Рис. 2.1. Структурная схема функциональных элементов подачи топлива и воздуха: 1 - термическое временное реле; 2 - датчик температуры двигателя; 3 -прерыватель-распределитель системы зажигания; 4 - датчик положения дроссельной заслонки; 5 - расходомер воздуха; 6 - блок управления; 7 - ЭМФ; 8 - главное реле; 9 - регулятор подачи дополнительного воздуха; 10 - пусковая форсунка; 11 - аккумуляторная батарея; 12 - выключатель зажигания; 13 - электрический бензиновый насос
Устройство управления включает в себя электронный блок 6, главное реле 8, электрический бензиновый насос 13, выключатель зажигания 12 и аккумуляторную батарею 11. Устройство выходных сигналов содержит ЭМФ 7, клапан дополнительного воздуха 9 и пусковую форсунку 10.
Величина дозирования топлива вычисляется ЭБУ 6 в зависимости от массы всасываемого воздуха, температуры двигателя и режима его работы. При включенном выключателе зажигания 12 ЭБН 13, регулятор дополнительного воздуха 9 и термическое временное реле 1 через главное реле 8 получают электрический импульс. Пусковая форсунка 10 обеспечивает подачу топлива в ВТ. Одновременно с этим по сигналам расходомера 5 и датчика прерывателя-распределителя зажигания 3 формируется базовый сигнал расхода топлива. При включении выключателя зажигания электрический ток течет от аккумулятора к выключателю зажигания и реле, подающему напряжение в ЭБУ.
Топливный бак предназначен для хранения бензина и отличатся увеличенным проходным отверстием для размещения электрического топливного насоса, а также наличием дополнительных внутренних перегородок для предотвращения перемещения бензина от топливного заборника при небольшом его уровне в топливном баке.
Заправочная горловина топливного бака снабжена лепестковым клапаном, обеспечивающим снижение объема испарений бензина при заправке автомобиля. ЭБН расположен в баке и конструктивно объединен с трубопроводом обратного слива.
Распределительный топливный трубопровод (рампа) предназначен для накопления топлива, впрыскиваемого за рабочий цикл двигателя и устраняющего его колебания. Форсунки находятся под одинаковым давлением топлива. Трубопровод обеспечивает простой монтаж форсунок и подачу топлива к отдельным ЭМФ (рис. 2.2). Рампа форсунок представляет собой полую планку, на которую устанавливают форсунки 2, регулятор 9 давления топлива и штуцер для контроля давления топлива. Распределительный трубопровод дополнительно выполняет функции накопителя топлива. Его объем достаточен для накопления топлива, впрыскиваемого за рабочий цикл двигателя и исключающего колебания давления топлива. Соединенные с распределительным трубопроводом ЭМФ 2 находятся под одинаковым давлением.
Рис. 2.2. Топливный трубопровод: 1 - впускной трубопровод двигателя; 2 - форсунка; 3 - технологический прилив; 4 - штуцер; 5 - шестигранник; 6 - корпус; 7 - болт крепления; 8 - вакуумный трубопровод; 9 - регулятор давления топлива; 10 - штуцер трубопровода возврата топлива; 11 - центральный топливный канал; 12 - блок двигателя; 13 - канал подвода топлива к форсункам
Трубопровод содержит корпус 6 с технологическими приливами 3, центральный топливный канал 11 с входным и выходным участками, штуцер 4 подачи топлива с шестигранником 5, сообщенным с входным участком и ЭБУ. На торце трубопровода установлен регулятор 9 давления топлива, представляющий собой мембранное устройство, обеспечивающее постоянный перепад давления величиной 0,3 МПа. Регулятор 9 давления топлива подключен к выходному участку канала 11 и сообщен через резиновый вакуумный шланг 8 с воздушным ресивером, а через штуцер 10 - с топливным баком.
На рампе установлены четыре ЭМФ 2, соединенные между собой параллельно и сообщенные через топливный канал 13 с центральным каналом 11. Излишки топлива через штуцер 10 и сливной трубопровод отводятся в топливный бак.
Форсунки закреплены с помощью пружинных фиксаторов. Герметичность верхнего и нижнего концов ЭМФ обеспечивают с помощью уплотнительных колец, которые при ремонте двигателя всегда необходимо заменять новыми.
Топливный трубопровод выполнен из алюминиевого сплава и закреплен на двигателе 12 с помощью двух болтов 7. Распределительный трубопровод обеспечивает простоту монтажа и обслуживания ЭМФ. Его изготавливают из алюминия или композитного материала.
Топливный фильтр тонкой очистки топлива предназначен для очистки топлива от механических примесей крупнее 25-30 мкм и дня защиты ЭМФ от загрязнения.
Неразборный фильтр имеет металлический герметичный корпус и бумажную фильтрующую штору, которая может быть уложена в виде многолучевой звезды или спирали. Эти фильтры рассчитаны на большое давление и к ним предъявляются повышенные требования по тонкости отсева частиц и грязи, так как форсунки более чувствительны к загрязненности топлива.
Фильтр тонкой очистки топлива (рис. 2.3) содержит металлический корпус 4, переднюю 2 и заднюю 8 крышки, сообщенные соответственно с входным 1 и выходным 9 штуцерами. Фильтрующий бумажный элемент 5 размещен в опорном корпусе на стержне 3. Топливный фильтр на выходе имеет фильтрующую сетку 6, предотвращающую попадание посторонних частиц в топливную магистраль. За фильтрующей сеткой 6 находится спорная пластина 7.
Рис. 2.3. Топливный фильтр: 1 - входной штуцер; 2 - передняя крышка; 3 - опорный стержень; 4 - корпус; 5 - фильтрующий элемент; 6 - сетка; 7 - опорная пластина; 8 - задняя крышка; 9 - выходной штуцер
Топливный фильтр встроен в магистраль подачи топлива между ЭБН и рампой форсунок. По габаритам он в 3 раза больше Фильтра карбюраторных двигателей. Во время его монтажа следует обратить особое внимание на стрелку, выполненную на его корпусе. Такое обозначение обеспечивает правильную установку топливного фильтра, указывающую направление потока топлива.
Фильтрующий элемент выполнен из пористой бумаги, обеспечивающей задержку частиц свыше 10 мкм. Сетка 6 задерживает различные кусочки бумаги, оторвавшиеся в процессе эксплуатации от фильтрующего элемента. Опорная пластина 7 фиксирует фильтрующую сетку 6 в корпусе.
