Работа двигателей внутреннего сгорания, использующихся на самых разных видах транспорта и техники, основана на сгорании топливо-воздушной смеси и выделяемой в результате этого процесса энергии. Но для того, чтобы силовая установка функционировала, топливо должно подаваться порционно в строго определенные моменты. И задача эта лежит на системе питания, входящей в конструкцию мотора.
Системы подачи топлива двигателей состоят из ряда составных элементов, у каждого из которых своя задача. Одни из них фильтруют топливо, удаляя из него загрязняющие элементы, другие осуществляют дозировку и подачу его во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр. Все эти элементы выполняют свою функцию с топливом, которое к ним еще нужно подать. И это обеспечивают используемые в конструкциях систем топливные насосы.
Насос в сборе
Как и у любого жидкостного насоса, задача узла, используемого в конструкции мотора – закачка топлива в систему. Причем практически везде нужно, чтобы оно подавалось под определенным давлением.
Функциональное назначение
Работа двигателя внутреннего сгорания предполагает сжигание топливно-воздушной смеси в специальных камерах. Топливная система транспортного средства, наиболее важной частью которой выступает насосное оборудование, предназначается для обеспечения бесперебойной подачи горючего к рабочим узлам двигателя.
В современном автомобилестроении используются несколько разновидностей топливных насосов. Самый простой и в сегодняшних условиях редко применяемый вариант – традиционный и весьма распространенный 2-3 десятилетия назад бензонасос карбюратора. Его функция ограничивается перемещением горючего к двигателю, причем бензин подается под обычным давлением, а потому такой вид механизма нередко называется ТННД или топливный насос низкого давления.
В намного чаще используемом в настоящее время инжекторном бензиновом двигателе применяется система непосредственного впрыска горючего в цилиндры. Это предполагает подачу горючего под давлением. Поэтому бензонасос инжектора является ТНВД или топливным насосом высокого давления.
Конструкция дизельного двигателя предусматривает наличие сразу двух топливных насосов. Первый из них является ТННД и предназначается для перемещения горючего из бака к ТНВД. Последний, в свою очередь, сжимает полученное топливо и обеспечивает его доставку непосредственно к форсункам двигателя.
Таким образом, выполняемые функции определяются типом двигателя и самого топливного насоса:
· бензонасос карбюратора подает горючее из бака к двигателю без каких-либо манипуляций с давлением;
· бензонасос инжектора, помимо функции транспортирования, еще и нагнетает давление перед впрыском горючего в камеру сгорания, а также дозирует топливо и регулирует периодичность его подачи;
· ТННД дизеля закачивает дизельное топливо из бака в двигатель;
· ТНВД дизельного агрегата выполняет функции, аналогичные бензонасосу инжектора – нагнетает давление, дозирует и определяет режим впрыска топлива в форсунки двигателя.
Карбюраторный двигатель
Сначала несколько слов об известном всем механическом бензонасосе. Он качает топливо в автомобилях с карбюратором. Ключевым элементом является мембрана, которая, совершая поступательные движения вверх и вниз, обеспечивает доставку топлива от бака к карбюратору. В конструкции предусмотрена система клапанов, благодаря которым обеспечивается закачка бензина и предотвращается его возврат в топливную магистраль.
Движение механических частей осуществляется непосредственно от самого двигателя, для этого там, где находится бензонасос, в блоке цилиндров предусмотрен его привод. Закачка топлива может осуществляться вручную, с помощью предусмотренного рычага. Насос не требует автономной системы смазки, так как включен в общую с двигателем магистраль.
Классификация
Наиболее часто применяемая классификация топливных насосов – по типу двигателя – была приведена выше. Однако, применяют и другие признаки, позволяющие разделить рассматриваемый механизм на виды. Например, по месту расположения в автомобиле различают погружные насосы, которые устанавливаются прямо в топливном баке, и насосы, монтируемые непосредственно к силовой установке двигателя.
По типу привода топливные насосы делятся на механические и электрические. Первая разновидность применяется в карбюраторных двигателях и старых моделях дизельных агрегатов. Альтернативный вариант используется сегодня намного чаще и устанавливается как в инжекторных бензиновых движках, так и в современных дизельных силовых установках.
Как работает бензонасос
Электрический насос будто бы проталкивает внутрь автодвигателя подаваемое топливо. Устройство бензонасоса
в старых автомобильных моделях такое, что у них работа узла находится на фиксированной скорости. Новые же модели сконструированы таким образом, что скорость агрегата зависит от мотора. Электробензонасос зависит напрямую от электросистемы машины, где учитываются такие показатели, как аэросоотношение к топливу, положение дросселя, а также количество содержащихся выхлопов.
