Распространено мнение, что впускной коллектор служит источником вакуума для функционирования тормозной системы и различных вспомогательных механизмов практически во всех автомобилях. В связи с этим о наличии отдельного вакуумного насоса под капотом может быть неизвестно многим автовладельцам.
Однако утверждение о том, что это справедливо для «любого автомобиля», следует считать несколько поспешным… Специалисты в области дизельных двигателей и даже опытные бензиновые энтузиасты осведомлены (или слышали об этом), что во впускных коллекторах дизельных моторов вакуума недостаточно, и для его создания применяются отдельные вакуумные насосы. Но то, что они присутствуют и во многих автомобилях с бензиновым двигателем, известно не всем. Какова их роль? И почему этот узел необходим на одних транспортных средствах, а на других (иногда даже той же модели, но в другой комплектации!) – успешно обходится без него?
В каких случаях можно встретить вакуумный насос, помимо дизельных двигателей?
Прежде всего, дополнительными вакуумными насосами оснащаются автомобили с турбированными бензиновыми двигателями. Как известно, турбина создает повышенное давление воздуха во впускном коллекторе, что приводит к снижению эффективности работы вакуумного усилителя тормозов на высоких оборотах. В этом случае поддержание необходимого уровня разрежения в усилителе тормозов обеспечивается дополнительным вспомогательным вакуумным насосом. Соответственно, на автомобиле той же модели с атмосферным двигателем такого насоса может не быть. Хотя он вполне может присутствовать! Дополнительный насос может оказаться полезным, например, при эксплуатации автомобиля в гористой местности, где пониженное атмосферное давление ухудшает эффективность работы вакуумного тормозного усилителя.
Во-вторых, вакуумные насосы нередко устанавливаются на бензиновые двигатели, соответствующие экологическому классу Евро-4 и выше. Чтобы соответствовать требованиям экологических норм, некоторые производители применяют специальный алгоритм работы холодного двигателя, направленный на ускорение его прогрева и снижение токсичности выхлопных газов. Электронный блок управления, используя данные с датчика температуры, принудительно открывает электрическую дроссельную заслонку на холодном двигателе, увеличивая объем поступающего воздуха. При этом увеличение оборотов не происходит, поскольку подача топлива ограничивается временем открытия форсунок. Это необходимо для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора. В подобном режиме во впускном коллекторе формируется недостаточное разрежение, и если возникает необходимость начать движение или, например, удерживать автомобиль на месте с помощью тормозов при спуске или подъеме, то эффективную работу вакуумного усилителя обеспечит именно вспомогательный насос.
В-третьих, дополнительный источник вакуума требуется для автомобилей, оснащенных системой «старт-стоп», поскольку двигатель периодически выключается, что приводит к отсутствию естественного вакуума во впускном коллекторе. Также такой узел необходим для быстрорастущего сегмента электромобилей, которые не имеют традиционного источника вакуума, характерного для двигателей внутреннего сгорания.
Каким образом организована насосная часть и что служит приводом?
Насосная часть в большинстве таких устройств представляет собой лопастной нагнетатель с подвижными лопатками, которые разводятся в стороны во время вращения под воздействием центробежной силы. Подобным образом устроен, к примеру, любой насос гидроусилителя руля (ГУР). Хотя встречаются и исключения – например, у Mercedes используется вакуумный насос поршневого типа: там поршень представляет собой плоскую тарелку большого диаметра с резиновым уплотнителем и имеет очень короткий ход, приводимый в движение кулачком от распредвала. Фактически это весьма близко к устройству мембранного насоса – например, классического бензонасоса карбюраторного типа. Только здесь мембрана жесткая и не закреплена по своему периметру.
Приводные механизмы для насосных секций вакуумных установок могут быть организованы по-разному. В дизельных силовых агрегатах наиболее часто используется прямой привод – когда шпиндель насоса соединен непосредственно с распредвалом либо промежуточным валиком. В таком исполнении насос крепится к цилиндрическому блоку или головке двигателя. Иногда на валу насоса фиксируется зубчатое колесо, которое посредством цепи получает вращение внутри двигателя. Реже встречается конструкция, при которой насос устанавливается на двигателе как внешняя навесная деталь и приводится в действие ремнем – подобное решение используется на некоторых грузовых транспортных средствах.