Фильтр может быть установлен под кузовом автомобиля перед ЭБН, в подкапотном пространстве или внутри бака. Срок эксплуатации составляет не более 30 тыс. км. Система впрыскивания чувствительна к загрязнению топлива. Состояние топливного фильтра имеет важное значение, поэтому его необходимо регулярно заменять.
Фильтр грубой очистки топлива автомобилей предназначен для очистки бензина от механических примесей крупнее 160 мкм.
Демпфер колебаний топлива предназначен для устранения демпфирующих колебаний, возникающих при открытии и закрытии клапанов форсунок. Демпфер представляет емкость для хранения топлива, обеспечивающую выравнивание давления топлива для всех ЭМФ.
Прямоточный демпфер (рис. 2.4, а) содержит корпус 2 и крышку 8, разделенную мембраной 4 с образованием демпфирующей камеры 6 и рабочей полости 9. Тарированная пружина 3 размещена между жестким центром 5 и опорной шайбой 10. Усилие пружины регулируют с помощью винта 1.
Рис. 2.4. Демпфер колебаний: а - прямоточный демпфер: 1 - регулировочный винт; 2 - корпус; 3 - пружина; 4 - мембрана; 5 - жесткий центр; 6 - демпфирующая камера; 7 - шпилька крепления; 8 - крышка; 9 - рабочая полость; 10 - опорная шайба; б - с дополнительным каналом: 1 - штуцер; 2 - уплотнитель 3 - корпус; 4 - демпфирующая полость; 5 - крышка; 6 - рабочая полость; 7 - тарированная пружина; 8 - жесткий центр; 9 - мембрана; 10 - впускной канал; 11 -струя входа топлива; 12 - выходной канал; 13 - струя выхода топлива
При подаче топлива возникают пульсации из-за изменения давления при открытии и закрытии форсунок впрыскивания, форсунки холодного впуска или регулятора давления топлива. Демпфер уменьшает колебания в нагнетательном или сливном трубопроводе и предотвращает пульсации в системе подачи топлива, его устанавливают на шпильке 7 впускного трубопровода двигателя.
Демпфер колебаний топлива с дополнительным каналом (рис. 2.4, б) состоит из металлического корпуса 3 и крышки 5, разделенных с помощью мембраны 9 на рабочую 6 и демпфирующую 4 полости, и мембрану 9 с жестким центром 8. Мембрана 9 через жесткий центр 8 разгружает демпфирующую полость 4, сообщенную при помощи канала 12 с топливной магистралью. Упругая мембрана 9 ослабляет ритмические колебания топлива, подаваемого топливным насосом.
Топливный аккумулятор (рис. 2.5) поддерживает постоянное давление в системе подачи топлива после выключения двигателя и предназначен для облегчения последующего его запуска и особенно при прогретом состоянии двигателя.
Рис. 2.5. Аккумулятор топлива: а - наполнение аккумулятора; б - расход топлива; 1 - перепускное отверстие; 2 - нижняя полость; 3 - резиновая мембрана; 4 - пружина; 5 - корпус; 6 - балансировочный штуцер; 7 - верхняя полость; 8 - упор; 9 - верхняя мембрана; 10 - нижняя мембрана; 11 - крышка; 12 - топливный штуцер; 13 - полость переменного объема
Корпус 5 аккумулятора с помощью подвижной мембраны 9 разделен на верхнюю 7 и нижнюю 2 полости. Верхняя полость 7, предназначенная для компенсации объема, содержит тарированную пружину 4 и соединена через балансировочный штуцер 6 с атмосферой. Нижняя полость 2 содержит полость 13 переменного объема, образованную резиновой мембраной 3 и нижней мембраной 10, снабженной перепускным отверстием 1. Нижняя полость 2 и полость 13 переменного объема образуют емкость аккумулятора. Полость переменного объема 13 через перепускное отверстие 1 заполняется сжатым топливом. При работающем двигателе резиновая диафрагма 3 перемещается до соприкосновения с нижней мембраной 10.
При штатной работе полость 2 заполняется топливом, а диафрагма выгибается в обратном направлении, преодолевая усилие пружины 4. Топливо сохраняется в аккумуляторе под давлением после выключения двигателя до тех пор, пока ЭБН не создал необходимую величину давления в системе питания.
После выключения двигателя топливный аккумулятор обеспечивает запас величины давления в топливной системе, облегчающий повторный запуск двигателя, особенно при прогретом состоянии и предотвращает образование паровых пробок. Наличие в системе питания аккумулятора гарантирует создание начального давления при пуске. Конструкция корпуса аккумулятора обеспечивает уменьшение интенсивности звука ЭБН при работающем двигателе. Топливные аккумуляторы применяют в системах «К-Jetronic» и «КЕ-Jetronic».
Регулятор давления (РД). Регулятор давления топлива предназначен для поддержания постоянного перепада давлений между давлениями воздуха в ВТ и топлива. Он представляет собой мембранный предохранительный клапан. На диафрагму регулятора с одной стороны действует давление топлива, а с другой - давление пружины регулятора и давление (разрежение) в ВТ.
Регулятор давления топлива (рис. 2.6) размещен в конце топливной магистрали и состоит из металлического корпуса 11 и крышки со штуцером 6, разделенного на две части с помощью фланцевой мембраны 9 на вакуумную 5 и топливную 2 камеры. Пружина 7 воздействует на жесткий центр 4 мембраны 9. Держатель клапана 8 включает шариковый клапан с пружиной. Он поддерживает постоянный перепад давлений между давлением топлива и давлением в ВТ.
Рис. 2.6. Регулятор давления в топливной магистрали: 1 - струя входа топлива; 2 - топливная камера; 3 - уплотнитель; 4 - жесткий центр; 5 - вакуумная камера; 6 - вакуумный штуцер; 7 - пружина; 8 - клапан; 9 -мембрана; 10 - клапан; 11 - корпус; 12 - сливной канал; 13 - уплотнитель; 14 - штуцер; 15 - струя выхода топлива
При достижении необходимой величины давления клапан 10 открывает канал 12 сливного трубопровода и излишки топлива возвращаются в бак. Вакуумная камера 5 сообщена через штуцер 6 с задроссельным пространством ВТ. Величина давления на всех форсунках одинакова для любого положения дроссельной заслонки.
