Электробензонасосы. Назначение электромеханизма. Принцип действия.

Приложение II.

Диафрагменные насосы.

В диафрагменном насосе диафрагма 1, выполненная из эластич-ного материала (резина; ткань, пропитанная лаком и др.), герметезирует рабочую камеру 2, к которой примыкают всасывающий 4 и напорный 6 патрубки насоса. Диафрагма соединена со штоком 7, совершающим возвратно-поступательное движение. Всасывающий 3 и напорный 5 клапаны работают таким же образом, как и в поршневом насосе.

Рис.4.7.Схема диафрагменного насоса.

При движении штока вверх диафрагма прогибается вверх, что создаёт разряжение в рабочей камере. Клапан 3 открывается и жидкость поступает в рабочую камеру. При движении штока вниз диафрагма прогибается также вниз, давление в ра-бочей камере возрастает, клапан 3 закрывается и откры вается клапан 5 Жидкость поступает в напорный трубопровод 6.

Диафрагменные насосы часто применяются для подачи жидкостей, сильно загрязнённых различными примесями (песком, илом, абразивными материалами), а также химически активных жидкостей. Они также до нас-тоящего времени используются в качестве бензонасосов на автомобильных двигателях (карбюраторных).

Насосы ДСВ (диафрагменные сдвоенные всасывающие, регули-руемые) развивают подачу от 2,4 м³/час до 13,2 м³/час при перекачке гря-зевых осадков. Насосы ДВС (диафрагменные всасывающие сдвоенные, нерегулируемые) предназначены для перекачки химически нейтральных гидросмесей до температуры 60 градусов Цельсия. Их подача может дос-тигать 20 м³/час. Все эти насосы работают только на слив (безнапорные).

Насосы марки ПМ (плунжерный мембранный), ВМ (вертикальный мембранный), ДМР (двухпоршневой мембранный) напорные, создают давление нагнетания до 16 ат.

У топливного насоса автомобиля «ВАЗ-2109» три диафрагмы –две верхние рабочие для подачи топлива и одна нижняя предохранительная для предотвращения попадания топлива в корпус привода при повреж-дениях рабочих диафрагм. Движение штоку передаётся от эксцентрика рас-предвала через специальный толкатель и балансир.

Подача достигает 16 м³/час. В автомобилях топливные насосы диаф-рагменного типа служат для перекачивания топлива из бака в карбюратор. Обычно они приводятся в движение от кулачкового вала двигателя или от вала привода масляного насоса (как, например, у двигателя «ВАЗ-2121»).

В последние годы на автомобилях с инжекторной подачей топлива устанавливаются электробензонасосы.

Рис.4.8. Элементы диафрагменного насоса

Электробензонасосы. Назначение электромеханизма. Принцип действия.

Любая система впрыска топли­ва, которая устанавливается на сов-ременном автомобильном дви­гателе внутреннего сгорания, снабжена бензонасосом с приво­дом от электродвигателя (ЭДВ) по­стоянного тока. Электробензонасос предназначен для создания давления в топливной магистрали. Электробензонасос представляет собой жидкостной насос коловратного типа (роторный, кулачковый) с рабочими органами в виде роликов, приводимый в действие коллекторным электродвигателем посто-янного тока. Предохранительный клапан насоса ограничивает давление топлива в магистрали после электробензонасоса на уровне не более 580 кПа. Обратный клапан насоса препятствует утечке топлива из магистрали в бак через неработающий электробензонасос, когда магистраль находится под повышенным давлением. Включение электробензонасоса выполняется от силового реле, которое включается и выключается по сигналам от блока управления. Силовая цепь реле защищена плавким предохранителем 10А (для автомобилей ГАЗ). При работающем двигателе бензонасос включен постояннно и отключается после выключения зажигания. Электродвигатель насоса охлаждается проходящим потоком топлива, поэтому во избежание его выхода из строя не допускается включать элек-тробензонасос «на сухую» (когда в магистрали или в баках отсутствует топливо) на время более 2-х минут. Конструктивно электромеханизм состоит из следующих элементов: корпус с впускным и выпускным штуцерами, внутри которого размещены электродвигатель постоянного тока и роликовый насос; обратный и предохрани-тельный клапаны; тип: проточный, роликовый Номинальная производи-тельность при 13,5В: 120л/ч. Минимальная производительность при 6В: не менее 50л/ч. Напряжение электропитания: 6...18В. Ток потребления при 13,5 В: не более 6А. Пусковой ток: не более 15А. Производительность электро-бензонасоа рассчитана таким образом, чтобы при напряжении электропи-тания 6В обеспечивалось давление топлива в магистрали не менее норма-тивного при запуске двигателя и его работе на холостом ходу.

