Elektryczna pompka paliwa stanowi kluczowy element układu zasilania silnika spalinowego, odpowiedzialny za dostarczenie paliwa ze zbiornika do układu wtryskowego lub gaźnika. Jej głównym zadaniem jest zapewnienie ciągłości zasilania silnika, utrzymanie odpowiedniego ciśnienia paliwa oraz właściwego jego wydatku. Bez sprawnej pompy paliwa silnik nie jest w stanie pracować poprawnie.
Ewolucja pomp paliwa
W początkowych latach motoryzacji, w silnikach zasilanych gaźnikiem, gdzie zbiornik paliwa był umieszczony nad elementami silnika, problem transportu paliwa właściwie nie istniał. Potrzeba dogodnego i bezpiecznego umiejscowienia zbiornika paliwa wymusiła wprowadzenie pomp. Rozwiązań w ciągu lat było wiele, jak chociażby pompy membranowe. Jednak pod koniec XX wieku, gdy gaźniki zostały wyparte przez układy wtryskowe, w niskociśnieniowych układach zasilania dominowały elektryczne pompy paliwa. Stosowano je w większości silników czterosuwowych, w których paliwo było tłoczone pod niskim ciśnieniem.
Aby zapewnić utrzymanie ciągłości zasilania silnika, pompy musiały charakteryzować się pewną nadwyżką generowanego ciśnienia w stosunku do tego, które musiało panować w układzie zasilania. I tak w większości aut na rynku znajdowały się pompy paliwa wytwarzające ciśnienie zawierające się mniej więcej w przedziale od 0,2 bara (np. w silnikach gaźnikowych) do około 8 barów, np. w niektórych jednostkach z mechanicznym wtryskiem paliwa (np. K-Jetronic). W zupełności wystarczały one do zasilenia ówczesnych układów wtryskowych.
Budowa i zasada działania elektrycznej pompy paliwa
Budowa i zasada działania elektrycznej pompy paliwa są w ścisły sposób powiązane z jej zadaniem - przetaczaniem cieczy z baku do układu wtryskowego. Urządzenie jest napędzane przez niewielki silnik elektryczny, obracający wirnik bądź tłok. Ważne, aby zastosowane materiały wykazywały odporność na obecność cieczy i dobrze znosiły skrajne warunki pracy.
Pierwszym ważnym komponentem pompy paliwa jest wirnik - odpowiada za mechaniczne przetaczanie płynu. Niebagatelną rolę odgrywają również filtry paliwa - zatrzymują wszelkie nieczystości, tym samym chroniąc jednostkę napędową przed uszkodzeniem.
Umiejscowienie pompy paliwa
Pompa paliwa w takich układach zabudowana jest zwykle w zbiorniku paliwa (choć istnieją też rozwiązania z pompami zamontowanymi na zewnątrz zbiornika). Do kosza pompy zazwyczaj jest przymocowany czujnik poziomu paliwa wraz z potencjometrem i pływakiem. Dzięki umieszczeniu pompy w zbiorniku jest ona cała zanurzona w paliwie. Opływa ono także jej wewnętrzne części, jak chociażby umieszczony w niej silnik elektryczny. Paliwo jest w tym przypadku czynnikiem i chłodzącym, i smarującym. Bezpośrednie sąsiedztwo silnika elektrycznego z benzyną nie stanowi zagrożenia, ponieważ bez tlenu jest ona bezpieczną cieczą i nawet nie przewodzi prądu.
Pompa wewnątrzzbiornikowa (umieszczana w zbiorniku) jest obecnie najczęściej stosowana. Jej umiejscowienie umożliwia redukcję hałasu wytwarzanego przez silnik elektryczny pompy paliwa, zapewnia również prawidłowe zasilenie pompy paliwem, smarując i chłodząc jej silnik.
Rodzaje elektrycznych pomp paliwa
Wyróżnić można zatem dwa rodzaje stosowanych elektrycznych pomp paliwa w niskociśnieniowych układach zasilania: rotacyjną i wirnikową. Są one podobne w budowie, ale różni je kilka szczegółów.
Pompa rotacyjna
W rotacyjnej pompie paliwa ulokowany jest charakterystyczny dysk zabierakowy, połączony osiowo z wałkiem silnika elektrycznego. Na obwodzie dysku znajdują się prostokątne nacięcia, w których umieszczone są rolki robocze. Silnik elektryczny zabudowany w pompie zasilany jest zazwyczaj napięciem 12V. Jego praca powoduje obracanie się dysku wraz z rolkami roboczymi. Na skutek siły odśrodkowej są one wypychane i dociskane do bieżni umieszczonej mimośrodowo. W ten sposób paliwo znajdujące się między poszczególnymi rolkami jest sprężane i wypychane w kierunku wyjścia pompy.