Тем не менее, наиболее часто применяемым вариантом вспомогательного вакуумного насоса является самостоятельный агрегат с собственным электродвигателем. Этот тип конструкции обычно устанавливается на бензиновых автомобилях, и его преимуществами являются независимость от скорости вращения двигателя транспортного средства, возможность гибкого управления посредством электронных систем и свобода размещения в любом удобном месте под капотом.
Управление работой такого насоса осуществляется с помощью электронной системы – либо на основе показаний датчика разрежения, либо по заранее заданной программе. Первый вариант считается более совершенным, второй – устаревшим.
В современных системах электроника осуществляет мониторинг уровня разрежения посредством датчика в режиме реального времени и активирует насос при снижении разрежения до критического значения. В случае возникновения утечек в вакуумной системе насос включается чаще.
В своей базовой реализации электронный блок управления запрограммирован на активацию насоса в течение заданного промежутка времени, например, десяти секунд, после каждого третьего нажатия на педаль тормоза. При этом система не располагает информацией о фактическом состоянии вакуумной системы.
Проводится анализ и рассмотрение электрического вакуумного насоса.
Широко распространенным электрическим вакуумным насосом, используемым в легковых автомобилях, является модель UP-28, производимая компанией Hella для различных европейских и американских марок автомобилей. Данная модель может иметь различные заводские обозначения, отличаться конструкцией кронштейнов для монтажа, а также быть оснащена или не оснащена встроенным обратным клапаном – однако по своей сути это остается идентичный насос.
Устройство насоса отличается простотой конструкции, но, подобно многим элементам простой конструкции, оно обладает высокой степенью технологичности и изготовлено с использованием деталей, требующих точной, практически прецизионной обработки.
Создаваемый вакуум посредством качающего модуля реализуется с помощью лопастного (пластинчатого) насоса. Конструкция включает ротор с лопатками, расположенный в цилиндрической полости и ограниченный сверху и снизу крышками. Обеспечивается исключительная чистота обработки поверхностей деталей, формирующих полость, а также плоскостей прилегания.
В конструкции насоса ротор выполнен в виде диска с концентрическими пазами, предназначенными для размещения нагнетающих лопаток. Ротор установлен со смещением от центральной оси к одной из стенок, что приводит к тому, что рабочий объем приобретает эллиптическую форму вместо цилиндрической. В процессе вращения центробежная сила выводит лопатки из пазов и прижимает их к стенкам полости при прохождении С-образной секции, после чего они возвращаются в исходное положение под действием того же прижатия. Таким образом, непрерывно формируются полости переменного объема, обеспечивающие выкачивание воздуха через выпускной патрубок и создание разрежения во шланге, соединенном с впускным патрубком.
Одной из характерных особенностей насосов данного типа является возможность их работы без смазки и уплотнителей, подверженных износу, что гарантирует стабильность параметров на протяжении длительного периода времени без необходимости технического обслуживания. Смазка эффективна при перекачке жидкого масла, как в насосе гидроусилителя рулевого управления (ГУР), где масло постоянно циркулирует и не загустевает. Однако использование консистентной смазки в вакуумном насосе, работающем с воздухом, может привести к коксованию из-за высоких температур внутри устройства и заклиниванию пластин.
В связи с этим в вакуумных электронасосах применяются роторы, изготовленные не из металла, а из пластика, армированного углем, а также лопатки-пластины, выполненные из плотного графита. Эти материалы обеспечивают сухое скольжение по отполированным металлическим поверхностям полости и крышек без смазки, практически исключая образование продуктов износа.
Конструкция остальных компонентов вакуумного насоса довольно проста: это, по сути, стандартный коллекторный электродвигатель с постоянными магнитами, заключенный в пылезащитный корпус.