Установка и монтаж электромеханизма на автомобиле. Электробензонасос устанавливается рядом с бензобаком и крепится за корпус хомутом, снабженным резиновыми прокладками: на автомобилях ГАЗ под днищем кузова; на автомобилях УАЗ на левом лонжероне рамы. Электробензонасос соединен одним резиновым шлангом с фильтром-отстойником (для автомобилей ГАЗ отсутствует), а вторым длинным топливопроводом—с фильтром тонкой очистки топлива, расположенным под капотом. Подключение электробензонасоса к жгуту проводов выпол-няется следующим образом: наконечник жгутового провода подключается к шпильке «+» (М4); отдельный провод массы, соединенный с рамой, под-ключается к шпильке «-» (М5). При демонтаже электробензонасоса следует предварительно сбросить давление в топливной магистрали и отключить минусовой провод аккумуляторной батареи. После замены электробен-зонасоса следует выполнить заполнение магистрали топливом путем при-нудительного включения электробензонасоса и удаления воздушной пробки из магистрали (для автомобилей УАЗ винт установлен на фильтре тонкой очистки топлива), а также проверить герметичность топливопроводов и их соединений. Аналоги электромеханизма. Аналогом электробензонасоса EKP-3 0580464038 (BOSCH) является электробензонасос системы впрыска 18.3780 (ЗАО «ТАТЭ», г. Тюмень).

Рис.4.9. Насосная часть электробензонасоса, роликовая и шестерённая.

В качестве примера рассмот­рим устройство и принцип дейст­вия погруж-ного электробензона­соса серии 0580254 фирмы BOSCH, который исполь-зуется во всех модификациях системы впры­ска топлива «K-Jetronic». На рис. 4.10 приведено схематиче­ское изображение конструкции электробензонасоса.

Его привод­ной частью является ЭДВ постоян­ного тока с двумя постоянными магнитами 6, расположенными на статоре, и с двенадцати-секционной рабочей обмоткой, намотанной на 12-пазном якоре 8. Якорь барабанного типа. Якорная обмот­ка петлевая, короткозамкнутая, по от-ношению к внешней электричес­кой цепи, — разделена щетками на две па-раллельные ветви. Всего в обмотке 288 витков медного про­вода диаметром 0.6 мм, по 24 витка в каждой секции. Два статорных магнита создают постоянное маг­нитное поле В' с полюсами N и S, которое пронизывает магнитные массы и витки якоря ЭДВ.Коллек­тор 4 имеет 12 ламелей, которые попарно соединены с бортовой электрической сетью напряжением 12В посредством подпружиненных щеток 5 и двух внешних электроклемм 3. Щетки к клеммам подсое­динены многожильным гибким мед­ным проводом. Клеммы выведены за пределы корпуса бензонасоса (обозначены соответственно «+» и «-») и имеют герметическое уплот­нение. Электробензонасос устанавли­вается на переходную площадку, посредством которой он крепится к бензобаку. При этом приемный то­рец электробензонасоса с сетча­тым фильтром 16 грубой очистки топлива опускается точно в выемку 19 днища бензобака. Рабочее по­ложение электробензонасоса БОШ-0580254 вертикальное Электродвигатель рассчитан на рабочее напряжение 12 В и в на­груженном режи-ме потребляет ток до 6 А. Мощность электродвигате­ля примерно 80 Вт. Бензоподающим устройством электробензонасоса является ши­берный гидронагнетатель (рис. 4.10, 10—18),