Регулятор давления топлива автомобилей семейства ГАЗ (рис. 2.7) предназначен для поддержания постоянного давления в рампе в зависимости от нагрузки и режима работы двигателя. Он представляет собой мембранный предохранительный клапан. На двигателях ЗМЗ-4062.10 установлен регулятор РР 60.00.000 «Пегас» или 0280160258 фирмы Bosch.
Рис. 2.7. Регулятор давления топлива автомобилей семейства ГАЗ: а - нагнетание топлива; б - возврат топлива; 1 - штуцер возврата топлива; 2 - корпус; 3 - уплотнительное кольцо; 4 - входной штуцер; 5 - седло; 6 - упор; 7 - пружина; 8 - крышка; 9 - вакуумная полость: 10 - штуцер для подключения пневматического шланга; 11 - тарелка; 12 - мембрана; 13 - жесткий центр; 14 - топливная полость; 15 - дозирующий зазор
Регулятор состоит из металлического корпуса с пружиной, диафрагмой, к которой прикреплен клапан. Регулятор давления поддерживает постоянный перепад давления (по отношению к давлению в ВТ) на форсунках. При увеличении нагрузки на двигатель (при росте давления в ВТ) регулятор увеличивает давления топлива в топливной рампе, а при уменьшении нагрузки - уменьшает. При снижении давления в топливной рампе пружина регулятора давления прижимает диафрагму и клапан к седлу клапана, в результате чего слив топлива в бак прекращается и создаются условия для увеличения давления на входе. Когда давление топлива превысит усилие пружины регулятора давления, клапан открывается для сброса избытка топлива в линию слива. При включенном зажигании, неработающем двигателе и работающем ЭБН регулятор поддерживает давление в топливной рампе в пределах от 280 до 320 кПа.
РД совместно с ЭБН обеспечивает рабочее избыточное давление топлива у распылителя ЭМФ, равное 0,3 МПа независимо от величины разрежения в ВТ. Он компенсирует изменение нагрузки двигателя и обеспечивает возврат топлива по сливной магистрали в бак. При перепаде давления в топливном трубопроводе и ресивере, равном 0,3 МПа или менее, клапан перекрывает канал штуцера 1 и предотвращает обратный слив бензина в бак. Герметичность соединения топливной полости 14 и трубопровода обеспечивают с помощью резинового кольца 3.
Регулятор содержит корпус 2 и крышку 8 с размещенной между ними гибкой мембраной 12, образующей топливную 14 и вакуумную 9 полости. Топливная полость сообщена через штуцер 4 с топливным трубопроводом и через штуцер 1 обратного слива с топливным баком. Клапан перепада давления выполнен в виде седла 5 и подвижного жесткого центра 13, нагруженного тарельчатой пружиной 7 и размещенного с образованием дозирующего зазора 15. Вакуумная полость 9 содержит упор 6 пружины 7, размещенной на тарелке 11 жесткого центра, и сообщена через штуцер 10 и резиновую трубку с воздушным ресивером.
РД расположен на рампе форсунок и для своей работы использует разрежение в ресивере. Регулятор поддерживает постоянное давление топлива на ЭМФ в пределах 0,23-0,32 МПа в зависимости от режима работы двигателя. Излишки топлива возвращаются в бак.
Бензиновый насос подает большее количество топлива, необходимого для нормальной работы двигателя. Давление в системе топливоподачи поддерживается усилием пружины, воздействующей на мембрану регулятора. Если ЭБН подает топлива меньше, то его давление на мембрану ослабевает. Усилие пружины обеспечивает перемещение клапана, кинематически связанного с мембраной. В новом положении сливное отверстие перекрывается на большую величину и уменьшает зазор. Возврат топлива уменьшается и давление возрастает до номинального. Если ЭБН подает большее количество топлива, то мембрана прогибается сильнее и расход топлива на слив увеличивается. Давление в системе уменьшается до номинального.
На диафрагму регулятора с одной стороны воздействует величина давления топлива, а с другой - давление (разрежение) в ВТ.
После отключения ЭБН давление топлива уменьшается до тех пор, пока плоский клапан не перекроет линию слива топлива в бензиновый бак. В бензиновой системе сохраняется остаточное давление, которое ниже давления открытия бензиновых ЭМФ. При последующем запуске ЭБН диафрагма сжимает пружину и плоский клапан открывает линию слива до тех пор, пока он не прижмется к упору с помощью малой пружины. При таком положении клапан открывается, так как давление продолжает увеличиваться, и направляет излишки топлива непосредственно в линию слива бензинового бака. Для обеспечения безопасности полость диафрагмы соединяют при помощи патрубка с системой впуска.
При повышении давления в системе питания свыше определенного значения диафрагма поднимается и открывает выпускной клапан, через который топливо возвращается в топливный бак. Разрежение от ВТ на другой стороне диафрагмы также воздействует на пружину, изменяя давление, при котором будет открыт выпускной клапан.
Регулятор давления топлива автомобилей семейства ВАЗ (рис. 2.8) состоит из металлического корпуса 1, разделенного на две полости мембраной 15 с жестким центром 6, нагруженной пружиной 8. Он установлен на рампе ЭМФ. На работающем двигателе регулятор поддерживает давление в рампе ЭМФ в пределах 284-325 кПа. Если давление топлива превысит установленную величину, то открывается клапан 16 и излишки топлива через канал седла 5 возвращаются в бензиновый бак.
Рис. 2.8. Регулятор давления топлива автомобилей семейства «Лада Самара»: 1 - корпус; 2, 3, 18 - уплотнение; 4 -штуцер; 5 - седло; 6 - жесткий центр; 7 - крышка; 8 - пружина; 9 - отверстие; 10 - штуцер; 11 - ограничительная шайба; 12 - шток; 13 - полость; 14 - опорная шайба; 15 - мембрана; 16 - клапан; 17 - подмембранная полость
Топливный трубопровод соединяет ВТ двигателя с вакуумной полостью 73, снабженной пружиной. Такая конструкция обеспечивает постоянный перепад между абсолютным давлением в ВТ и давлением топлива в трубопроводе. Количество подаваемого топлива не зависит от абсолютного его давления.
