Ювелирное обозрение

Помните у Высоцкого «Бензин, моя кровь, на нуле»? И хотя речь шла о поршневом самолете-истребителе, эта метафора справедлива и для автомобиля. Топливная система сродни кровеносной, без нее любая машина мертва.

Все знают, что система состоит из компонентов. И лучше всего, если эти компоненты вместе с сервисными возможностями предлагаются из одних рук – значит, они сконструи­рованы, изготовлены и испытаны «в связке» друг с другом.

Сказанное в полной мере относится к продукции большинства именитых компании. Конечно, у продукции есть и другие производители. Их можно посмотреть, например, здесь conrad.ru/catalog/toplivnye_i_maslyanye_nasosy/

Применительно к топливу мы видим в ее каталогах электрические топливные насосы (магистральные и погружные), модульные узлы подачи топлива, топливные насосы с механическим приводом, редукционные и обратные клапаны, датчики уровня топлива в баке, топливные шланги, приборы для контроля за системой и различных измерений и другие позиции.

Насколько хорошо и точно компоненты выполняют свои функции, расскажает система бортовой диагностики OBD (On-board diagnostics) – ее компоненты также входят в ассортимент.

Виды насосов и схемы их расположения

В зависимости от расположения в топливной системе электрические насосы подразделяются на погружные (In-Tank) и магистральные (In-Line). Иными словами, первые располагаются в топливном баке, а вторые – в топливной магистрали.

Возможные варианты и комбинации монтажа насосов показаны на рисунках сверху. Эти иллюстрации весьма наглядны и особых комментариев не требуют. Лишь добавим, что насосы In-Tank, как правило, конструктивно сложнее. Например, в модуль подачи топлива могут быть интегрированы некоторые датчики и компоненты системы диагностики.

Итак, насос подает топливо из бака в систему питания под требуемым давлением. Поговорим о видах электрических топливных насосов. Начнем с преимуществ перед механическими собратьями. Они очевидны: меньше подвижных частей; компактная цилиндрическая конструкция без выступающих рычагов и боковых штуцеров; удобство монтажа – например, не надо прижимать приводной рычаг к кулачку и одновременно затягивать крепежные болты.

В современных конструкциях насосная часть (собственно механизм) располагается на валу электродвигателя. А подаваемое топливо обес­печивает охлаждение и смазку подвижных деталей.

На входе в электрический насос устанавливают сетчатый фильтр грубой очистки топлива. Почему грубой? Из гидродинамики известно: где поток жидкости, там опасность кавитации, а кавитация – это серьезная механическая атака на детали. Сетчатые фильтры не такие нежные, как фильтры тонкой очистки. Насос они защищают неплохо, а тонкая очистка топлива происходит после насоса, ближе к форсункам. Впрочем, топливо бывает таким, что его так просто не очистишь. И тогда грязь самым пагубным образом сказывается на работе насоса. К этой проблеме мы вернемся в следующей статье.

Кроме фильтра, в некоторые насосы встраивают управляемый обратный клапан и клапан ограничения давления (редукционный). Первый сохраняет давление в насосе даже при выключенном зажигании, а второй следит, чтобы это давление не стало слишком высоким. И в случае превышения стравливает его.

Различают несколько видов конструкции насосных станций. Но на первом этапе их разделяют на лопастные и объемные.

Начнем с лопастных насосов. Подача топлива в них осуществляется за счет центробежной силы ротора. Давление они создают сравнительно небольшое – от 0,2 до 3 бар, поэтому применяются для предварительной подкачки топлива либо в качестве первого звена в двухступенчатом насосе.

Когда электродвигатель не работает, топливо в таких насосах может возвращаться во входную магистраль – там нет ни замкнутых камер, ни клапанов на входе. В документации PIERBURG лопастные насосы обозначаются символом S (см. рисунок на предыдущей странице).

Теперь о других насосах – объемных. Их применяют при более высоком давлении в системе (до 6,5 бар). У всех объемных насосов есть общая конструктивная особенность – замкнутая камера. При остановке электродвигателя обратное перетекание топлива здесь невозможно, за исключением нарушения герметичности. Впрочем, это уже неисправность, поломка.

Теперь можно прочитать любое фирменное обозначение. Например, Е 1F – электрический насос (Е), диаметр 38 мм (1), шиберный (F); Е 2Т – электрический (Е), диаметр 43 мм (2), шестеренчатый (Т).

А каковы тенденции? На большинстве современных автомобилей топливный насос или модуль устанавливают в топливном баке. Насос при этом охлаждается эффективнее, а энергетические потери сокращаются благодаря отсутствию линии всасывания. Есть, правда, и минусы – линия нагнетания при этом увеличивается, что повышает ее уязвимость при небрежной эксплуатации или аварии.

Иллюстрации взяты по материалам компании MS Motorservice International

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.

В любом двигателе обязательно присутствует деталь, обеспечивающая бесперебойную подачу топлива — топливный насос. О назначении топливного насоса, существующих сегодня типах насосов бензиновых и дизельных двигателей, их устройстве и работе, а также о вопросах их обслуживания и ремонта читайте в статье.

