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(xiàn)代發(fā)動機管理系統(tǒng)之燃油供給子系統(tǒng)必不可少的重要組成部件，主要作用是向發(fā)動機輸送穩(wěn)定壓力的燃油。電子燃油泵工作失效，將直接影響到發(fā)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(xiàn)代汽車用電子燃油泵一般是利用直流電動機驅(qū)動渦輪泵高速運轉(zhuǎn)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(shè)計安裝在燃油箱內(nèi)部，采用工程塑料制成模塊化結(jié)構(gòu)，可以進行靈活的設(shè)計組合以適用于不同的裝配尺寸，這種內(nèi)裝式電子燃油泵的優(yōu)點是工作噪聲小，不易產(chǎn)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(wěn)定、噪聲小、使用壽命長等優(yōu)點。此外，由于不需要消聲器所以可以小型化，因此廣泛地應(yīng)用在轎車上。

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

2 電子燃油泵結(jié)構(gòu)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(qū)動渦輪泵葉片旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，使葉輪周圍小槽內(nèi)的葉片貼緊泵殼，將燃油從進油室?guī)鲇褪?。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(fā)動機熄火時，燃油泵停止工作，單向閥關(guān)閉，阻止燃油流回油箱，保持油路中有一定的壓力，便于發(fā)動機能再次啟動。

為防止由于特殊原因，如油路堵塞等導(dǎo)致汽車供油系統(tǒng)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(xiàn)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(diào)壓閥、燃油濾網(wǎng)等零件。圖2為安裝在油箱內(nèi)的燃油泵總成示意圖。

燃油從出油口經(jīng)燃油管路輸送至發(fā)動機，多余的燃油則通過回油管路，經(jīng)調(diào)壓閥流回油箱，調(diào)壓閥主要作用是調(diào)節(jié)燃油管路內(nèi)部燃油的壓力，使其保持系統(tǒng)燃油壓力穩(wěn)定在預(yù)先規(guī)定的燃油壓力范圍之內(nèi)，并消除和緩沖因系統(tǒng)實際燃油供給速率變化、系統(tǒng)電壓變化引起的電動燃油泵供油流量的變化對系統(tǒng)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(jié)構(gòu)根據(jù)油箱內(nèi)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(dǎo)通，燃油泵空轉(zhuǎn)5s后停止運轉(zhuǎn)，防止空轉(zhuǎn)時間過長，發(fā)熱而燒毀。點火鑰匙至Start擋時，電子燃油泵正常運行，為發(fā)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(fā)現(xiàn)燃油管內(nèi)有燃油流出，但壓力偏低，因此導(dǎo)致發(fā)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(fā)現(xiàn)油泵調(diào)壓閥的壓緊卡子出現(xiàn)松脫 (如圖4、圖5所示)，由于壓緊卡扣松脫，導(dǎo)致燃油從調(diào)壓閥的密封圈處出現(xiàn)泄漏，使供油系統(tǒng)的壓力小于額定壓力，從而導(dǎo)致熄火。

改善措施:將調(diào)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(jīng)3萬公里實車綜合耐久試驗驗證，未出現(xiàn)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(guān)鍵主體，檢查燃油箱內(nèi)確實滿油，通過萬用表測試油泵輸出阻值，發(fā)現(xiàn)此時油泵阻值不滿足設(shè)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(fā)現(xiàn)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(dǎo)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(jīng)3萬公里實車綜合耐久試驗驗證，未出現(xiàn)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(nèi)確實滿油后，通過萬用表檢測燃油泵輸出阻值，發(fā)現(xiàn)此時燃油泵輸出阻值未達到設(shè)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(nèi)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(shè)計原理為滑動電阻，阻值隨著浮子高度不同而發(fā)生變化，而儀表則根據(jù)設(shè)定好的油位阻值對應(yīng)關(guān)系顯示油位信息。油泵內(nèi)部設(shè)置有金屬導(dǎo)桿和彈簧，以滿足油箱在不同狀態(tài)下高度出現(xiàn)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(shè)置，浮子根據(jù)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(xiàn)一段距離，因此導(dǎo)致浮子不能準確地反映油箱內(nèi)液面高度。

對卡滯的油泵進行拆解，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部彈簧已出現(xiàn)塑性變形，因此導(dǎo)致無法回位，如圖11所示。經(jīng)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(dǎo)桿長度為180 mm，根據(jù)此款產(chǎn)品其他結(jié)構(gòu)尺寸推算，當燃油箱處于自然狀態(tài)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(nèi)部負壓情況下，高度會出現(xiàn)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(dǎo)致塑性變形，無法回位。

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

改善后的方案經(jīng)3萬公里實車綜合耐久試驗驗證，未出現(xiàn)同類失效。

4 結(jié)束語

汽車電子燃油泵作為汽車燃油供給系統(tǒng)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(xiàn)的失效模式，需要有足夠的了解并在設(shè)計和開發(fā)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(shè)計開發(fā)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(jīng)驗，才能更好地進行設(shè)計開發(fā)。

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