На мембрану 15 регулятора с одной стороны действует давление топлива, а с другой - давление (разрежение) со стороны ВТ. При уменьшении давления в ВТ (дроссельная заслонка закрыта) клапан 16 регулятора, расположенный на седле 5, открывается при меньшем давлении топлива, перепуская избыточное топливо по сливной магистрали обратно в бак. Давление топлива в рампе снижается. При увеличении давления в ВТ путем открытия дроссельной заслонки клапан регулятора открывается уже при большем давлении. Давление топлива в рампе повышается.
Топливо к регулятору поступает через штуцер 4 (слева), а через выходной штуцер - в магистраль слива. Герметичность соединений обеспечивают уплотнителями 18, 2 и 3. В полости 13 крышки 7 между ограничительной 11 и опорной 14 шайбами размещена на штоке 12 пружина 8. Подмембранная полость 17 сообщена с бензиновым баком, а надмембранная полость через выходное отверстие 9 и размещенный в ограничительной шайбе 11 штуцер 10 - с ВТ. В нижней части он подключается через трубопровод для слива бензина в бак. Если при пуске двигателя ЭБН издает давление, то мембрана регулятора прогибается вниз. Вместе с мембраной опускается вниз и уплотнитель клапана 16, поскольку он поджат сверху пружиной. Через небольшой промежуток времени корпус клапана упирается в жесткий ограничитель и процесс регулирования возобновляется. Топливо, поступающее из распределителя, складывается из потока через датчик и количества топлива, проходящего через регулирующую щель, и может сливаться обратно в бензиновый бак через открытый клапан. При остановке двигателя ЭБН выключается. Давление в топливной магистрали снижается.
Регулятор давления размещен на рампе форсунок и поддерживает постоянный перепад давления между ВТ и нагнетающей магистралью рампы. Гибкие шланги топливоподачи нуждаются в постоянном контроле за их состоянием во избежание их повреждения.
Электрический бензиновый насос обеспечивает подачу топлива под давлением 280-320 кПа из топливного бака через магистральный топливный фильтр на рампу форсунок. ЭБН по месту расположения выполняют погруженным в бензиновый бак или подвесным. Погруженные ЭБН размещены в бензобаке или встроены в топливный заборник. Подвесные насосы выполнены в герметичном исполнении и размещены вне топливного бака. Подвесной насос крепят под кузовом или в нижней части моторного отсека, обеспечивая поступление топлива самотеком.
В современных системах впрыскивания используют только ЭБН, производительность которого в несколько раз превышает потребность двигателя в топливе. Бензонасос, установленный в топливном баке, создает давление до 0,8 МПа. Его производительность свыше 80 л/ч. Нарушения в работе связаны с загрязнением, наличием воды и отсутствием топлива в баке. При отказе ЭБН двигатель не запускается.
Избыток топлива сверх регулируемого давления возвращается в бензобак по отдельной линии слива. ЭБН включается ЭБУ с помощью вспомогательного реле. При установке выключателя зажигания в положение «Зажигание» или «Стартер» после пребывания в положении «Выключено», ЭБУ сразу запитывает реле включения бензонасоса. В результате создается нужное давление топлива. Если в течение 3 с прокрутка двигателя не начинается, ЭБУ выключает реле и ожидает начало прокрутки. После ее начала ЭБУ определяет вращение по опорному сигналу ДПКВ и вновь включает реле.
Принципиальные схемы нагнетательного узла (насосная секция) современных ЭБН приведена на рис. 2.9. Насосная секция может быть вихревого или роторного типа. Роторные насосы подразделяются на роликовые, шестереночные или пластинчатые.
В корпусе роликового насоса (см. рис. 2.9, а) размещен роликовый нагнетательный узел, содержащий дисковый ротор 1, размещенный эксцентрично на валу 8 и снабженный пазами 5 с подвижными цилиндрическими роликами 2, всасывающую 4 и нагнетательную 6 полости, впускной 3 и выпускной 7 каналы и статор 9, закрытый крышкой 10.
Рис. 2.9. Принципиальные схемы нагнетательного узла современных электрических насосов: а - роликовый; б - шестереночный; в - турбинный одноканальный; г - турбинный двухканальный с боковыми клапанами; 1 - дисковый ротор; 2 - ролик; 3 - впускной канал; 4 - всасывающая полость; 5 - паз; 6 - нагнетательная полость; 7 - выпускной канал; 8 - вал; 9 - статор; 10 - крышка; 11 - наклонные лопатки; 12 - основная ступень; 13 - предварительная ступень
Принцип работы ЭБН объемного типа основан на изменении объемов всасывающей 4 и нагнетательной 6 полостей. При работе ЭБН каждая секция за счет эксцентриситета периодически изменяет свой объем, увеличивая его при прохождении зоны подачи топлива. При вращении эксцентрично расположенного дискового ротора 1 по мере движения ролика 2 по часовой стрелке происходят увеличение объема всасывающей полости 4 и создание в ней разрежения, под действием которого она заполняется через входной канал 3. В нагнетательной полости 6 происходит уменьшение объема и увеличение в ней давления. Из полости 6 топливо поступает в выпускной канал 7 ЭБН.
Ролики стремятся наружу под воздействием центробежной силы, выполняющей роль вращающейся пластины. Топливо поступает в пустые камеры, сжимается, а затем подается под давлением в трубки системы питания.
Роликовые насосы обеспечивают высокую производительность и необходимую величину давления 0,4 МПа. Однако периодически повторяющееся изменение (пульсация) давления вызывает повышенный шум и вибрацию. При перекачивании нагретого топлива ЭБН может подавать испаренное топливо, приводящее к снижению его производительности. Роликовые насосы способны развивать максимальное давление до 0,6-1,0 МПа.
Насосная секция шестереночного насоса (см. рис. 2.9, б) содержит роликовый диск (малую ведущую шестерню) 1, размещенный на валу 8 и снабженный впускным каналом 3, всасывающей полостью 4, нагнетательной полостью 6 и выпускным каналом 7. Малая ведущая шестерня центрируется валом ротора электродвигателя, а вращение от ротора к шестерне передается через муфту.
Шестереночный насос работает аналогично масляному и развивает давление 0,4 МПа. Такие насосы нашли применение в системах распределенного впрыскивания. Бензин транспортируется во впадинах между зубьями шестерен и выдавливается в выпускной канал 7 во время нахождения зубьев в зацеплении.