Рис. 4.10. Электробензонасос: 1 — выходной штуцер; 2 — обратный клапан; 3 — элек­троклемма; 4 — коллектор; 5 — щеткодержатель с пружиной и щеткой; 6 — статорный постоянный магнит; 7 — неподвижная ось для якоря ЭДВ и для ротора насо­са; 8 — якорь ЭДВ; 9 — сцепная вилочка; 10 — центробежный ролик; 11 — крышка нагнетателя с выпускной щелью; 12 — статор нагнетателя с эксцентрической ци­линдрической полостью; 13 — ротор нагнетателя с пятью центробежными ролика­ми; 14 — донце нагнетателя с входной щелью; 15 — входная щель; 16 — сетка филь­тра грубой очистки топлива; 17 — выпускная щель; 18 — клапан сброса; 19 — вы­емка в днище бензобака.

который работает по принципу проталкивания отдельных порций бензина центробежными роликами через эксцен-трическую насосную полость. Основные составные части ши­берного бензонасоса (рис. 4.12) следу­ющие: ротор R с роликами Р, статор С с эксцентри-ческой насосной полос­тью S, донце А с впускной щелью L и крышка В с выпускным отверстием М. В собранном виде центробеж­ный насос представляет собой трехслойный пакет, в средней час­ти которого между крышкой В и донцем А образована главная на­сосная полость S, эксцентрично сдвинутая относительно центра вращения ротора R, в которой и вращается ротор R с роликами Р. Работает центробежный гид­ронагнетатель следующим обра­зом. Ротор нагнетателя приводит­ся во вращение вышеописанным спо-собом. Под действием центро­бежных сил все ролики нагнетате­ля плотно прижимаются к стенке эксцентричной статорной поло­сти и начинают кататься по стен­ке. Эта полость является главной насосной полостью нагнетателя. Там, где ротор нагнетателя вплот­ную подходит к стенке насосной полости (рис. 4.12, б, Р1), ролики почти полностью утапливаются в направляющие пазы. Там, где за­зор между ротором и статором нагнетателя максимален (рис. 4.12, б, Р2), центробежные ролики вы­ступают из пазов почти на поло­вину своего диаметра. Таким об­разом через впускную щель (рис. 4.12, а, L) насосной полости S проис­ходит захват очередной порции бензина очередным набежавшим роликом. Эта порция интенсивно про-талкивается в выпускное от­верстие (рис. 4.12, в, М) крышки на­гнетателя и оттуда вверх, через все детали электродвигателя, к выходному штуцеру электробен­зонасоса (рис.4.10, 1). Бензин не проводит электричес­кий ток, но беспрепятственно про­пускает магнитные силовые линии. Поэтому на электромагнитные процессы в ЭДВ бензин никакого влияния не оказывает. Вязкость бензина очень низкая, и поэтому гидромеханическое сопротивле­ние слоев бензина, протекающих через рабочий «воздушный» за­зор ЭДВ, также незначительно. Прокачка бензина через «внут­ренности» электродвигателя повы­шает его надежность. Имеет место постоянная и эффективная про-мывка КЩМ и смазка проточным бензином оси вращения, на кото­рой вра-щаются ротор нагнетателя и якорь ЭДВ. В конструкции электробензона­соса нет подшипников качения. А втулки скольжения с плотной по­садкой на ось лучше работают с жидкой смазкой, которой в данном случае является бензин. Помимо сказанного, бензин интенсивно ох­лаждает электродвигатель, кото­рый никогда не пере-гревается. Как следствие, электробензонасосы с прокачкой бензина через внутрен­нюю полость электродвигателя обес-печивают работу ДВС до 200 тыс. км пробега.

