Устройство автомобилей

Топливный насос

Топливный насос служит для принудительной подачи топлива из топливного бака в карбюратор (или к накопительным и впрыскивающим устройствам других типов систем питания двигателя). На отечественных автомобильных карбюраторных двигателях применяют мембранные (диафрагменные) топливные насосы, конструктивно отличающиеся друг от друга лишь числом клапанов, формами корпуса и рычага привода.

Применение насосов такого типа в конструкциях карбюраторных двигателей обусловлено относительной простотой конструкции, а также тем, что при работе диафрагменных насосов практически отсутствует вероятность искрообразования. Слабым местом диафрагменных (мембранных) насосов является диафрагма, которая может повредиться, а также клапанный механизм, склонный слипаться при накоплении смолистых отложений из топлива.

На одной из страниц сайта, посвященного науке гидравлике, описаны особенности конструирования и расчета мембранных насосов, а также описано устройство и работа топливного насоса системы питания карбюраторного двигателя автомобиля ВАЗ.
Ниже приведен чертеж общего вида топливного насоса двигателя ГАЗ-53А, который имеет аналогичную конструкцию и отличается лишь размерами и формами элементов.

Насос состоит из трех частей: корпуса 2, клапанной головки 7 и крышки 6. Отлитый из цинкового сплава корпус, головка и крышка соединены между собой винтами. В корпусе на оси 14 установлен вильчатый рычаг 13, прижимаемый пружиной 12 к эксцентрику распределительного вала двигателя.
Вильчатым концом рычаг охватывает шток 10 мембраны 3, которая отжимается верхней пружиной 9. Края мембраны зажаты между корпусом и головкой насоса.
В центральной части мембраны закреплен шток. В головке насоса смонтированы клапаны: два всасывающих 4 и один нагнетательный 8. Над всасывающими клапанами размещен сетчатый фильтр 5.
Рычаг 1 ручной подкачки топлива закреплен неподвижно на валике 11 и удерживается в нижнем положении пружиной, установленной на валике между рычагом и корпусом насоса.

Под действием эксцентрика распределительного вала двигателя рычаг 13 сжимает пружину 9 и перемещает через шток 10 мембрану 3 вниз. Объем полости над мембраной увеличивается, вследствие чего в ней создается разрежение, под действием которого открываются всасывающие клапаны и топливо поступает в эту полость, проходя сетчатый фильтр.
После того, как эксцентрик распределительного вала освободит рычаг 13, мембрана 3 переместится вверх под действием пружины 9. При этом в полости над мембраной повысится давление, под действием которого закроются всасывающие клапаны 4 и откроется нагнетательный клапан 8, а топливо поступит в головку и затем по трубопроводу в фильтр тонкой очистки.

Производительность топливных насосов грузовых автомобилей 100…180 л/ч, а максимальный перепад давления при нулевой подаче – 20…30 кПа. Наибольшая подача насоса в 3…5 раз превышает максимальный расход топлива двигателем. Однако пружина 9 подобрана так, что ее сила упругости не может преодолеть силу, действующую на запорную иглу в поплавковой камере карбюратора. Поэтому когда поплавковая камера заполнена, мембрана насоса остается в нижнем положении, а рычаг 13 перемещается вхолостую. Таким образом, насос изменяет подаваемое количество топлива соответственно расходу двигателем.

Поплавковая камера карбюратора может быть заполнена топливом перед пуском двигателя с помощью устройства для ручной подкачки. При качании рукой рычага 1 валик 11, поворачиваясь, отжимает рычаг 13 насоса вниз или отпускает его.
В результате этого топливо засасывается в полость над мембраной и затем нагнетается в поплавковую камеру карбюратора. Эксцентрик распределительного вала при этом не должен касаться рычага 13.

Устройство и принцип работы топливного насоса

Топливный насос предназначен для подачи топлива из бака в двигатель автомобиля. Он обеспечивает равномерную дозировку и необходимое для правильной работы мотора постоянное давление. В практике автомобилестроения применяются несколько видов насосов, отличающихся не только конструктивно, но и типом привода. О том, как устроены наиболее популярные топливные насосы, и пойдет речь далее.

Устройство топливных насосов

В зависимости от типа привода насосы для подачи топлива разделяются на две большие группы: механические и электрические. Первые используются только в карбюраторных двигателях, а также в качестве подкачивающих насосов в дизельных двигателях. Вторые применяются и для бензиновых, и для дизельных моторов.

