噴油泵又稱高壓油泵，是燃油系統中最重要的一個部件。噴油泵的功用是提高燃油壓力，并根據柴油機工況的要求，將一定量的燃油在準確時間內噴入燃燒室。

結構
噴油泵主要由泵油機構、供油量調節機構、驅動機構、噴油泵體四大部分構成。其中，泵油機構包括柱塞偶件、出油閥偶件等；供油量調節機構指齒條式油量調節機構或撥叉式油量調節機構；驅動機構包括凸輪軸、挺柱組件等；噴油泵體是以上三者的安裝基體，要求其具有足夠的強度、剛度和密封性，并便于拆裝、調整和維修。

噴油泵工作原理
吸油過程：柱塞由凸輪軸的凸輪驅動，當凸輪的凸起部分離開柱塞時，柱塞在柱塞彈簧的作用下下移，油腔容積增大，壓力減小;當柱塞套上的徑向進油孔露出時，低壓油腔中的燃油便順著進油孔流入泵腔。
泵油過程：當凸輪的凸起部分將柱塞頂起時，泵腔內的容積減小，壓力增大，燃油順著柱塞套上的徑向油孔流回低壓油腔；當柱塞上行到將柱塞套上的徑向油孔完全堵上時，泵腔上的壓力迅速增加;當此壓力克服出油閥彈簧的預緊力時，出油閥上移；當出油閥上的減壓環帶離開閥座時，高壓柴油便泵到高壓油管中，經噴油器噴入氣缸中。
回油過程：隨著柱塞的繼續上移，當柱塞上的斜槽與柱塞套上的徑向油孔相通時，泵腔中的燃油便通過柱塞上的軸向油道，斜油道及柱塞套上的油孔流回到低壓油腔，泵油停止。
柱塞泵工作原理
以柱塞式噴油泵為例看“泵”是怎樣工作的：
噴油泵要有動力源才能運轉，它下部的凸輪軸是由發動機曲軸齒輪帶動的。
噴油泵的關鍵零件是柱塞，如果以醫院常見的注射器做比喻，那么可移動的塞子就稱為柱塞，針筒就稱為柱塞套，假設在針簡里面安裝一只彈簧頂著柱塞一端，柱塞另一端接觸凸輪軸，當凸輪軸回轉一周，柱塞就會在柱塞套內上下移動一次，這就是噴油泵柱塞的基本運動方式。
柱塞與柱塞套是加工十分精密的配套件。柱塞身上有一道傾斜槽，柱塞套上有小孔稱為吸入口，這個吸入口充滿著柴油，當柱塞傾斜槽對著吸入口時，柴油進入柱塞套內，柱塞被凸輪軸頂至一定高度時，柱塞傾斜槽與吸入口錯開，吸入口被封閉，使柴油既不能吸入也不能被壓出，柱塞繼續上升時壓迫柴油，柴油壓力到一定程度就會頂開單向閥蜂擁而出進入噴油嘴，再從噴油嘴進入氣缸燃燒室。
這里特別要指出的是，柴油機都有進油管和回油管，進油管容易理解，那么回油管干什么用呢？原來柱塞每次排出一定量的柴油，只有一部分噴入氣缸，其余部分則由回油孔泄走，并利用增減泄走的回油量來調節噴油量。
當柱塞上升至“上止點”后往下移動，柱塞傾斜槽又會與吸入口相遇，柴油又被吸進柱塞套里面，再次重復上述的動作。直列式噴油泵每一組柱塞系統對應一個氣缸，4個氣缸就有4組柱塞系統，因此體積比較大，多用在中型以上汽車。例如公共汽車和大貨車上的柴油機一般用直列式噴油泵。
轎車及輕型汽車柴油機上的噴油泵一般是分配型，具有體積小重量輕，零件少構造簡單的優點。它用兩組柱塞系統（或者一組柱塞系統）加壓，柴油分別送入各個噴油嘴。
它的基本工作原理就是在泵里面有兩組對置柱塞安裝在葉輪上，葉輪被發動機帶動轉動時，柱塞也隨之轉動，由于凸輪環的凸起部分壓動柱塞，使柱塞發揮象泵的作用一樣向葉輪中央的送油孔壓送柴油，這時送出去的柴油充滿了分配器入口處，然后按各氣缸順序排列噴射。
由于兩組柱塞系統（或者一組柱塞系統）的動作轉數與氣缸數目成比例增加，因此該種噴油泵受到汽缸數目及最高轉速的限制。
隨著柴油機技術的發展，又興起一種單體式噴油泵形式（稱為單體泵或者泵噴嘴），它實際上是將上述兩種型式的噴油泵“化整為零”，發動機每個氣缸燃油噴射由各自的獨立噴射單元（單體泵或者泵噴嘴）來完成。
對于單體泵而言，噴油泵與噴油嘴之間用一根很短的高壓油管相連，而對于泵噴嘴而言，噴油泵與噴油嘴組合為一體，直接安裝在柴油機氣缸蓋上，由頂置凸輪軸驅動。它們的最大優點是能夠減輕或者消除在柴油流動和噴射的過程中，在高壓油管內所形成的壓力波影響。因為這個壓力波會妨礙著噴油系統與負荷、轉速的良好匹配，并會隨著高壓管的長度增長而增大。
因此，縮短高壓油管的長度（噴油泵的設計思想）或干脆不要高壓油管（泵噴嘴的設計思想），減少柱塞與噴油嘴之間的高壓容積，可以得到接近于凸輪輪廓線所規定的供油規律。尤其是泵噴嘴，早在十幾年前已經應用在通用汽車上，如今有電子技術的精確控制，使其性能得以提高。