Назначение топливного насоса

Для работы любого двигателя внутреннего сгорания необходимо обеспечить бесперебойную подачу топлива в его камеры сгорания. Эта задача решается с помощью одной из систем двигателя — системы питания. В разных типах моторов — в бензиновых карбюраторных, бензиновых инжекторных и дизельных — системы питания строятся неодинаково, однако в их основе лежит один компонент — топливный насос.

Топливный насос ДВС решает три основных задачи:

• Подача топлива в систему питания перед запуском (в том числе и вручную);
• Подача топлива с необходимым давлением к форсункам инжекторных и дизельных силовых агрегатов;
• Прокачка топлива через фильтры грубой и тонкой очистки.

Все эти задачи решаются насосами различных конструкций и типов, причем этих насосов в одном моторе может быть несколько.

Типы топливных насосов

Все существующие топливные насосы можно разделить на несколько типов по назначению, используемому способу перекачки топлива и типу привода.

Сегодня существует два основных типа насосов:

• Топливные насосы низкого давления — ТННД;
• Топливные насосы высокого давления — ТНВД.

В свою очередь, ТННД можно разделить на три типа:

• Топливные насосы бензиновых двигателей;
• Топливоподкачивающие насосы дизельных двигателей;
• Ручные топливоподкачивающие насосы (безотносительно к типу силового агрегата).

ТНВД делятся на две основных категории:

• ТНВД дизельных двигателей;
• ТНВД бензиновых двигателей с системой впрыска топлива.

Конструктивно ТНВД бензиновых двигателей делятся на три типа:

• Центробежный насос;
• Роликовый насос;
• Шестеренный насос.

Однако эти насосы названы ТНВД условно — они создают не слишком высокое давление, а в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива они и вовсе располагаются в контуре низкого давления.

По конструкции ТНВД дизельных моторов можно разделить на пять типов:

• Рядные плунжерные насосы;
• Магистральные плунжерные насосы для систем CommonRail;
• Распределительные насосы (VE) с одним или двумя плунжерами-распределителями;
• Роторные насосы (DPA, DPC) с радиально расположенными плунжерами, вращающимися в роторе;
• Индивидуальные насос-форсунки в дизельных двигателях.

Некоторые типы ТНВД (распределительные и роторные) также используются в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива.

Насосы могут иметь один из трех типов привода:

• Механический — с помощью шестерен от коленвала или от кулачка распределительного вала;
• Электрический;
• Ручной.

Механический привод традиционно используется на насосах карбюраторных моторов (они же предусматривают и ручную подачку), на всех ТНВД и топливоподкачивающих насосах дизельных моторов. Электрический привод имеют насосы инжекторных двигателей. Ручной привод имеют топливоподкачивающие насосы, предназначенные для прокачки топлива перед пуском двигателя.

Топливные насосы бензиновых двигателей

В большинстве карбюраторных двигателей легковых и грузовых автомобилей (особенно отечественного производства) используются механические топливные насосы диафрагменного типа с приводом от распределительного вала. Основу насоса составляет диафрагма (собирается из двух-четырех мембран и прокладок), зажатая между корпусом и крышкой насоса. Под крышкой расположены два тарельчатых клапана — всасывающий и нагнетательный. В нижней части насоса на оси установлен приводной рычаг, соединенный с мембраной посредством штока. С противоположной стороны рычаг самостоятельно или через толкатель опирается на кулачок распредвала. Также в насосе предусмотрен рычаг для ручной подкачки топлива, этот рычаг тем или иным способом соединен с приводным рычагом и выведен в удобном месте.

Работает такой насос просто. При запуске двигателя распределительный вал начинает вращаться, и приводной рычаг насоса, прижатый к кулачку, начинает совершать колебательные движения. Это заставляет диафрагму насоса подниматься и опускаться, создавая изменение давления под крышкой. При движении вниз давление падает, открывается всасывающий клапан, и топливо заполняет насос. При движении вверх всасывающий клапан закрывается, но открывается нагнетательный клапан, и топливо под давлением поступает в карбюратор.

Данный тип насоса очень прост и надежен, он устанавливается непосредственно на двигатель и при необходимости дает возможность ручной подачи топлива.

В инжекторных двигателях находят применение электрические топливные насосы трех типов — центробежные, роликовые и шестеренные.

Центробежный насос. Это наиболее простое решение, его насосная часть состоит из крыльчатки (рабочего колеса), которое при вращении своими лопатками увлекает топливо из всасывающего канала и с силой выталкивает через нагнетательный канал.

Роликовый насос. Устроен более сложно, его насосная часть состоит из ротора и вставленных по его периметру в продолговатых каналах роликов. Ротор расположен в статоре ассиметрично, поэтому образуется серповидная камера, с одной узкой стороны которой расположен всасывающий канал, а с другой — нагнетательный. При вращении ротора ролики прижимаются к стенкам статора, образуя герметичные камеры изменяющегося объема. При прохождении мимо всасывающего канала камера увеличивается в объеме и топливо всасывается в нее, затем происходит сжатие, и при достижении камерой нагнетательного канала топливо под большим давлением поступает в топливную рампу.