Неисправности и ремонт
Несмотря на значительную роль этого узла, обусловленную его функциями, отказ вакуумного насоса не является критичным для дальнейшего движения транспортного средства, поскольку он выполняет вспомогательные задачи. Да, чувствительность педали тормоза может временно снизиться, но при умеренном стиле вождения и редких торможениях водитель зачастую даже не замечает неисправность насоса в течение продолжительного периода времени. Это особенно вероятно, если система управления насосом реализована логически, без использования обратной связи от датчика разрежения, что означает, что электронный блок управления (ЭБУ) не получает информации о фактическом включении устройства.
Тем не менее, как уже отмечалось ранее, электрические вакуумные насосы отличаются высокой надежностью и выходят из строя крайне редко. Они функционируют эпизодически, в отличие от таких компонентов, как генератор или вентилятор системы кондиционирования воздуха, и даже спустя десятилетие эксплуатации у насоса обычно сохраняется работоспособность как механической части, так и щеток электродвигателя. Смазка не требуется, а влага не проникает внутрь из-за отсутствия циркуляции воздуха – при работе насос откачивает воздух из герметичного объема, а не забирает его из окружающей среды, как нагнетательный насос.
Однако поломки все же происходят. Одной из распространенных (хотя и редких) причин является неисправность вакуумной магистрали или датчика разрежения, что может привести к практически непрерывной работе насоса. Такой режим эксплуатации неприемлем для него, так как грозит перегревом. В результате возможны повреждения лопаток и ротора, оплавление пластикового узла щеток двигателя, а также пригорание обмоток.
Как правило, вакуумный насос заменяется целиком, поскольку он представляет собой неремонтопригодный узел. Однако, благодаря доступной стоимости на вторичном рынке, можно найти подержанный агрегат по вполне приемлемой цене. Вероятность приобретения устройства с дефектами или ограниченным сроком службы невелика, и зачастую нет необходимости проводить профилактическую разборку перед установкой – если при подаче напряжения 12 вольт насос издает характерный звук, его можно сразу устанавливать и подключать.
Тем не менее, ремонт иногда все же выполняется, заключаясь в попытке собрать функциональный агрегат из нескольких неисправных экземпляров. Вполне возможно объединить рабочий качающий модуль от одного устройства с электродвигателем от другого или заменить поврежденные лопасти на детали от донорского насоса. Также может потребоваться перепайка электрического разъема, расположенного на проводе питания, поскольку при разборке можно обнаружить аналогичный насос, предназначенный для автомобиля другой марки – в этом случае необходимо будет отрезать штатный разъем и припаять его вместо имеющегося. Возможна также необходимость модификации кронштейна крепления.
«Тюнинг»
Стоит отметить, что из-за высокой надежности и низкой частоты поломок вакуумные насосы не пользуются высоким спросом на вторичном рынке автозапчастей: они долго остаются на разборках, поэтому можно приобрести исправный агрегат с большим ресурсом за 1000–1500 рублей. Это привлекает внимание небольшого числа самодельщиков, однако существенного влияния на спрос и цены это не оказывает. Поэтому некоторые энтузиасты устанавливают эти устройства на автомобили, где дополнительный насос не предусмотрен конструкцией, а штатные тормоза оставляют желать лучшего – не из-за поломок, а из-за изначально недостаточной эффективности.
Подключение вакуумного насоса к системе осуществляется через тройник и обратный клапан, который соединяет его с родным вакуумным усилителем тормозов. Это обеспечивает одновременное удаление воздуха как из усилителя, так и во впускной коллектор, при этом исключая взаимное влияние этих процессов.
В самодельных системах подключения насосов электрическая схема обычно не интегрирована с электронным блоком управления (ЭБУ) и датчиками разрежения. Питание на насос подается напрямую от схемы, связанной с педалью тормоза посредством реле. При нажатии на педаль насос активируется, а при ее отпускании – деактивируется.
Для обеспечения безопасности работы системы требуется минимальное электронное вмешательство: достаточно недорогого таймера, приобретенного через онлайн-площадку для продажи подержанных вещей. Этот таймер ограничивает время функционирования насоса несколькими десятками секунд, даже если педаль тормоза остается нажатой дольше. Такая мера необходима для предотвращения перегрева узла в условиях городского движения, когда автомобиль чаще стоит, чем движется, и световые сигналы остановки постоянно включены.
