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.

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 бензонасоса и его неисправности

В любом двигателе автомобиля имеется система питания, которая обеспечивает смешивание компонентов горючей смеси и подачу их в камеры сгорания. От того, на каком топливе работает силовая установка, зависит конструкция системы питания. Но самым распространенным является агрегат, работающий на бензине.

Для того, чтобы система питания смогла смешать компоненты смеси, она еще их должна получить из емкости, в котором находится бензин – топливный бак. И для этого в конструкцию включен насос, обеспечивающий подачу бензина. И вроде, данная составляющая не является самой главной, но без его работы двигатель попросту не заведется, поскольку в цилиндры бензин не будет поступать.

Типы бензонасосов и принцип их работы

На автомобилях применяется два типа бензонасосов, отличающихся не только по конструкции, но и по месту установки, хотя задача у них одна – закачать бензин в систему и обеспечить его подачу в цилиндры.

По типу конструкции бензиновые насосы разделяются на:

1. Механический тип

Бензонасос механического типа используется на карбюраторных двигателях. Он обычно располагается на головке блока силовой установки, поскольку привод его осуществляется от распределительного вала. Закачка топлива в нем производится за счет разрежения, которое создается мембраной.

Cхема топливного насоса механического типа

Конструкция его достаточно проста – в корпусе расположена мембрана (диафрагма), которая снизу подпружинена и по центральной части прикреплена к штоку, связанному с приводным рычагом. В верхней части насоса располагаются два клапана – впускной и выпускной, а также два штуцера, по одному из них бензин втягивается в насос, а из второго он выходит и поступает в карбюратор. Рабочей зоной у механического типа является полость над мембраной.

Работает бензонасос по такому принципу – на распределительном валу имеется специальный эксцентриковый кулачок, который приводит в действие насос. Во время работы двигателя вал, вращаясь, вершиной кулачка воздействует на толкатель, который нажимает на приводной рычаг. Тот в свою очередь тянет вниз шток вместе с мембраной, преодолевая усилие пружины. Из-за этого в пространстве над мембраной создается разрежение, из-за которого отрывается впускной клапан и бензин закачивается в полость.
Как только вал провернется, пружина возвращает на место толкатель, приводной рычаг и мембрану вместе с штоком. Из-за этого в полости над мембраной повышается давление, из-за которого впускной клапан закрывается, а выпускной открывается. То же давление выталкивает бензин из полости в выпускной штуцер и он перетекает в карбюратор.

То есть вся работа механического типа безонасоса построена на перепадах давления. Но отметим, что вся карбюраторная система питания не требует большого давления, поэтому и давление, которое создает механический топливный насос небольшое, главное, чтобы этот узел обеспечил необходимое количество бензина в карбюраторе.

Работает же такой бензонасос постоянно, пока функционирует мотор. При остановке силового агрегата подача бензина прекращается, поскольку насос тоже прекращает качать. Чтобы топлива хватило для запуска мотора и функционирование его то время, пока за счет разрежения система не заполнится, в карбюраторе имеются камеры, в которые заливается бензин еще при предшествующей работе двигателя.

2. Электрический топливный насос, их типы

В инжекторных же топливных системах бензин впрыскивается форсунками, а для этого необходимо, чтобы топливо поступало к ним уже под давлением. Поэтому использование насоса механического типа здесь невозможно.

Для подачи бензина в инжекторную систему питания используется электрический топливный насос. Такой насос располагается в топливопроводе или непосредственно в баке, что обеспечивает закачку бензина под давлением во все составляющие системы питания.

Немного упомянем самую современную инжекторную систему – с непосредственным впрыском. Она работает по принципу дизельной системы, то есть бензин впрыскивается непосредственно в цилиндры под высоким давлением, которое обычный электронасос обеспечить не может. Поэтому в такой системе используется два узла:

1. Первый из них является электрическим, установлен в баке, и он обеспечивает заполнение топливом системы.
2. Второй насос – высокого давления (ТНВД), имеет механический привод и в его задачу входит обеспечение значительного давления топлива перед подачей его на форсунки.