Шестеренный насос с шестернями внутреннего зацепления. По принципу работы напоминает роликовый насос, однако здесь используется ротор из двух шестерен, расположенных эксцентрично. При вращении шестерен между их зубцами и разделительным серповидным элементом образуются камеры изменяющегося объема, которые всасывают топливо сжимают его и с силой выталкивают в рампу.

В настоящее время наибольшее распространение получили центробежные насосы, а роликовые и шестеренные используются ограничено. Центробежные насосы встраиваются в бак, а роликовый и шестеренный могут работать только непосредственно в топливопроводе.

Топливные насосы дизельных моторов

Все современные ТНВД дизелей — плунжерные. То есть, в них используется плунжерная пара той или иной конструкции, которая и обеспечивает нагнетание топлива снеобходимым давлением. Однако плунжеры могут быть основой разных по конструкции насосов.

Рядный ТНВД. Это наиболее простой вид насоса, в нем для подачи топлива в каждый цилиндр используется своя плунжерная пара, все пары расположены в ряд и имеют привод от одного кулачкового вала. Обычно в такой насос встроен регулятор оборотов двигателя, а нередко и подкачивающий насос (ТННД).

Магистральный ТНВД. Это усовершенствованная конструкция рядного насоса, которая предназначена специально для применения в системах впрыска топлива типа Common Rail. В насосе может быть один или два плунжера, которые нагнетают топливо в рампу (аккумулятор давления).

Распределительный ТНВД. Это более современный насос, который отличается более простой конструкцией и компактными размерами. В насосе используется один (реже два) плунжер-распределитель, который совершает как колебательные, так и вращательные движения — в результате он нагнетает топливо и по каналам сразу же распределяет его на форсунки.

Роторный ТНВД. Это усовершенствованный распределительный насос, в котором плунжеры и распределительный узел разделены. Плунжеры (два, три или четыре) радиально установлены в роторе, который вращается в кулачковой обойме. Плунжеры через толкатели и ролики пружинами прижимаются к обойме, а сами плунжеры расположены таким образом, что между ними образуется камера для топлива. При вращении ротора ролики плунжеров набегают на неровности кулачковой обоймы, вдвигаются внутрь ротора и сжимают топливо, которое с помощью распределительного узла поступает на форсунки.

Насос-форсунка. Это объединение в одну конструкцию топливной форсунки и одной плунжерной пары. Привод плунжера обычно обеспечивается распределительным валом через толкатель.

Классические рядные ТНВД были чисто механическими, однако в современных насосах очень широко используются электромагнитные клапаны и электронные блоки управления. Это усложняет насос и его обслуживание, однако позволяет достичь наилучших режимов работы двигателей.

Для работы описанных ТНВД необходимо, чтобы топливо уже при подаче на насос имело некоторое давление — это достигается с помощью топливоподкачивающего насоса. В распределительных ТНВД используется встроенный насос (обычно центробежного типа). Во многих отечественных дизельных двигателях используется отдельный поршневой топливоподкачивающий насос, имеющий свой привод от распредвала, а также и ручной привод.

Ручные насосы

Насосы с ручным приводом необходимы для подачки топлива перед пуском двигателя после его длительной стоянки. Широкое распространение получили насосы-груши, которые представляют собой резиновую грушу с двумя шариковыми клапанами, встроенную непосредственно в топливопровод.

Сегодня ручные насосы используются довольно редко, и чаще всего ставятся на внедорожники.

Вопросы эксплуатации, обслуживания и ремонта топливных насосов

Топливные насосы просты в эксплуатации и практически не требуют специального обслуживания. Обратить внимание на насос требуется только в случае его поломки.

При возникновении проблем в системе питания насос следует проверить. Наиболее просто диагностируются электронасосы бензиновых двигателей — они запускаются при включении зажигания, издавая характерный звук в районе бензобака. Если звука нет, то следует проверить цепь питания насоса (предохранитель, разъемы, провода), а при отрицательном результате заменить насос или обратиться в автосервис.

Для проверки насоса старых карбюраторных двигателей (типа ВАЗ «Классика») его следует снять и попробовать прокачать топливо из одной емкости в другую. Если насос не качает топливо, то его следует разобрать, проверить и заменить все неисправные детали. Наиболее частая проблема таких насосов — разрушение мембран диафрагмы.

Наиболее сложны в диагностике и ремонте ТНВД дизельных двигателей, при подозрении на неисправность следует сразу же обратиться в автосервис. Ремонт ТНВД должен производиться специалистом с применением специализированного инструмента, а в ряде случаев насос полностью заменяется.

Реагирование на неисправности топливного насоса и своевременный ремонт — это гарантия надежной и бесперебойной работы двигателя в любых условиях.