Насосная секция вихревого (турбинного) одноканального насоса (см. рис. 2.9, в) содержит: корпус, дисковый ротор 7, переднюю крышку с впускным каналом 3, сообщенным со всасывающей полостью 4, наклонные лопатки 7 7, образующие крыльчатку, расположенную вдоль пути перемещения топлива, и основную 72 и нагнетательную 13 полости. Максимальное давление, развиваемое наклонными лопатками, не превышает 0,4 МПа.
Вихревой насос многократно закручивает бензин, который действием центробежный силы устремляется в нагнетающую магистраль с необходимым повышением давления. Работа таких насосов сопровождается стабильным потоком и практически происходит без пульсаций давления, бесшумно, поэтому они часто используются в качестве насоса (или первой его ступени) систем распределенного впрыскивания.
При воздействии на жидкость лопаток крыльчатки насоса происходит вращение жидкости по спиральной траектории в зоне лопаток и канала. Топливный насос обеспечивает получение повышенного давления по всей длине канала.
Конструкция турбинного насоса проще по сравнению с вытеснительным насосом. Одноступенчатые насосы позволяют получать давление 0,3-0,6 МПа. КПД серийных ЭБН составляет 10-15%.
Для защиты насоса от попадания в него паровых пробок в конструкцию некоторых ЭБН вводят дополнительные стаканы, удерживающие в своем объеме небольшое количество бензина. Стакан через небольшое отверстие сообщен с баком, а также постоянно пополняется топливом из обратного бензопровода. Даже при резких маневрах и малом количестве топлива воздух в насос не попадает.
Двухступенчатый ЭБН (см. рис. 2.9, г) оснащен предварительной ступенью 13, снабженной боковым каналом 3 ввода топлива, и основной ступенью 12 с каналом вывода топлива 7. На поверхности предварительной ступени на каждой стороне кольца крыльчатки выполнены боковые каналы. Один канал размещен в крышке насоса, а другой - в корпусе насоса. Топливо ускоряется лопастями вращающейся крыльчатки и преобразует энергию вращения в давление топлива в двух боковых каналах, на концах которых топливо затем передается к основной ступени. Насосная секция вихревого (турбинного) двухканального насоса содержит роторный диск с основной 12 и предварительной 13 ступенями, сообщенными между собой и снабженными наклонными лопатками 11, и соответственно впускной 3 и выпускной 7 каналы, сообщенные во всасывающей 4 и нагнетательной полостями. В канале перетекания между предварительной и основной ступенями предусмотрено вентиляционное отверстие для дегазации. Через него избыточное топливо вместе с пузырьками пара возвращается в топливный бак.
В пластмассовом корпусе установлен постоянный магнит, якорь которого имеет торцевой коллектор с прижатыми щетками. Якорь через пластмассовую муфту соединен с ротором насоса. В корпус насоса встроены обратный и перепускной клапаны. Обратный клапан предотвращает слив топлива в бак из напорной магистрали после остановки двигателя. Перепускной клапан ограничивает давление топлива в системе.
Подобная конструкция ЭБН обычно устанавливается на системе «Mono-Jetronic» и обеспечивает низкое давление в системе. Он представляет собой насос лопаточного типа. Насос с боковым каналом используется как предварительная ступень, а периферийный насос - как основная ступень. Обе ступени встроены в одно колесо с крыльчаткой.
Основная ступень представляет собой кольцо с лопастями, электродвигатель вращает ротор. Ролики прижимаются к статору за счет центробежной силы. Напротив отверстия подвода топлива объем полости между двумя соседними роликами уменьшается, создавая такт нагнетания. Возможность взрыва топлива в ЭБН отсутствует, так как внутренний объем насоса полностью заполнен топливом. После выработки топлива двигатель останавливается, включая попадание в топливный насос воздуха в количестве, достаточном для образования взрывоопасной смеси.
Основная и предварительная ступени работают одинаково. Насос имеет хорошие характеристики по производительности и бесшумности работы. Подача топлива не зависит от пульсации топлива.
Расчет подачи электрического бензинового насоса производится по максимальному расходу топлива двигателем:
где К - коэффициент запаса подачи топлива, равный 1,3; i - число цилиндров двигателя; Qц max - максимальная цикловая подача при максимальной частоте вращения КВ; τmax - длительность импульса при максимальной цикловой подаче; Tmin - минимальный период следования цикловых подач; nmax - максимальная частота вращения КВ двигателя; ΔQэт - минимальный расход топлива через регулятор давления топлива.
Для поддержания устойчивого давления в системе, а также компенсации снижения подачи топлива из-за износа ЭБН запас топлива, необходимый для нормальной работы регулятора давления топлива, должен составлять 20-40 л/ч.
Автомобили семейства «Волга» ГАЗ-3110 оснащены роликовым насосом фирм Bosch, Pirburg и отечественного производства Старооскольского и Тюменского автоагрегатных заводов. Конструктивно они выполнены полностью взаимозаменяемыми. Различие ЭБН связано в основном с техническим их исполнением.
Общий вид топливного насоса автомобилей семейства ГАЗ приведен на рис. 2.10. Топливный насос представляет собой шиберный насос с рабочими органами в виде роликов. Электродвигатель и насос в целом размещены в общем корпусе и постоянно охлаждаются топливом. Крышка на выходной стороне насоса содержит электрические соединения, обратный клапан и гидравлические соединения.
Рис. 2.10. Топливный насос автомобилей семейства ГАЗ: 1, 15 - заглушка; 2 - канал предохранительного клапана; 3 - пружина; 4 - корпус; 5 - основание; 6 - предохранительный клапан; 7 - якорь электродвигателя; 8 - коллектор; 9 - шпилька; 10 - крышка; 11, 19 - шайба; 12, 18 - гайка; 13 - обратный клапан; 14 - выходная полость; 16 - пружина; 17 - выходной канал; 20 - постоянный магнит; 21 - опора; 22 - выходной канал; 23 - ролик; 24 - распорная втулка; 25 - полость; 26 - шайба; 27 - канал; 28 - штуцер
ЭБН снабжен предохранительным клапаном 6, предотвращающим чрезмерное повышение давления. Клапан срабатывает при давлении свыше 50 кПа и перепускает топливо в бак. Он срабатывает в случае заклинивания редукционного клапана или засорения топливной магистрали.