Такие агрегаты начинают работать от запуска электродвигателя. В момент поворачивания замка зажигания срабатывает бортовой компьютер и подается сигнал для запуска бензонасоса. При подаче электрического заряда мотор внутри такого насоса стартует вращение, благодаря чему создается в топливной системе давление. В случае отсутствия сигнала о работе двигателя более, чем в течение нескольких секунд, бензонасос будет автоматически отключен.
Как работает бензонасос
, слышно в течение первых моментов старта автомобильного двигателя. Далее бензин через трубочку попадает в бензонасос и выходит с помощью одностороннего клапана, а затем через топливный фильтр проходит в автомобильный двигатель. Пока идет работа мотора, будет работать и бензонасос.
Устройство системы питания автомобиля и работа бензонасоса
Электрические бензонасосы как бы проталкивают топливо в двигатель. Работа электрического бензонасоса контролируется электронной системой автомобиля, которая принимает в расчет положение дросселя, соотношение воздуха к топливу и содержание выхлопов.
Так как электрические бензонасосы работают под давлением, то они довольно шумные и быстро нагреваются. Именно по этой причине их размещают в топливном баке — топливо охлаждает бензонасос и глушит шумы.
Особенности устройства различных видов топливных насосов
Очевидно, что каждая из перечисленных выше разновидностей топливных насосов обладает характерными конструктивными особенностями, предназначена для выполнения разных функций и имеет серьезные отличия в принципе работы. Поэтому целесообразно рассмотреть каждую из них подробнее.
Механический бензонасос карбюратора
Стандартный бензонасос механического типа устанавливается на двигателе – как правило, на блоке цилиндров. Он крепится при помощи обычных винтов. Работа механизма обеспечивается за счет движения так называемого кулачкового эксцентрика.
Устройство механического бензонасоса предусматривает наличие следующих элементов:
- корпус, внутри которого располагают остальные детали;
- толкатель, непосредственно соединенный с кулачком механического привода;
- рычаг и шток, воспринимающие энергию от штока и обеспечивающие функционирование насоса;
- мембрана, которая разделяет внутреннее пространство насоса на две камеры – впускную и выпускную;
- возвратная пружина, предназначенная для возвращения штока в стартовое положение;
- два клапана, установленные на нагнетательном и всасывающем каналах;
- фильтр, который в большинстве моделей также размещается внутри корпуса насоса и предназначен для очистки подаваемого в двигатель топлива.
В современном автомобилестроении механические топливные насосы применяются достаточно редко, что объясняется их более низкой эффективностью, по сравнению с агрегатами с электрическим приводом. Тем не менее, они обладают рядом весомых достоинств, в числе которых: простая и надежная конструкция, а также возможность ручной подкачки топлива, обеспечивающая возможность без проблем завести автомобиль после долгосрочного простоя.
Электрический бензонасос инжектора
Топливные насосы на электрическом приводе устанавливаются не только на бензиновых инжекторах, но и в качестве ТНВД на дизельных двигателях. Востребованность электрических бензонасосов привела к появлению нескольких разновидностей этого типа механизмов, различающихся конструктивными особенностями. В их число входят топливные насосы следующих типов:
- вакуумные. Устройство агрегата в целом аналогично описанному выше механическому бензонасосу. Единственным существенным отличием выступает замена эксцентрика на электрический привод. Последний работает как втягивающее реле, имеющее два составных элемента – сердечник и обмотку;
- роликовые. Рабочий узел этого типа топливного насоса состоит из ротора с выполненными специальными пазами, в которые устанавливаются ролики. Перемещение горючего достигается за счет вращения ротора и изменения расстояния между ним и роликами. Электропривод представляет собой обычный двигатель постоянного тока;
- шестеренчатые. Подача и повышение давления горючего в данном случае достигаются за счет вращения ротора, изготовленного в форме шестерни и расположенного эксцентрично к другой шестерне, которая называется статором. Зубья обеих шестерен образуют камеры, объем которых постоянно меняется, благодаря чему создаются перепады давления и обеспечивается подача топлива к двигателю;
- центробежные. Рабочий узел насоса представляет собой колесо, оснащенное лопастями. За счет их движения создаются завихрения, в результате чего горючее транспортируется от всасывающего канала к нагнетательному;
- плунжерные. Подобная конструкция топливного насоса редко используется для бензиновых двигателей и намного чаще применяется в дизельных силовых установках в ТНВД. Основу механизма составляют плунжерные пары, состоящие из гильзы и поршня, которые приводятся в движение кулачковым валом. Перемещение плунжера нагнетает давление в пространстве над ним и обеспечивает подачу топлива к форсункам двигателя.