Механические топливные насосы

Механический насос располагается на двигателе и приводится в движение специальным эксцентриком. Конструктивно он состоит из следующих элементов:

• корпус;
• диафрагма;
• толкатель;
• шток;
• возвратная пружина;
• клапаны на всасывающем и нагнетательном каналах;
• фильтр;
• эксцентрик.

В автомобилях, оснащенных задним приводом, эксцентрик находится на валу привода масляного насоса, а в авто с передним приводом он размещается на распределительном валу двигателя. Перемещение диафрагмы в таком насосе и обеспечивает движение топлива. Когда диафрагма находится в нижней точке, в рабочей камере возникает разрежение, и последняя заполняется жидкостью. Когда диафрагма перемещается в верхнее положение, происходит выталкивание топлива в нагнетательный трубопровод. Клапаны при этом препятствуют обратному ходу топлива.

Для дизельных двигателей такие системы часто используются как насосы низкого давления. Они выполняют функцию подкачивания топлива и располагаются рядом с насосами высокого давления (ТНВД). С практической стороны это позволяет преодолеть гидравлическое сопротивление системы фильтрации и создать стабильное избыточное давление.

Насосы для подачи топлива с электрическим приводом

Электрические насосы устанавливаются на двигателях с распределенным и непосредственным впрыском. Они приводятся в действие при помощи электрического привода от аккумулятора или генератора. По своему устройству электронасосы разделяются на следующие группы:

• Вакуумные. Такой насос имеет аналогичную конструкцию с механическим, но эксцентрик, приводящий в движение рабочие узлы, заменен на электропривод.
• Роликовые. В таком устройстве топливо перемещается благодаря вращению ротора (движению роликов). В момент, когда дистанция между роликом и ротором увеличивается, возникает разрежение, открывается всасывающий клапан, и топливо всасывается до полного заполнения. В следующий момент вращение ротора обеспечивает уменьшение расстояния, и через открывшийся нагнетающий клапан топливо подается к двигателю.
• Шестеренчатые. Всасывание и нагнетание топлива реализуется за счет вращения шестерни-ротора. Она расположена эксцентрично по отношению к шестерне-статору. Зубья шестерен формируют камеры, через которые проходит топливо. В ходе вращения объёмы камер постоянно изменяются, что обеспечивает нужное давление.
• Центробежные. Такой насос имеет рабочее колесо, оснащенное лопатками, которые перемещают топливо от всасывающего к нагнетательному каналу. Давление создается за счет завихрений, возникающих при воздействии лопаток на рабочую жидкость.
• Плунжерные. Бензонасосы такой конструкции – редкое явление. Подобные системы преимущественно используются в автомобилях на дизельном топливе в качестве ТНВД. Они имеют пары плунжеров, приводимые в движение кулачковым валом. При движении плунжера вверх последовательно закрываются выпускное и впускное отверстия. Это формирует необходимое для открытия нагнетательного клапана давление и последующую подачу топлива к форсункам двигателя.

Особенности работы топливных насосов

Чтобы определить, где находится электрический топливный насос в системе, необходимо учесть его конструктивные особенности. Так например, роторные и шестеренчатые устанавливаются непосредственно в системе топливопровода, а центробежный насос всегда находится в бензобаке. По месту расположения топливные насосы разделяют на:

• Выносные – монтируются на кузове автомобиля.
• Погружные – устанавливаются в топливном баке таким образом, чтобы он был погружен в топливо. Такие конструкции наиболее популярны в современных авто. За счет погружения механизма в рабочую жидкость обеспечивается его охлаждение, а также исключается вероятность «сухого хода». Модуль погружного бензонасоса состоит из датчика уровня топлива, фильтра грубой очистки топлива, самого электрического бензонасоса и регулятора давления.

В автомобилях с бензиновым двигателем топливный насос создает высокое давление в диапазоне 0,3-0,4 МПа. В системах непосредственного впрыска топлива может обеспечиваться давление до 0,7 МПа.

Включение электрического насоса происходит при помощи реле, получающего сигнал от блока управления двигателя. Питание проходит через предохранитель в цепи бензонасоса, приводя последний в работу одновременно с включением системы зажигания или сразу после открытия двери водителя. Само реле может располагаться возле блока управления двигателя или в составе блока предохранителей.

Основные неисправности и ресурс топливных насосов

На ресурс любого топливного насоса влияет качество топлива. В среднем, срок службы составляет до 200 тысяч километров, но первые сбои в работе могут возникать уже после 100 тысяч километров пробега.

Сетка бензонасоса

Наиболее частой проблемой является загрязнение системы. Оно приводит к повреждению и заклиниванию рабочих частей механизма. С целью предотвращения подобных неисправностей устанавливается фильтр очистки (сеточка) бензонасоса. Для погружных конструкций, помимо качества, принципиальным является и количество оставшегося топлива в баке. Если его мало, моторчик перегревается и не получает достаточного охлаждения.