Для обеспечения надежного пуска после остановки двигателя в условиях высоких температур окружающей среды на выходе из насоса устанавливают обратный клапан 13, который исключает необходимость прокачки всего контура, а также слив бензина из магистрали и образование паровых пробок после выключения ЭБН. Если давление больше 0,4 МПа, то клапан обеспечивает возврат топлива в камеру. Бензин прокачивается ЭБН через электродвигатель и охлаждает его.
Вал якоря электродвигателя соединен с ротором через пластмассовую муфту, чтобы в случае заклинивания ротора электродвигатель не нагревался за счет разрушения муфты. Он приводится в действие постоянно работающим электродвигателем. На поверхности эксцентрично расположенного в корпусе насоса ротора находятся металлические ролики, которые под действием центробежной силы прижимаются к корпусу насоса. В образовавшиеся полости между роликами поступает топливо, которое омывает электрический двигатель и опасность взрыва отсутствует. Насос подает топлива больше, чем необходимо для нормальной работы. Слив необходим для охлаждения элементов системы и удаления возможных отложений.
При вращении электродвигателя бензин через входной штуцер 28, входную топливную полость 25 и впускное отверстие основания 5 поступает в сегментное пространство переменного объема, образуемое за счет эксцентриситета между внутренней поверхностью основания и дисковым ротором. При вращении электродвигателя между основанием и дисковым ротором образуется нагнетательная полость переменного объема.
При вращении электродвигателя топливо переносится роликами в периодически образующееся узкое пространство (полость) и через выходные каналы поступает в выходную полость, а затем через топливные отверстия, выполненные соответственно в стопорной пластине и опорной стенке, поступает в выходную топливную камеру.
Электрический насос, установленный на автомобилях семейства «Волга» ГАЗ-3110 (рис. 2.11), представляет собой неразборную конструкцию роликового типа с электродвигателем постоянного тока. Электрический бензиновый насос представляет собой шиберный насос с рабочими органами, выполненными в виде цилиндрических роликов 24. Характерной особенностью ЭБН является наличие предохранительного 7 и обратного 15 клапанов.
Рис. 2.11. Электрический бензиновый насос автомобилей семейства ГАЗ: а - продольный разрез; б - нагнетательный узел; в - электрическая схема; 1, 17 - входной и выходной штуцер; 2, 3 - стопорное и уплотнительное кольца; 4 - выходной канал обратного клапана; 5 - основание; 6 - статор; 7, 15 - предохранительный и обратный клапан; 8 - крышка нагнетательного узла; 9 - выходной канал нагнетательного узла; 10 - распорная втулка; 11 - постоянный магнит; 12 - якорь электродвигателя; 13 - корпус; 14 - коллектор электродвигателя; 16 - пружина; 18 - вал электродвигателя; 19 - фильтр радиопомех; 20 - щетка электродвигателя; 21 - обмотка якоря электродвигателя; 22 - соединительная муфта; 23 - вал; 24 - ролик; 25 -нагнетательная полость; 26 - дисковый ротор
Обратный клапан предотвращает уменьшение давления в магистрали при неработающем двигателе и выключенном насосе, а также слив топлива в бак. Предохранительный клапан ограничивает величину давления в зоне нагнетания при превышении его максимального значения, соединяя полости до и после насосной секции. Сетчатый фильтр предназначен для дополнительной очистки бензина и снижения износа деталей.
ЭБН содержит цилиндрический корпус 13, насосную секцию и электродвигатель, размещенные в одном корпусе, переднюю и заднюю крышки с входным 1 и выходным 17 штуцером, основание 5, статор 6, крышку 8 насоса, якорь 12 электродвигателя с обмоткой 21 и электрическим коллектором 14, шариковые обратный 15 и предохранительный 7 клапаны.
Электродвигатель 12 снабжен электрическим коллектором 14 с щетками 20 и постоянными магнитами 11, закрепленными на корпусе 13. Электродвигатель 12 работает с возбуждением от постоянных магнитов. Ротор вращается в подшипниках скольжения и соединен с насосной секцией при помощи муфты 22.
Насосная секция снабжена предохранительным клапаном 7. Обратный клапан 15 расположен в выходном штуцере и препятствует сливу топлива из системы после выключения ЭБН. Корпус 13 ЭБН снабжен стопорным 2 и уплотнительным 3 кольцами. Нагнетательный узел содержит статор 6 с размещенным в нем предохранительным клапаном 7, прямоугольные вырезы, размещенные по контуру дискового ротора 26 и снабженные цилиндрическими роликами 24, и соединительную муфту 22. Основание 5 укомплектовано входным 25 и выходным 4 каналами предохранительного клапана 7, а также неподвижным валом 23, размещенным в соединительной муфте 22. Дисковый ротор 26 размещен в статоре 6 с образованием нагнетательной полости 25.
Металлические ролики 24 под действием центробежных сил перекатываются по эксцентричной нагнетательной полости 25. Цилиндрические ролики 24 уплотняют зазор между дисковым ротором 26 и статором 6 насоса и обеспечивают подачу топлива в нагнетательную полость 25.
Топливо поступает во внутреннюю полость насоса через входной штуцер 1. В рабочей камере насоса на валу эксцентрично вращается дисковый ротор, в пазах которого находятся ролики 24. Захваченное цилиндрическими роликами 24 топливо под давлением выходит через выходной штуцер 17 насоса. Якорь 12 электродвигателя вращается в топливе, что исключает необходимость размещения уплотнений опор вала.
Якорь 12 электродвигателя снабжен коллектором 14 с графитной щеткой 20 и имеет электрический контакт. Он вращается в топливе, что исключает необходимость уплотнений опор вала 23. Щетки 20 коллектора 14 расположены вдоль оси якоря 12 электродвигателя.
Якорь 12 электродвигателя охлаждается топливом при останове двигателя и выключенном зажигании. Топливо поступает в пустые прямоугольные вырезы и сжимается под действием роликов. Обратный клапан 15 предотвращает сток топлива в бензиновый бак из нагнетательной полости при выключении двигателя. Когда давление превышает 0,3 МПа, предохранительный клапан 7 обеспечивает рециркуляцию топлива во всасывающую полость.
Предотвращение образования паровой фазы после остановки двигателя достигается поддержанием давления с помощью обратною клапана, величина которого ниже давления открытия ЭМФ.
