Вихри, но не враждебные

ВИХРИ, НО НЕ ВРАЖДЕБНЫЕ

]

КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ

ВИХРИ, НО НЕ ВРАЖДЕБНЫЕ

Как устроен бензонасос диафрагменного типа, знает каждый уважающий себя автомобилист. Но в нашу эпоху все шире распространяются системы впрыска бензина, где насосы создают намного большее давление на выходе. Об одном — фирмы «Бош» — мы рассказывали в июльском номере журнала. Но есть и другие, не менее интересные конструкции.

Слово Игорю МИХЕЕВУ.

«Идеология» электрического бензонасоса сегодня уже хорошо отработана — как-никак, первые системы впрыска появились не десять и даже не двадцать лет назад! А первоначально электробензонасос возложил на плечи конструкторов две очевидные проблемы. Первая — «несовместимость» его искрящего коллектора (вспомните хотя бы электромоторчик для детской игрушки!) и бензина. Вторая — очень низкие смазочные свойства бензина, вязкость которого при температуре +20°С вдвое меньше, чем у воды. Правда, на сорокаградусном морозе вязкость бензина существенно возрастает, но, возможно, именно поэтому электробензонасосы чаще выходят из строя в жаркую летнюю пору.

Проблема эта в условиях России усугубляется особенностями нашего бензина: в нем значительно больше мельчайших механических включений в сравнении, например, с европейскими марками. Даже в столице и других крупных центрах до идеального качества бензина нам далеко.

Что касается «искрящего» коллектора, то поспешим успокоить потенциальных покупателей: электробензонасос у «впрысковых» автомобилей сделан погружным — бензин проходит сквозь электродвигатель, исключая какое-либо искрение в нем и одновременно охлаждая прибор. Последнее очень важно, так как этот электродвигатель подобен сердцу — сколько работает мотор, столько и электробензонасос. Ни секунды передышки! Закончим же мы тему «искры» тем, что напомним: в баке взрывается не бензин, а смесь его паров с воздухом. И не всякая смесь, а только определенного состава! Слишком бедную или слишком богатую смесь искра не воспламеняет. Если бак герметичен, пары бензина в нем очень плотные (переобогащенная смесь). Кстати, в баке есть еще одно электрическое, а значит, потенциально «искрящее», устройство — указатель уровня бензина. Несмотря на это, все мы благополучно ездим.

К сожалению, отечественный автосервис пока недостаточно развит, чтобы обеспечить хорошую диагностику и регулировку систем впрыска. Обычно владельцу машины предлагают заменить узел или прибор целиком, хотя в 90% случаев они поддаются ремонту. Особенно это касается владельцев иномарок, часто принуждаемых выполнить «ремонт» таким образом.

В то же время в пособиях по ремонту и обслуживанию информация о приборах часто ограничивается лишь их названием, назначением и параметрами, которые должны контролироваться при ремонте и наладке. Так, бензонасос во многих зарубежных и отечественных изданиях графически обозначается прямоугольником с упоминанием его назначения в тексте. Более никакой информации! Вы не найдете ни описания, ни принципа работы насоса. Объясняется это просто — ни одна фирма не заинтересована в раскрытии особенностей своих приборов и устройств, дабы не потерять рынок сбыта и не нажить конкурентов.

В то же время эти сведения были бы весьма полезны тем, кто занимается регулировкой, наладкой и ремонтом при оценке состояния бензонасоса и принятии решения о его ремонте или замене. Посвятим читателей в некоторые из секретов, которые нам удалось раскрыть.

Напомним, что любой насос характеризуется прежде всего двумя основными параметрами — расходом и напором. Другие характеристики насоса — мощность, коэффициент полезного действия, частота вращения рабочего колеса.

Бензонасосы относятся к насосам с малыми подачами — 1 — 2 л/мин. В карбюраторных ДВС до настоящего времени применяются насосы диафрагменного типа. Напомним, что частота колебаний диафрагмы насоса определяется частотой вращения вала, кулачок которого приводит в движение насосную диафрагму. Бензонасосы подают гораздо больше топлива, чем необходимо двигателю. В зависимости от расхода топлива меняется и подача насоса. Изменение расхода сказывается на положении игольчатого клапана. Поэтому в бензопроводе «насос-карбюратор» создается противодавление: оно тем больше, чем меньше открыт игольчатый клапан. В этом случае диафрагма насоса поднимается вверх не на полный ход, а только частично, в зависимости от расхода топлива в данный момент. Поскольку задача диафрагменного насоса — только заполнить бензином поплавковую камеру карбюратора, то и его напор невелик из-за малого сопротивления на участке от насоса до карбюратора — примерно 0,25 кгс/см2.

Другое дело — система впрыска, где расходы сопоставимы с карбюраторными ДВС, но давление значительно выше — 3... 6,2 кгс/см2. Бензонасосы здесь приводятся во вращение от индивидуальных электродвигателей при постоянных числах оборотов.

Для каждой системы, включающей насос, рассчитывают рабочие значения расхода и напора — именно по ним подбирается нужный насос. Если система питания двигателя требует малой подачи и большого напора, центробежные насосы плохо подходят — в основном из-за малых размеров проточной части насоса, сложности выверки зазоров между колесом и корпусом. Поэтому применяют насосы других конструкций, например: вихревые, роторно-пластинчатые, ротационно-роликовые.

Итак, рассмотрим конструкцию и работу бензонасоса «Денсо» (Denso) вихревого типа автомобилей «Мицубиси». Многие специалисты СТОА (автолюбители тем более), глядя на него, признались, что тип его им неизвестен. Некоторые уверенно говорили: «Крыльчатка!», не понимая, что же конкретно они вкладывают в это определение.