Довольно часто на погружных насосах располагается датчик уровня топлива. Он работает по следующему принципу: поплавок датчика бензонасоса всегда плавает на поверхности жидкости в баке. В зависимости от его положения датчик посылает сигналы и оповещает водителя о необходимости пополнить бак.

Специалисты рекомендуют не допускать снижения уровня топлива в баке менее 5-10 литров.

Одной из распространенных причин отказа запуска мотора является перегорание предохранителя бензонасоса. В этом случае он потребует замены. Месторасположение самого предохранителя зависит от марки авто. Это может быть как подкапотное пространство, так и салон автомобиля.

Назначение, конструкция и принцип работы топливного насоса

Назначение топливного насоса понятно из его названия — подавать топливо, бензин или «солярку», в двигатель автомобиля.

Главный «кормилец» мотора должен удовлетворять самым жестким требованиям:

• Обязан работать в широком диапазоне температур.
• Обеспечивать необходимые давление и производительность независимо от уровня топлива в баке.
• Сохранять длительную работоспособность без ухудшения параметров.

Устройство топливных насосов и особенности их работы

Автомобильные топливные насосы различаются:

1. По типу привода:

• Механические. Все топливные насосы карбюраторных бензиновых моторов, устройства низкого и высокого давления дизельных двигателей.

• Электрические входят в состав модуля, размещаемого в топливном баке или устанавливаются в подающей магистрали.

1. По конструкции:

• Диафрагменные. Топливные насосы практически всех карбюраторных моторов.
• Плунжерные. Механические подкачивающие насосы и насосы высокого давления, обеспечивающие работу дизельных агрегатов.
• Центробежные. Все электрические насосы впрысковых бензиновых двигателей, иногда применяются как подкачивающие в топливном контуре низкого давления дизелей.

Диафрагменные насосы подачи топлива.

В корпусе насоса, разделённом на две части, расположена гибкая диафрагма, совершающая возвратно-поступательные движения под действием рычага и возвратных пружин.

В нижнеклапанных безиновых моторах рычаг движется эксцентриком распределительного вала, в верхнеклапанных — эксцентриком вала привода вспомогательных агрегатов.

Бензин, засасываемый диафрагмой, проходит через тонкую сетку-фильтр и впускные клапаны, в карбюратор поступает через выпускные клапаны.

Диафрагменный устройства развивают давление до 2 бар, производительность их прямо пропорциональна частоте вращения двигателя и достигает 60 л/час.

Рабочая диафрагма может состоять из двух или трёх слоёв.

При превышении давления выпускной клапан «зависает» и топливо циркулирует в первичной камере насоса, не уходя в карбюратор.

Все типы диафрагменных насосов оборудованы рычагом ручной подкачки.

Работоспособность и долговечность диафрагменных типов устройств в большой степени зависит от стойкости клапанов и материала диафрагмы, изнашиваемых микрочастицами, содержащимися в топливе.

Срок службы диафрагменных насосов невелик и обычно не превышает 50-70 тыс. км пробега.

Плунжерные подкачивающие насосы

Основной тип механических насосов низкого давления дизельных двигателей.

Монтируются непосредственно на блоке цилиндров двигателя.

Подпружиненный плунжер перемещается в цилиндрической полости корпуса эксцентриком на вспомогательном валу двигателя. Через впускной клапан солярка из подводящей магистрали всасывается в плунжерную камеру и выталкивается из неё рабочим ходом плунжера через выпускной клапан в напорную магистраль. Оба клапана шариковые.

Для устранения воздушных пробок в подводящем трубопроводе, подкачивающий плунжерный насос может иметь дополнительный ручной привод плунжера.

Плунжерные подкачивающие насосы развивают давление 30-40 бар, имеют большой запас по производительности.

Рабочий зазор цилиндр-плунжер около 3,0 мкм. При износе и увеличении зазора развиваемое давление резко снижается.

Смазывается плунжерная пара только топливом. От качества и свойств «солярки» зависит работоспособность всех топливных устройств плунжерного типа.

Топливные плунжерные насосы высокого давления (ТНВД)

Используются исключительно в дизельных двигателях для создания высокого напора топлива в форсунках.

Все ТНВД имеют механический привод от вспомогательного вала двигателя. Со стороны привода смонтирован регулятор момента впрыска.