Передняя крышка снабжена входным штуцером 1 и всасывающей полостью. Задняя крышка содержит обратный клапан 15, сохраняющий давление в системе, и электрические контакты. В торцевой части крышки размещены угольные щетки 20 коллектора 14 электродвигателя, поджатые пружинами, и фильтр 19 радиопомех.
Насосная секция расположена со стороны входа топлива в нагое, а ее рабочим элементом служит эксцентрично расположенный дисковый ротор 26 с пятью прорезями с цилиндрическими родинами 24, выполняющие роль уплотнения между секциями насоса.
Статор электродвигателя состоит из двух сегментных постоянных магнитов 11, зафиксированных пружинными держателями. (зальной цилиндр представляет собой дистанционную втулку 10, размещенную между штуцером 17 и крышкой нагнетательного узла Вал 18 якоря 12 электродвигателя соединен с дисковым ротором 26 через пластмассовую муфту 22, исключающую нагрев электродвигателя в случае его заклинивания. Нагрев ЭБН недопустим при подаче бензина. Повреждение муфты 22 обеспечивает надежность работы электродвигателя.
Обеспечение долговечности электродвигателя достигают путем подбора материала щеток и якоря, а также подшипников вала. Сигнальная лампа характеризует резервный запас бензина. Сухое трение наиболее опасно для работы ЭБН. Электродвигатель постоянного тока требует обязательного соблюдения полярности, поэтому его клеммы для подключения проводки соединены с клеммой «плюс» с резьбой М4 и с клеммой «минус» с резьбой М5.
Технические характеристики ЭБН автомобиля «Волга» ГАЗ-3110:
- Тип — 52.1159
- Номинальное напряжение, В — 12
- Потребляемый ток:
- при работе в системе, А — не более 6,5
- на холостом ходу (допускается только кратковременное включение), А — 2
- Производительность, л/ч — 130
- Рабочее давление, кгс/см2 — не менее 3
- Максимальное давление, кгс/см2 — 4,5...6
В конструкции ЭБН (производство Тюменского автоагрегатного завода) на входе отсутствует сетчатый фильтр.
ЭБН (производство Старооскольского автоагрегатного завода) содержит щетки коллектора, расположенные вдоль оси ротора. Рабочий элемент насосной секции представляет дисковый ротор с пятью роликами. Его ось неподвижна, а соединение с валом обеспечивается через муфту электродвигателя.
Нагнетательный узел ЭБН фирмы Pirburg, устанавливаемого на автомобилях семейства «Волга», выполнен в виде шестерен. Шестереночный насос работает аналогично масляному насосу двигателя. На входе размещен фильтрующий сетчатый стаканчик. Бензин является охладителем, обеспечивая смазывание насоса.
Управляющее реле (рис. 2.12) содержит главное реле 16 системы впрыскивания и реле 17 топливного насоса.
Рис. 2.12. Принципиальная схема главного управляющего реле: 1 - форсунка; 2 - электрический бензиновый насос; 3 - электрическая цепь; 4 - электронный блок; 5 - электрический вывод; 6 - управляющее реле; 7 - электрическая цепь; 8 - электрическая цепь; 9 - выключатель зажигания; 10 - цепь питания; 11 - электрическая цепь; 12 - электрическая цепь; 13 - электрическая цепь; 14 - электрический вывод; 15 - электрический вывод; 16 - главное реле; 17 - реле топливного насоса
Главное реле подает питание 12 В на все датчики. Управление главным реле осуществляет ЭБУ, подавая «массу» на катушку главного реле. ЭБН включается ЭБУ через реле после включения зажигания, работает до тех пор, пока поступает сигнал с датчика положения КВ.
Реле топливного насоса 17 через вывод 15 сообщено с бензиновым насосом 2 и обеспечивает его включение в работу после получения от ЭБУ 4 сигнала об изменении частоты вращения КВ двигателя.
Реле ЭБН предназначено для подачи электрического питания на бензонасос и управляется ЭБУ. При включении зажигания ЭБУ включает реле бензонасоса на 5 с. Если в течение этого времени двигатель не был запущен, реле отключается. При появлении сигнала с датчика синхронизации (начало вращения двигателя стартером) блок управления снова включает реле.
Главное реле предназначено для подачи электропитания на исполнительные механизмы и датчики системы управления и управляется ЭБУ. Включение реле происходит одновременно с точением зажигания. Выключение его происходит через 4 с после выключения зажигания.
Главное реле 16 через электрическую цепь 3 включает питание ЭБУ 4 и через электрическую цепь 13 форсунки 1 после получения электрического сигнала от выключателя зажигания 9, подает питание 12 В на все датчики системы. При управлении главным реле ЭБУ подает «массу» на катушку главного реле.
Реле топливного насоса 17 размыкает цепь напряжения при выключенном зажигании и остановленном двигателе и сохраняет цепь напряжения замкнутой в течение всего времени, пока поступает импульс от катушки зажигания. Реле топливного насоса предотвращает подачу топлива в случае аварии с целью снижения опасности воспламенения.
ЭБУ контролирует работу ЭБН через его реле. При включении зажигания ЭБУ включает главное реле, которое подает напряжение 12 В на реле ЭБН. Параллельно этому ЭБУ подает «массу» на реле ЭБН и насос включается на 5-6 с. Если за это время не поступил сигнал с ДПКВ, т.е. если не началась прокрутка двигателя, то ЭБУ отключает реле ЭБН. Как только появится сигнал с ДПКВ, электрический бензонасос заработает.
Управляющее реле обеспечивает включение системы питания ЭБН сразу после включения выключателя зажигания. Если двигатель случайно заглохнет, а выключатель зажигания находится в положении «Движение», то питание ЭБН будет немедленно прервано. Если давление больше 0,4 МПа, то клапан обеспечивает возврат топлива в камеру. Управляющее реле обеспечивает подачу питания на ЭБН непосредственно после включения зажигания, если двигатель случайно заглохнет, а выключатель зажигания находится в положении «Работа». При включении зажигания ЭБУ включает главное реле, которое подает напряжение 12 В на реле бензонасоса и реле вентилятора. Параллельно этому ЭБУ подает «массу» на реле бензонасоса. Как только появится сигнал с ДПКВ, то бензонасос начинает работать. По сигналу с ДПКВ ЭБУ рассчитывает момент зажигания и топливоподачи. Во время запуска двигателя реализуется асинхронная топливоподача, т.е. без учета сигнала с ДПКВ двигатель запустится.