Электрические бензонасосы делятся на два типа – выносные и погружные. Первая разновидность устанавливается на кузове транспортного средства, а вторая – монтируется непосредственно в топливном баке. В современных моделях автомобилей чаще применяются именно погружные топливные насосы. Ключевые преимущества такого расположения – отсутствие возможности так называемого «сухого хода» и охлаждение агрегата за счет погружения в рабочую жидкость.
ТННД дизеля
Топливный насос низкого давления дизельного двигателя предназначен для выполнения одной функции – транспортировка топлива из бака к ТНВД. На старых моделях силовых установок в подобном качестве использовались механические топливные насосы. Современные дизельные агрегаты предусматривают использование ТННД на электроприводе.
ТНВД дизельного двигателя
Главной особенностью дизельного двигателя выступает подача топлива под высоким давлением. Для успешного выполнения этой функции используются ТНВД. Современные модели топливных насосов этого типа предназначены для решения еще двух важных задач, к числу которых относятся: дозировка горючего и регулирование периодичности его впрыска в камеры сгорания. Именно успешное осуществление трех перечисленных функций в значительной степени определяет эффективность и КПД при эксплуатации дизельной силовой установки.
Основным рабочим узлом ТНВД дизельного двигателя является плунжерная пара. Ее устройство состоит из двух элементов – поршня или плунжера, который перемещается внутри гильзы, нередко называемой втулкой. Для изготовления плунжерной пары применяются высокопрочные стали, а рабочие поверхности деталей выполняются с высокой точностью и тщательно обрабатываются. В результате достигается герметичность примыкания при одновременном обеспечении возможности перемещения поршня внутри втулки.
В современном автомобилестроении используются три разновидности ТНВД:
- классическая. Устройство и принцип действия в целом напоминает описанный выше бензонасос инжектора. Горючее подается посредством плунжерных пар непосредственно к форсункам дизельного двигателя;
- система насос-форсунка или pump-dus. Главной конструктивной особенностью ТНВД этого типа является наличие специального подкачивающего устройства, установленного на каждой форсунке. Это позволяет увеличить мощность двигателя по сравнению со стандартным ТНВД на 5-6%. Минусом системы выступает требовательность к качеству используемого двигателем дизельного топлива;
- система common rail. Самая прогрессивная разновидность ТНВД дизельных агрегатов, широко применяемая в последние годы. Устройство топливного насоса этого типа предусматривает наличие общей рампы, из которой топливо под очень высоким давлением подается непосредственно к форсункам. Использование common rail обеспечивает максимально высокий КПД дизеля, который совмещается с экономичностью и экологичностью его эксплуатации.
Ресурс и основные неисправности топливных насосов
Независимо от вида топливного насоса главным фактором, влияющим на долговечность механизма, выступает качество используемого в процессе эксплуатации горючего. Это в равной степени касается как бензиновых, так и дизельных агрегатов. Основной проблемой, возникающей при работе насоса в подобной ситуации, становится загрязнение отдельных деталей топливной системы. Частичным решением данной проблемы становится использование и регулярная замена эффективных фильтров очистки.
Другой часто причиной неисправности топливного насоса погружного типа является эксплуатация двигателя при малом количестве топлива в баке. В этом случае затрудняется охлаждение агрегата, что приводит к его перегреву, снижению эффективности и, в самом худшем случае, попросту выходу из строя.
В качестве основных критериев, позволяющих диагностировать неисправность топливного насоса автомобиля, выступают следующие признаки:
- трудности с запуском двигателя;
- повышенный расход горючего и увеличение объема выхлопных газов;
- уменьшение мощности двигателя на высоких оборотах или перепады в работе силовой установки;
- возникновение посторонних звуков при запуске и работе бензинового или дизельного двигателя.
Современное диагностическое оборудование эффективно выявляет возможные проблемы на ранних стадиях. Это позволяет принять необходимые меры по их устранению, в результате чего при небольшом уровне расходов существенно увеличивается нормативный срок службы топливного насоса. Кроме того, удается избежать намного более серьезных затрат на ремонт и замену пришедших в негодность узлов или деталей.