Плунжерные пары — по числу форсунок — работают от общего эксцентрикового вала. Система клапанов обеспечивает всасывание топлива и дозированную подачу его к каждой форсунке по отдельному трубопроводу.

Напор, развиваемый ТНВД, достигает 200 бар. Производительность регулируется изменением хода плунжеров зубчатой рейкой.

В дизелях типа «коммон рэйл», где топливо под давлением подаётся в общий для всех форсунок и цилиндров резервуар-аккумулятор, применяются двухплунжерные ТНВД, конструкция которых позволяет несколько сглаживать импульсный характер потока.

Загрязнённое горючее вызывает повышенный износ плунжерных пар, низкие смазывающие свойства «солярки» могут повлечь задиры на сопрягаемых поверхностях и выход ТНВД из строя.

Насосы высокого давления – сложные агрегаты, ремонт их возможен только на специализированных предприятиях. Зачастую дешевле приобрести новый или контрактный, чем отремонтировать «старый» ТНВД.

Центробежные топливные электронасосы

Современный центробежный топливный агрегат представляет собой электродвигатель постоянного тока, на валу которого напрессовано пластиковое рабочее колесо, многолопастная турбина.

Электродвигатель с рабочим колесом и деталями, направляющими поток, заключен в металлический корпус с пластиковой крышкой. Корпус имеет всасывающий патрубок, крышка — напорный патрубок и клеммную колодку. Крышка завальцована в корпусе, топливный агрегат неразборный и ремонту не подлежит.

При работе обмотки электродвигателя охлаждаются перекачиваемым топливом.

При использовании в качестве подкачивающего в системе питания дизельного двигателя, может быть смонтирован непосредственно в топливном баке или в любом участке магистрали, ведущей к ТНВД.

В топливных системах бензиновых впрысковых двигателей электробензонасос расположен в топливном модуле, погруженном в бензобак. Кроме него, в топливном модуле смонтированы фильтр грубой очистки, регулятор давления топлива, трубопроводы всасывания и «обратки», поплавковый датчик уровня топлива, проводка и разъём электропитания и управления.

Топливные центробежные электронасосы развивают давление от 2,0 до 10,0 бар, производительность, в зависимости от мощности двигателя автомобиля, от 75 до 200 и более л/час.

Потребляемый ток достигает 10 ампер и более.

Питание на электродвигатель подаёт силовое реле, управляемое ЭСУД. В цепи питания предусмотрен плавкий предохранитель, находящийся в общем блоке. При неисправностях топливного агрегата на приборной панели высвечивается символ «проверь двигатель» (check engine) и код ошибки.

Основные неисправности и ресурс топливных насосов

Внешние признаки неисправностей топливных насосов похожи на неполадки других систем двигателя:

• частичная потеря мощности, двигатель «не тянет»;
• замедленный отклик при активном нажатии на педаль «газа», двигатель «тупит»;
• неустойчивые обороты на холостом ходу;
• затрудненный пуск хорошо прогретого двигателя.

Системы питания автомобильных двигателей состоят не только из трубопроводов и качающих устройств. В них установлены фильтры грубой и тонкой очистки, регуляторы давления, переливные и обратные клапаны и электронные датчики контроля и управления.

Неполадки системы питания могут быть вызваны неисправностями других её компонентов, и не обязательно связаны с топливными насосами:

• Никто не застрахован от заливки в бак грязного или некачественного горючего на придорожной АЗС.
• Забившийся грязью сетчатый фильтр топливного модуля вызовет у владельца авто мысли об отказе электронасоса. Отложения парафина из «летней» солярки на фильтре грубой очистки или в отстойнике навлекут подозрения на подкачивающее устройство.
• Различные «очистители топливной системы» смывают отложения с днища и стенок топливного бака, забивают фильтры и сетки и, в конечном итоге, приходят в распылители форсунок.

Электрические центробежные устройства имеют наибольший ресурс про сравнению с другими типами топливных агрегатов, срок службы их достигает 200 тыс. км.

Подшипники скольжения, — втулки вала электродвигателя, изготовлены из малофрикционной бронзы и порошка графита. За весь срок службы двигателя дополнительная смазка втулок не требуется.

Распространённые «страшилки» про опасность работы электронасоса «всухую», при пустом топливном баке, необоснованны:

• Двигатель без горючего заглохнет сам и его системы отключит ЭСУД.
• Принудительно заторможенный «сухой» электронасос может выдержать под напряжением до пяти минут, после чего сгорит его предохранитель в цепи питания. Сам насос останется не повреждённым.

Загоревшаяся на приборной панели красная лампочка предупреждает водителя об уменьшении количества топлива в баке, а не об аварийной ситуации.