Рис.4.12. Основные части шиберного бензонасоса

Следует заметить, что располо­жение электродвигателя бензона­соса в бензобаке на первый взгляд вызывает недоумение. Действи­тельно, хорошо известно, что в КЩМ (коллекторно-щёточном механизме) электродвигателя может воз­никать интенсивное искрение. Это может стать причиной взрыва бен­зобака, когда он пустой, а концен­трация паров бензина соответству­ющая. Однако фирма 6OSCH вы­пускает погружные электробензонасосы более 30 лет и случаев взрывов бензобака не зарегистри­ровано. Объясняется этот фе-номен так: электроконтактная пара «щетка-ламель» не искрит, так как, во-первых, работает в режиме пе­реключателя малых энергий, во-вторых, ее компоненты изготовле­ны из специально подобранных электропроводных материалов, и, в-третьих, в ЭДВ с короткозамкнутой петлевой обмоткой на якоре искрение в КЩМ ограничено встречно-параллельным соедине­нием рабочих ветвей якорной об­мотки на щетках. Кроме этого, бензонасос и его ЭДВ при работе постоянно наполнены бензином, искрение в котором прак-тически невозможно. За счет герметичнос­ти в системе топливного питания, в бензонасосе бензин или его чрез­мерно богатая смесь присутствует даже тогда, когда бензобак пус­той.Таким образом, вероятность взрыва бензобака от присутствия в нем электробензонасоса практи­чески сведена к нулю. Принцип действия ЭДВ можно объяснить с помощью рис.4.11 На клеммы +М и -М подается напряжение 12 В от бортовой сети автомобиля через схе-му управле­ния электробензонасосом. Эта схема включает ЭДВ бензонасоса в момент пуска двигателя внутрен­него сгорания (ДВС) на 3...5 с, а во время работы ДВС удерживает его постоянно включенным. Если ДВС заглохнет при включенном зажига­нии, схема управления отключает электробензонасос от бортовой сети до следующего пуска ДВС. Под действием бортового напря-жения 12 В по виткам рамки R якоря ЭДВ начинает протекать пус­ковой ток Iя. Этот ток, согласно закону Ома равный Uc/Rя (где Uc — напряжение бор-товой сети, Rя — омическое сопротивление обмотки якоря), вступает в электромагнит­ное взаимодействие с магнитным полем В' постоянного маг-нита ста­тора. Как следствие, на рамку R начинают действовать две механи­ческие силы F1 и F2, каждая из ко­торых согласно закону электро­магнитной индукции опреде-ляется по формуле: F=BLI cosα. где L — суммарная ак­тивная длина витков рамки R; В — индукция магнитного поля; а — угол по-ворота рамки R относительно на­правления поля В'. Направление дейст­вия силы F легко определяется по правилу левой руки.Силы F1 и F2, приложен-ные в противо­положных направле­ниях к оси вращения якоря, образуют вра­щающий момент Мя, который посредством сцепной вилочки ( 9 на рис.4.10) пере­дается ротору шиберного бензо­насоса. Момент определяется по фор-муле: Мя =(Fl+F2)r, где г — приведенный радиус якоря.Следует заметить, что сцепная вилочка выполнена из жесткой, но ломкой пластмассы и при заклини­вании ротора бензонасоса (на­пример, при замерзании зимой слу-чайно попавшей в бензобак влаги) должна сламываться, пре­дотвращая тем самым короткое за­мыкание ЭДВ насоса.

После пуска электродвигателя ток якоря Iя значительно уменьша­ется (I’я ~ 3Iя). Это явление имеет место потому, что, во-первых, якорь сам становится вращающим­ся постоянным магнитом и силой этого магнита ослабляет маг-нит­ное поле В' статора электродвига­теля (реакция якоря), во-вторых, ток Iя при работе электродвигателя ослабляется противоэлектродвижущей силой и постоянно пере­ключается по виткам якоря коллекторно-щеточным мех-анизмом (КЩМ), за счет чего его среднее значение становится меньше тока заторможенного якоря.