Pompa wyposażona jest także w zawór przelewowy oraz zwrotny. Pierwszy z nich zapobiega nadmiernemu wzrostowi ciśnienia pompy w razie wytworzenia przeciwciśnienia po stronie tłocznej. Następuje wtedy otwarcie zaworu i doprowadzenie paliwa na stronę ssawną; tworzy się tym samym krótki obieg wewnątrz pompy. Z kolei zawór zwrotny umieszczony jest w króćcu wylotowym i jego zadaniem jest utrzymanie resztkowego ciśnienia po wyłączeniu silnika. Dzięki temu możliwy jest szybki rozruch jednostki po dłuższym postoju.
Pompa wirnikowa (przepływowa)
W pompie przepływowej (wirnikowej) elementem roboczym jest szybko obracający się wirnik łopatkowy, powodujący wzrost ciśnienia i energii kinetycznej pompowanej cieczy. Podobnie jak w pompie rotacyjnej wirnik łopatkowy jest osadzony na wspólnym wałku z silnikiem elektrycznym. Obrót wirnika silnika elektrycznego powoduje także ruch łopatek, dzięki czemu paliwo znajdujące się między nimi nabiera prędkości, a więc wzrasta także jego energia kinetyczna. Ta zostaje zamieniona na ciśnienie w kanałach bocznych przylegających do wirującego wieńca łopatkowego i trafia do komory tłoczenia.
Pompy wirnikowe są tak samo wyposażone, zarówno w zawór przelewowy, jak i zawór zwrotny. W przypadku pomp wirnikowych, gdy wirnik pracuje, łopatka porusza się wokół wirnika, tworząc ruch wirowy wewnątrz pompy. Paliwo przepływa wokół silnika pompy, zwiększając ciśnienie, i otwiera zawór zwrotny, a paliwo jest kierowane do przewodu paliwowego.
Pompa wirnikowa jest w większości przypadków dwustopniowa, co polega na tym, że oba stopnie są pompami bocznowirnikowymi połączonymi w jednym wirniku. Wokół wieńca łopatkowego pompy zlokalizowany jest kanał boczny. Gdy wirnik obraca się, paliwo w wieńcu łopatkowym nabiera energii kinetycznej, która następnie jest przetworzona na energię ciśnienia.
Dodatkowe elementy i zawory
Pompy paliwa montowane w zbiorniku powinny zawsze mieć filtr powietrza znajdujący się na króćcu ssącym pompy. Pompa może być także zamontowana na zewnątrz zbiornika, wówczas filtr znajduje się na przewodzie zasilającym ją w paliwo.
Istotne elementy i zawory w pompach paliwa to:
- Zawór przelewowy: Zapobiega nadmiernemu wzrostowi ciśnienia w pompie, gdy po stronie tłocznej występuje przeciwciśnienie. W takim przypadku otwiera się, kierując paliwo z powrotem na stronę ssawną, tworząc krótki obieg.
- Zawór zwrotny: Umieszczony w króćcu wylotowym, jego zadaniem jest utrzymanie resztkowego ciśnienia po wyłączeniu silnika, co ułatwia szybki rozruch.
- Zawór nadmiarowy: W pompach zanurzonych, jeśli ciśnienie w komorze tłoczenia przekroczy dopuszczalną wartość, zawór ten łączy komorę tłoczenia z komorą ssania, minimalizując ryzyko przegrzania silnika elektrycznego.
- Filtr paliwa: Zatrzymuje zanieczyszczenia, chroniąc układ wtryskowy i silnik. W przypadku pomp montowanych w zbiorniku, zazwyczaj jest to filtr siatkowy po stronie ssącej.
- Czujnik poziomu paliwa: Zazwyczaj w postaci pływaka i potencjometru, informuje o ilości paliwa w zbiorniku.
Zastosowanie elektrycznych pomp paliwa
Opisane elektryczne pompy paliwa są używane nie tylko w niskociśnieniowych układach wtryskowych, gdzie stanowią podstawowy element odpowiedzialny za dostarczenie paliwa do silnika. W wysokociśnieniowych układach wtryskowych również są stosowane i służą do dostarczenia odpowiedniej ilości paliwa do wysokociśnieniowej pompy paliwa.