Действительно, вихревые насосы относятся к группе лопастных. Как и центробежные, они работают, используя центробежные силы. Однако по конструктивному оформлению и некоторым другим признакам существенно отличаются от центробежных.

Рабочий орган вихревого насоса (рис. 1) — пластмассовое колесо 3 с лопатками 2, заключенное в цилиндрический корпус 4 с крышкой 1 с малыми торцевыми зазорами D (рис. 2). В боковых и периферийных стенках корпуса и крышки выполнен концентрический канал (б, в, д на рис. 2), соединенный с входным патрубком 10 и напорным отверстием 9. Пространство между входной и напорной полостями разделено перемычкой 12. Вращение колесу передается от вала 6 электродвигателя с помощью лыски. Концы вала двигателя вращаются в подшипниках скольжения 5. Для предотвращения осевого перемещения вала в крышке 1 установлен бронзовый подпятник 11. Вал поджат к подпятнику пружинами щеток торцевого коллекторного узла (на рисунке не показаны).

В корпусе двигателя с противоположной от насоса стороны расположен нагнетательный патрубок 8 с обратным клапаном (чтобы топливо не сливалось из системы впрыска при неработающем насосе). В корпусе есть также пружинный клапан 7, через который сбрасывается топливо в случае превышения допустимого давления в системе. При работе насоса, прежде чем попасть в напорный патрубок, бензин проходит через внутреннюю полость электродвигателя, охлаждая его.

Насос работает следующим образом. При всасывании жидкость перемещается вдоль лопаток рабочего колеса от периферии к центру, как показано на рис. 2. Попадая на лопатки и вращаясь вместе с ними, жидкость под действием центробежной силы выбрасывается в концентрический канал б между рабочим колесом и корпусом, где кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. Под действием повышенного давления жидкость перемещается в соседнее межлопастное пространство в внутрь колеса, затем опять отбрасывается центробежной силой в канал и т. д. Таким образом, частицы жидкости описывают вихреобразные спиральные траектории. За один оборот рабочего колеса одно и то же количество жидкости многократным действием центробежной силы отбрасывается от центра к периферии, в результате чего последовательно наращивается запас энергии жидкости.

Поэтому вихревые насосы создают напор, в четыре-девять раз превышающий напор центробежных насосов (при одинаковых размерах и равных окружных скоростях рабочих колес). Однако они имеют низкий КПД (30–45%), так как велики потери напора на вихреобразование. Поэтому данные насосы не нашли применения для больших мощностей (свыше 30–40 Вт).

Поскольку вихревые насосы обладают хорошей самовсасывающей способностью, они используются для перекачивания маловязких, легколетучих жидкостей — бензина, спирта, эфира и др. Однако совершенно не пригодны для перекачки жидкостей с абразивными включениями: последние вызывают износ насоса и, как следствие, падение расхода и напора. Поэтому на всасывающей линии бензонасоса необходим фильтр.

Вихревой насос существенно проще по конструкции и изготовлению, чем центробежный. Однако в нем, как и в других, возникают осевые и радиальные силы, которые необходимо уравновесить.

На рабочем колесе при одностороннем расположении лопаток возникает осевая сила. Если колесо не закрепить жестко в осевом направлении, то под действием этой силы оно прижмется к корпусу, что приведет к быстрому взаимному износу. Для его уменьшения можно осевую силу передать на подшипники вала насоса. Однако при этом очень сложно обеспечить торцевые зазоры между корпусом и колесом в несколько микрон.

В насосе «Денсо» для устранения осевой силы колесо выполнено двусторонним. При этом осевые силы действуют навстречу друг другу. Кроме того, для выравнивания давления в торцевых зазорах в колесе есть три разгрузочных отверстия г (см. рис. 2), симметрично расположенные по окружности относительно центра колеса. Однако полное равенство осевых сил на практике получить невозможно. Поэтому использован гидравлический способ их уравновешивания, основанный на автоматической установке колеса в среднем положении между торцевыми стенками корпуса и крышки. Соседние пазухи а, расположенные у ступицы колеса с обеих сторон, соединяются с проточным каналом б через торцевые зазоры D. Давление в каждой полости зависит от гидравлического сопротивления соответствующего торцевого зазора. Если колесо сместилось к одной из полостей, то давление в ней возрастает, а в другой пазухе снижается. На колесе при этом возникает сила, возвращающая его в исходное относительно корпуса и крышки положение.

При работе насоса давление в его канале б возрастает от всасывающего окна к напорному, отчего возникает радиальная сила, которая может вызвать перекос колеса и его заедание. Для снятия радиального усилия вокруг колеса выполнена кольцевая камера д. При достаточной площади сечения камеры давление вокруг колеса выравнивается и радиальное усилие исчезает.

Наиболее характерные поломки вихревого бензонасоса — выход из строя щеточного коллекторного узла и износ торцевых поверхностей рабочего колеса, что, как было отмечено, приводит к существенному падению напора и расхода.

Рис. 1. Бензонасос вихревого типа: 1 — крышка; 2 — лопатка; 3 — рабочее колесо; 4 — корпус; 5 — подшипник скольжения; 6 — вал электродвигателя; 7 — клапан «сброса»; 8 — нагнетательный патрубок; 9 — напорное отверстие;

10 — входной патрубок; 11 — подпятник; 12 — перемычка.

Рис. 2. Схема работы двустороннего колеса вихревого насоса: а — пазухи; D — зазоры между колесом и корпусом (крышкой); б, д — концентрические каналы; в — межлопастное пространство; г — разгрузочные отверстия.

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Комментарии