Частота вращения якоря ЭДВ, а следовательно, и ротора насоса, не регулируется, так как зависит только от приложенного к клеммам ЭДВ напряжения и в незначитель­ной степени от механической на­грузки на ось. Новый электробензонасос БОШ - 0580254 при напряжении 12В может развивать давление на заглушённом выходном штуцере (рис. 4.10, 1) до 7,8 бар. Клапан сброса (рис. 4.10, 18) отторирован на 6,8 бар. При этом элек-тродвига­тель насоса вращается с частотой до 100 об/с. Производительность насоса около 1,8 дм³/мин, что зна­чительно выше потребления топли­ва двигателем внутреннего сгора­ния в форсированном режиме.Для поддержания требуемого давления в системе и для сброса излишнего бензина обратно в бен­зобак все системы питания совре­менных ДВС оборудованы обрат­ным бензопроводом и регулятором давления в рабочей топливной ма­гистрали, благодаря чему давле­ние, развиваемое бензонасосом, поддерживается постоянным (для БОШ-0580254 около 6 бар).

Рис.4.11. Принцип действия электродвигателя постоянного тока

В заключение следует сказать несколько слов о неисправностях элект-рических бензонасосов се­рии БОШ-0580254, о способах их обнаружения и устранения.Электродвигатель бензонасоса отказывает крайне редко. Как уже отмечалось, объясняется это тем, что он работает в режиме интен­сивного охлаждения бензином, а также постоянно им промывается.Чаще всего выходит из строя центробежный шиберный гидро­нагнетатель. За счет перетирания мельчайших твердых частиц, кото­рые попадают в бензобак вместе с бензином, трущиеся части нагне­тателя (ротор, статор, донце, крышка и ролики) со временем значительно изнашиваются. При этом осла-бевают уплотнения меж­ду ними. Это приводит к потере производитель-ности и падению рабочего давления, развиваемого бензонасосом. Причина такой не­исправности заключается в естест­венном старении насоса и долгое время отчетливо не проявляется. Она может быть обнаружена толь­ко на специальном проверочном стенде по падению производитель­ности и развиваемого давления на закрытом выходном штуцере. На работе автомобиля начальное ста­рение бензонасоса сказывается в виде перебоев работы ДВС в переход­ных режимах. При значительном износе бензонасоса давление в системе питания может упасть на­столько, что ДВС перестает запус­каться. При неисправности бензонасос начинает работать с повышенным шумом, что может быть признаком не только естественного износа его нагнетателя. Этот же признак ха­рактерен и для нагнетателя с силь­ными задирами трущихся частей, возникающих от твердых абразив­ных частиц. Такая неисправность чаще все­го начинает проявляться зимой как следствие попадания в бензин вла­ги, из которой образуются крис­таллообразные частицы льда. Эти кристаллики совместно с твердыми частицами, попадая в жернова бензонасоса, истирают и даже на­дирают стенки статора, ротора, а также поверхности роликов нагне­тателя до образования на них глу­боких раковин. Часто и в направ­ляющих пазах ротора имеются за­диры и выработка. Подшипники скольжения электробензонасоса и его клапаны ред­ко изнашиваются раньше трущих­ся деталей нагнетателя, поэтому главной причиной нарушения нор­мальной работы электробензона­соса является износ трущихся час­тей гидронагнетателя. О ремонте. В принципе, бензонасосы серии БОШ-0580254, как и любые другие, ре­монту не подлежат и при неисправ­ности требуют замены. Однако практика показала, что при умелом и осторожном вскрытии завальцовки алюминиевого корпуса дальнейшие процедуры восстано­вительного ремонта бензонасоса не вызывают затруднений, но требует специального оборудования. ______________________________________________________

2.3. Пластинчатые гидромашины.

Пластинчатый насос — это роторно-поступательный насос с рабочими органами (вытеснителями) в виде плоских пластин. Пластинчатые насосы могут быть однократного, двукратного или многократного действия. На рис. 3.12 , а приведена конструктивная схема пластинчатого насоса однократного действия.