Но ТНВД мы рассматривать пока не будем, а пройдемся по обычным электрическим бензонасосам, которые располагаются либо возле бака и врезаны в топливопровод, либо же установлены прямо в емкость.

Видео: Бензонасос, проверяем-тестируем

Видов их большое количество, но самое большое распространение получили три типа:

• роторно-роликовый;
• шестеренчатый;
• центробежный (турбинный);

Роторно-роликовый электрический насос относится к насосам, которые устанавливаются в топливопровод. В его конструкцию входит электродвигатель, на ротор которого установлен диск с роликами. Все это помещено в обойму нагнетателя. Причем ротор немного смещен по отношению к нагнетателю, то есть присутствует эксцентричное расположение. Также у нагнетателя имеются два выхода – через один бензин поступает в насос, а через второй – выходит.

Работает он так: при вращении ротора ролики проходят через впускную зону, из-за чего образуется разрежение и бензин закачивается в насос. Его ролики захватывают и переносят в выпускную зону, но предварительно из-за эксцентрикового расположения, топливо сжимается, чем и достигается давление.

За счет эксцентрикового движения работает и насос шестеренчатого типа, тоже устанавливающийся в топливопровод. Но вместо ротора и нагнетателя у него в конструкции присутствуют две шестерни внутреннего зацепления, то есть одна из них помещена внутрь второй. При этом внутренняя шестеренка является ведущей, она связна с валом электромотора и смещена относительно второй – ведомой. Во время работы такого насоса закачка топлива производится зубьями шестеренок.

Но на авто чаще всего применяется центробежный топливный электронасос, который устанавливается непосредственно в бак, а уже к нему подсоединен топливопровод. У него подача топлива осуществляется за счет крыльчатки, имеющей большой количество лопастей и помещенной внутрь специальной камеры. Во время вращения этой крыльчатки создаются завихрения, способствующие засасыванию бензина и его сжатию, что обеспечивает давление перед подачей в топливную магистраль.

Это упрощенные схемы самых распространенных электробензонасосов. В действительности же в их конструкцию входят клапана, системы контактов для подключения к бортовой сети и т. д.

Отметим, что уже во время запуска инжекторной силовой установки в системе уже должно находиться топливо под давлением. Поэтому электрический бензонасос контролируется электронным блоком управления, и в работу он включается до срабатывания стартера.

Основные неисправности бензонасоса

Видео: Когда «болеет» бензонасос

Все бензонасосы имеют достаточно большой ресурс работы благодаря сравнительно простой конструкции.

В механических узлах проблемы встречаются и вовсе редко. Возникают они чаще всего из-за порыва мембраны или износа приводных элементов. В первом случае насос вообще перестает качать топливо, а во втором – подает его в недостаточном количестве.

Проверить такой бензонасос не составит труда, достаточно снять верхнюю крышку и оценить состояние мембраны. Также можно от карбюратора отсоединить топливопровод, идущий от узла, опустить его в емкость и запустить мотор. У исправного элемента подача топлива осуществляется равномерными порциями достаточно мощной струей.

В инжекторных двигателях неисправность электрического топливного насоса имеет определенные признаки – автомобиль плохо запускается, заметно падение мощности, возможны перебои в работе мотора.

Конечно, такие признаки могут давать неисправности в разных системах, поэтому потребуется дополнительная диагностика в которой проверяется производительность насоса за счет замеров давления.

А вот перечень неисправностей, из-за которых данный узел работает некорректно, не так уж и много. Так, насос может перестать работать из-за сильного и систематического перегрева. Происходит это из-за привычки заливать в бак небольшие порции бензина, ведь топливо выступает в качестве охлаждающей жидкости для данного узла.

Заправка некачественным топливо запросто может привести в неисправностям. Имеющиеся в таком бензине примеси и сторонние частицы, попадая внутрь узла, приводят к усиленному износу его составных частей.

Проблемы могут возникнуть и через электрическую часть. Окисление проводки и ее повреждение может привести к тому, что на насос будет подаваться недостаточно энергии.

Отметим, что большинство неисправностей, которые происходят из-за повреждения или износа составных частей бензонасоса, устранить сложно, поэтому зачастую при нарушении его работоспособности он просто заменяется.