Монтажный блок реле и предохранителей. Монтажный блок 174.3722 установлен с левой стороны («Святогор») в коробке воздухопритока и обеспечивает коммутацию электрических цепей автомобиля.
Основу монтажного блока составляют печатные платы из фольгированного материала или гетинакса с токопроводящими дорожками. Они заключены в пластмассовый корпус и подсоединены к штекерным выходам соединительных колодок.
После выключения зажигания на реле системы впрыскивания подается напряжение в течение 9-12 с от контакта 4 компьютера. В течение этого времени шаговый двигатель перемещает шток клапана холостого хода. Следовательно, в некоторых случаях для инициализации компьютера необходимо выключить зажигание на 9-10 с.
Электрический бензонасос автомобилей «Лада» установлен в топливном баке и подает топливо через магистральный топливный фильтр и линию подачи топлива на рампу форсунок.
В системе питания автомобилей семейства «Лада» применяется ЭБН турбинного типа. ЭБН бывают двух видов - фирмы GM или Bosch. Для систем фирмы GM не допускается работа без бензина. В топливном баке должно быть не менее 5 л бензина.
Электрический бензиновый насос автомобилей «Лада» (рис. 2.13) содержит корпус 2, сообщенный через отверстие с топливным заборником 1, фланец 5 со штуцером 6 и технологическим приливом 7, жгут 8 проводов с разъемом 11, поплавок 13 с осью 14, потенциометр 12, сообщенный с колодкой 10, проводя входной 3 и выходной 4 трубопроводы. Насос скомбинирован с датчиком уровня топлива.
Рис. 2.13. Электрический бензиновый насос автомобилей «Лада Самара»: 1 - топливозаборник; 2 - корпус; 3 - входной трубопровод; 4 - выходной трубопровод; 5 - фланец; 6 - штуцер; 7 - технологический прилив; 8 - жгут проводов; 9 - провод; 10 - колодка; 11 - разъем; 12 - потенциометр; 13 - поплавок; 14 - ось поплавка
Размещение ЭБН в бензиновом баке снижает возможность образования паровых пробок, так как топливо подают под давлением, а не под действием разрежения. Конструкция ЭБН защищена от дорожной пыли, грязи и камней.
ЭБН обеспечивает подачу топлива под давлением выше 284 кПа из бензинового бака через магистральный топливный фильтр на рампу ЭМФ. Избыток топлива возвращается в бензиновый бак по отдельной линии слива.
Электродвигатель насоса омывается топливом. В этом случае опасность взрыва исключается, так как отсутствует горючая смесь. ЭБН подает топлива больше, чем необходимо двигателю для надежной работы регулятора давления и обеспечения постоянного слива топлива. Слив топлива необходим для охлаждения элементов системы впрыскивания и удаления возможных отложений.
Электрический бензонасос включается ЭБУ с помощью вспомогательного реле при установке выключателя зажигания в положение «Зажигание» или «Стартер» после пребывания в положении «Выключено». ЭБУ сразу запитывает реле для включения ЭБН. Если в течение 3 с после включения зажигания поворот вала двигателя не начинается, ЭБУ выключает реле и ожидает начала прокрутки. После ее начала ЭБУ определяет вращение по опорному сигналу датчика положения КВ и вновь включает реле, обеспечивая включение ЭБН. ЭБН с электрическим приводом и возбуждением от постоянных магнитов подает топливо под давлением около 0,3 МПа. Топливо поступает в ЭБН из бензинового бака, а подается из насоса в топливный фильтр.
На автомобилях семейства ВАЗ применяют два вида ЭБН, отличающихся датчиком уровня топлива: 21083 - для автомобилей семейства «Лада Самара» с высокими панелями приборов и 2112 -для автомобилей с приборным щитком 2108, 2110 и 2115.
У датчиков уровня топлива автомобилей «Самара» с низкой и высокой панелью разное сопротивление. Для автомобилей с низкой панелью при пустом баке сопротивление 350 Ом, а при полном баке - 6-10 Ом. С высокой панелью при пустом баке 250 Ом, а при полном баке - 20 Ом. Электробензонасос выполнен двухступенчатым, роторного типа и размещен в топливном баке. Топливо из насоса под давлением 200 кПа через фильтр тонкой очистки поступает в топливную рампу.
ЭБН автомобиля «Святогор» представляет собой насос с внутренним зацеплением. В пластмассовом его корпусе установлен постоянный магнит, якорь имеет торцевой коллектор, к которому примыкают две щетки. Якорь через пластмассовую муфту соединен с ротором ЭБН.
Массовый провод соединен с кузовом автомобиля в месте крепления заднего левого фонаря. Провод, подключенный к плюсовому выводу, объединен в жгут задней проводки, который проложен по левой стороне автомобиля.
Провод белого цвета размещен под блоком передней проводки и сообщен с контактами ЭБН. В корпусе встроены обратный и перепускной клапаны. ЭБН установлен в топливном баке. Обратный клапан предотвращает слив топлива из магистрали после остановки двигателя. Перепускной клапан ограничивает давление топлива в системе. Если давление превышает 0,3 МПа, то клапан открывается и происходит циркуляция топлива из зоны нагнетания в зону всасывания. При длительной стоянке автомобиля (более двух недель) рекомендуется иметь в баке не менее 15 л бензина. Производительность ЭБН составляет 80 л/ч, напряжение 12 В, давление 0,3 МПа и потребляемый ток 6 А.
Электрический бензонасос автомобилей семейства ВАЗ и «Святогор» погруженного типа. Рабочее давление ЭБН составляет 0,3+0,02 МПа, а его производительность - 80 л/ч, потребляемый ток - 6 А. Для обеспечения устойчивой работы ЭБН в бензиновый бак должно быть залито не менее 4-6 л бензина. Не рекомендуется вырабатывать топливо из бака, так как это ведет к выходу из ci роя ЭБН из-за его перегрева.
ЭБН в системе турбинного типа обеспечивает подачу топлива под давлением выше 280 кПа из топливного бака через магистральный топливный фильтр на рампу форсунок. Избыток топлива возвращается в бензобак по отдельной линии возврата.