂部位增加加强筋 (如图8所示)，使固定架的强度提高。

改善后的方案经3万公里实车综合耐久试验验证，未出现同类失效。

3.3 油位指示异常

故障描述:某车型上市后接到市场不良投诉，部分车辆加满油后，组合仪表上的油表无法显示满油位。

原因分析:故障排除方法同上一个案例，确认燃油箱内确实满油后，通过万用表检测燃油泵输出阻值，发现此时燃油泵输出阻值未达到设计满油位阻值，可初步判断燃油泵失效。拆下燃油泵进行分析，其油位浮子上下移动正常，整个运动轨迹内阻值输出正常，但燃油泵金属支架卡滞，压缩后无法回位。如图9、10所示。

油泵液位传感器设计原理为滑动电阻，阻值随着浮子高度不同而发生变化，而仪表则根据设定好的油位阻值对应关系显示油位信息。油泵内部设置有金属导杆和弹簧，以满足油箱在不同状态下高度出现变化时，油泵底部始终紧贴油箱底部，从而确保能抽走全部燃油。液位传感器阻值高度也是以油泵底部位置为参考进行设置，浮子根据燃油液面高度不同而上下浮动，从而输出不同的阻值。在此故障中，油泵高度已无法回位，油泵底部与油箱底部出现一段距离，因此导致浮子不能准确地反映油箱内液面高度。

对卡滞的油泵进行拆解，发现内部弹簧已出现塑性变形，因此导致无法回位，如图11所示。经分析，目前弹簧长度为75 mm，允许的最大压缩量是54.4 mm，弹簧导杆长度为180 mm，根据此款产品其他结构尺寸推算，当燃油箱处于自然状态时，即燃油泵安装高度为222 mm，弹簧的压缩量为47.5 mm。当燃油箱在内部负压情况下，高度会出现压缩，理论上最大压缩量约为15 mm，当弹簧的压缩量增加至62.5 mm，已超过弹簧的最大压缩量，因此而导致塑性变形，无法回位。

改善措施:为确保在极限压缩状态下，弹簧不出现塑性变形，根据燃油箱及油泵的配合安装高度，缩短弹簧导杆高度，使得弹簧满足油泵可能出现的极限压缩情况。

改善后的方案经3万公里实车综合耐久试验验证，未出现同类失效。

4 结束语

汽车电子燃油泵作为汽车燃油供给系统的一个重要部件，其可靠性直接影响到汽车的安全行驶，因此对其可能出现的失效模式，需要有足够的了解并在设计和开发过程中予以足够的重视。作者介绍了目前比较常见的燃油泵失效案例、分析过程及改善方案，为汽车电子燃油泵的设计开发提供了参考。只有不断地积累对汽车电子燃油泵的失效分析实例经验，才能更好地进行设计开发。

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