Ze względu na stosowanie silników o dużej pojemności skokowej cylindra coraz częściej potrzebne są pompy paliwa o większej pojemności. Objętość wypływu tych pomp musi być zatem regulowana, aby dostosować ją do warunków pracy silnika. Jest to możliwe dzięki technologii turbinowej wewnątrzzbiornikowej pompy paliwa.
Jak działają turbiny gazowe (zasada działania turbiny spalinowej)
Zasilanie i sterowanie elektrycznej pompy paliwa
Zasilanie pompy paliwa odbywa się poprzez przekaźnik w taki sposób, aby po włączeniu zapłonu pompa pracowała tylko kilka sekund. Jeśli nie nastąpi uruchomienie silnika, pompa się wyłącza. W przypadku niskociśnieniowej pompy wirnikowej, elektryczne zasilanie przebiega poprzez przekaźnik. Schemat działania jest następujący: po załączeniu zapłonu pompa pracuje przez kilka sekund. Jeśli po zapłonie kierowca nie uruchomi silnika, pompa paliwa zostaje wyłączona.
Efektywność pracy pompy paliwowej w dużej mierze opiera się na prędkości wirnika, a co za tym idzie - napięcia zasilania. Należy unikać zbyt dużego rozchodzenia się ciepła w komorze silnika pojazdu, ponieważ dla obiegu płynu chłodzącego i tym samym temperatury pompy ważną rolę odgrywa strumień przepływu. Gdy nastąpi przerwanie strumienia przepływu, a nie zasilania elektrycznego, może dojść do zwiększonego poboru prądu, niedostatecznego chłodzenia i w konsekwencji do powstania gazu w pompie, co prowadzi do jej zwiększonego zużycia.
Najczęstsze usterki i objawy awarii
Najczęstszą przyczyną awarii elektrycznej pompy paliwa jest zanieczyszczenie zbiornika paliwa brudem i rdzą. Konieczne jest zatem, aby jej zamiennik został zainstalowany w czystym zbiorniku. Inną częstą przyczyną awarii elektrycznej pompy paliwa są niesprawne połączenia elektryczne, takie jak obluzowane połączenia, niedostateczne uziemienie lub zbyt niskie napięcie podawane do pompy w wyniku przegrzania styków.
Lewe powietrze w układzie paliwowym również może prowadzić do uszkodzenia pompek elektrycznych, powodując charakterystyczny szum podczas przepływu paliwa. W przypadku pomp elektrycznych, objawem dużego zapowietrzenia może być falowanie obrotów, a przy bardzo dużych nieszczelnościach pompa może nie zaciągnąć paliwa.
Do najczęstszych objawów usterki pompy paliwa należą:
- Brak pracy silnika: Spalanie nie następuje ze względu na brak paliwa (ewentualnie trudny rozruch).
- Gaśnięcie silnika: Wkrótce po uruchomieniu silnik gaśnie z powodu braku paliwa lub gaśnie, gdy pedał gazu jest wciśnięty.
- Niski komfort jazdy: Szarpanie podczas przyspieszania ze względu na zmniejszenie ilości przepływu paliwa; niewystarczająca moc spowodowana brakiem wzrostu ciśnienia paliwa; szarpanie silnika; nieprawidłowe dźwięki.
Diagnostyka i wymiana pompy paliwa
Przed zainstalowaniem nowej pompy paliwa bardzo ważne jest dokonanie prawidłowej diagnozy, ponieważ prawdziwa przyczyna usterki może być inna, np. zatkanie filtra siatkowego, zanieczyszczenie filtra paliwa, uszkodzenie wskaźnika paliwa, a nawet bardzo niski poziom paliwa w zbiorniku.
W przypadku awarii pompy paliwa zaleca się wybieranie kompletnych modułów lub oryginalnych wkładów od renomowanych producentów. Dobre materiały i konstrukcja gwarantują trwałość, należy unikać tanich części o niepewnej jakości. W przypadku awarii pompy paliwa w maszynach roboczych, takich jak koparki, często zaleca się stosowanie oryginalnych części (np. Perkinsa) ze względu na zastosowanie w nich silników bezszczotkowych, które są bardziej wytrzymałe od silników ze szczotkami stosowanych w zamiennikach.
W celu uniknięcia uszkodzeń spowodowanych zanieczyszczeniami, przed elektrycznymi pompami paliwowymi zaleca się zamontowanie filtra siatkowego w przewodzie paliwowym po stronie ssania, przed pompą. Filtr ten powinien posiadać odpowiednią powierzchnię filtracji i oczka o wielkości 60-100 μm.
tags: #elektryczna #pompka #paliwa #komatsu