Рис. 4.20. Пластинчатые насосы однократного (а) и двукратного (б) действия: 1,3-рабочие камеры; 2-точка точка контакта; 4-ротор; 5-пластина; 6-статор (корпус); 7-паз; 8-пружина; 9-область всасывания; 10-область нагнетания.

В пазах вращающегося ротора 4, ось которого смещена относительно оси неподвижного статора 6 на величину эксцентриситета ( е ), установлены несколько пластин 5 с пружинами 8. Вращаясь вместе с ротором, эти пластины одновременно совершают возвратно-поступательное движение в пазах 7 ротора. Рабочими камерами являются объемы 1 и 3, ограниченные сосед-ними пластинами, а также поверхностями ротора 4 и статора 6. При вращении ротора рабочая камера 1, соединенная с полостью всасывания, увеличивается в объеме и происходит ее запол-нение. Затем она пере-носится в зону нагнетания. При дальнейшем перемещении ее объем уменьшается и происходит вытеснение жидкости (из рабочей камеры 3). Для расчета рабочего объема пластинчатого насоса ( Wo ) может быть использована формула: Wo = к •z• W_к При этом объем рабочей камеры ( Wk ) следует определять в ее крайнем левом положении, т. е. когда она изолирована от полостей всасывания и нагнетания. В этом случае : Wk = L•h•b где h — высота рабочей камеры (h = 2e); L — средняя длина части окружности, ограниченной двумя пластинами; b — ширина плас-тины. Длина ( L ) может быть приближенно определена по диаметру ротора D с учетом толщины пластины ( δ ) и числа пластин ( z ) т. е. L = 3.14•(D- δ) •z. Тогда с учетом вышеописанных формул получим приближенную зави-симость для вычисления рабочего объема пластинчатого насоса: Wo = 2e •3.14•(D- δ)•z •b•k Из анализа последней формулы следует, что для увеличения рабочего объема пластинчатого насоса ( Wo ) при сохранении его габаритов, т. е. размеров D и b, необходимо увеличивать эксцентриситет ( е ). Кроме того, рабочий объем пластинчатого насоса может быть увеличен за счет кратности его работы ( k ), что достаточно широко применяется на практике.На рис.4.20, б приведена конструктивная схема пластинчатого насоса двукратного действия. Внутренняя поверхность такого насоса имеет спе-циальный профиль, что позволяет каждой пластине за один оборот вала дважды производить подачу жидкости. У пластинчатого насоса двукрат-ного действия имеются две области всасывания 9, которые объединены одним трубопроводом, и две области нагнетания 10, также объединенные общим трубопроводом. На практике применяются насосы и с большей кратностью, но их конструкции сложнее, поэтому использование таких насосов ограничено. Для пластинчатых насосов важным является обес-печение герметичности в месте контакта пластины и корпуса (точка 2 на подач пластинчатого насоса рис.4.20, а). В насосах с высокими скоростями это может быть получено за счет центробежных сил. В конструкции, показанной на рис.4.20, а герметичность обеспечивают пружины 8. В не-которых насосах это достигается за счет давления, создаваемого в пазах 7. Насосы могут быть регулируемыми, т.е. иметь переменный рабочий объем. Конструкция пластинчатого насоса однократного действия позволяет из-менять его рабочий объем в процессе работы. Для этого достаточно сделать вал ротора подвижным относительно корпуса. Тогда при смещении ротора 4 влево можно не только уменьшить величину ( e ), а следовательно, пода-чу насоса, но и изменить направление потока жидкости (при е < 0), не меняя направления вращения вала. Для иллюстрации этого на рис.4.21 по-казаны три характерных положения ротора регулируемого пластинчатого насоса.Давления, создаваемые ими, составляют 7... 14 МПа. Частоты вращения пластинчатых насосов обычно находятся в диапазоне 1000... 1500 об/мин. Полные КПД для большинства составляют 0,60...0,85, а объемные КПД — 0,70...0,92.

Рис. 4.21. Схема регулирования прямой (а), нулевой (б) и обратной (в) подач пластинчатого насоса.