Принято считать, что в любом автомобиле источником вакуума для работы тормозов и разных вспомогательных приводов является впускной коллектор. Поэтому о существовании отдельного вакуумного насоса под капотом знает не каждый владелец автомобиля.
Ну, насчет «любого автомобиля» – это, конечно, я ляпнул несколько опрометчиво… «Дизелисты» и даже технически осведомленные «бензинщики» в курсе (ну или что-то слышали краем уха), что во впускных коллекторах дизельных двигателей вакуума недостаточно, и для его создания используются отдельные вакуумные насосы. Но вот то, что они есть и во многих бензиновых автомобилях, знают не все. Зачем они там? И почему на одних машинах этот узел необходим, а на других (иногда той же модели, но в иной комплектации!) – спокойно обходятся без него?
Где встречается вакуумный насос, помимо дизелей?
Ну, во-первых, дополнительными вакуумными насосами оснащают машины с турбированными бензиновыми двигателями. Как известно, турбина создает повышенное давление воздуха во впускном коллекторе, и на высоких оборотах работа вакуумного усилителя тормозов становится неэффективной. В этом случае нужный уровень разрежения в усилителе тормозов поддерживает дополнительный вспомогательный вакуумный насос. Соответственно, на точно такой же модели авто, но с атмосферным мотором, допнасоса может не быть. А может и быть! Дополнительный насос полезен, к примеру, при эксплуатации автомобиля на горных дорогах, где атмосферное давление понижается и ослабляет эффективность работы вакуумника тормозов.
Во-вторых, вакуумные насосы часто стоят на бензиновых двигателях с экологическим классом Евро-4 и выше. Для выполнения требований эко-норм ряд производителей используют особый алгоритм работы холодного двигателя с целью ускорения прогрева и уменьшения токсичности выхлопа. Блок управления, ориентируясь на датчик температуры, принудительно приоткрывает электрическую дроссельную заслонку на холодном моторе, увеличивая количество поступающего воздуха. При этом обороты не растут, поскольку количество топлива ограничивается длительностью открытия форсунок. Это нужно для ускорения прогрева каталитического нейтрализатора. В таком режиме во впускном коллекторе создается недостаточное разрежение, и если вам придется начать двигаться или, скажем, удерживать машину на месте тормозами на спуске или подъеме, то эффективную работу вакуумного усилителя обеспечит как раз вспомогательный насос.
В-третьих, в дополнительном источнике вакуума нуждаются машины с системой «старт-стоп», у которых двигатель систематически глушится, переставая создавать естественный вакуум во впускном коллекторе. А также такой узел необходим для стремительно растущего сегмента электроавтомобилей, у которых традиционного для двигателей внутреннего сгорания источника вакуума нет в принципе.
Как устроена насосная часть и как приводится в движение?
Насосная часть у большинства таких узлов представляет собой лопастной нагнетатель с подвижными лопатками, расходящимися в стороны при вращении под действием центробежной силы. Аналогичным образом, к примеру, устроен любой насос ГУР. Хотя бывают и редкие исключения – например, у Mercedes встречается вакуумный насос поршневого типа – поршень представляет там плоскую тарелку большого диаметра с резиновым уплотнителем и очень коротким ходом, движущуюся за счет толчков кулачком от распредвала. Собственно, по сути, это очень близко к устройству мембранного насоса – а-ля классический карбюраторный бензонасос. Только мембрана тут жесткая и не закрепленная по своему периметру.
Привод в движение насосной части вакуумных насосов также бывает различным. На дизелях чаще встречается прямой привод – когда вал насоса непосредственно вращается от распредвала или какого-то промежуточного валика. В этом случае насос установлен на блоке цилиндров или голове двигателя. Бывает, что на валу насоса напрессована зубчатая шестерня, и она приводится в движение цепью внутри двигателя. Изредка встречается насос, смонтированный на моторе как внешнее навесное оборудование и вращаемый ремнем – как на некоторых грузовиках.
Тем не менее наиболее распространенным вариантом вспомогательного вакуумного насоса является автономный узел, работающий от собственного электродвигателя. Этот вариант чаще всего применяется именно на бензиновых машинах, и его достоинствами являются независимость производительности от оборотов двигателя автомобиля, гибкое управление с помощью электроники и свобода размещения его в любом месте подкапотного пространства.
Управляется такой насос электроникой – либо по датчику разрежения, либо по жесткой логике. Первый вариант – более продвинутый, второй – более старый.
В современном варианте электроника контролирует разрежение по датчику в режиме реального времени и включает насос, как только разрежения стало недостаточно. Если в вакуумном тракте возникают утечки, насос включается чаще.
В простом варианте электроника считает, что насос нужно включать на определенный временной интервал (например, 10 секунд) после каждого, скажем, третьего нажатия на педаль тормоза. О реальном состоянии дел в вакуумной магистрали электроника не осведомлена.
Разбираем и изучаем электрический вакуумный насос
Один из самых распространенных электрических вакуумных насосов легковых машин – это модель UP-28, которую Hella выпускает для множества автомобильных брендов Европы и США. Насос может иметь различные фирменные индексы, различные варианты кронштейнов для крепления, обладать встроенным обратным клапаном или нет – но принципиально это один и тот же насос.
Конструктивно насос весьма прост, но, как и многие простые узлы, он очень технологичен и выполнен с использованием деталей, требующих высокоточной, практически прецизионной обработки.
Собственно, качающий модуль, создающий вакуум, как выше говорилось, представляет собой лопастной (пластинчатый) насос. Ротор с лопатками помещен в цилиндрическую полость и закрыт сверху и снизу двумя крышками. Деталь, образующая полость, а также крышки имеют очень высокую чистоту обработки поверхностей и привалочных плоскостей.
Ротор насоса представляет собой диск с концентрическими пазами, в которые вставлены нагнетающие лопатки. Ротор установлен не по центру, а со смещением к одной из сторон, и из-за этого, несмотря на цилиндрическую форму полости, рабочий объем приобретает форму эллипса. Поэтому, когда лопатки проходят по С-образному пустому объему, центробежная сила выдвигает их из своих пазов и прижимает к стенке полости, а после прохождения С-образного сектора лопатки возвращаются в пазы за счет прижима к стенке полости. Таким образом, в процессе вращения постоянно формируются полости с изменяющимся объемом, которые гонят воздух, выкачивая его наружу через выпускной патрубок и создавая разрежение в шланге, подключенном к впускному патрубку.
Интересная особенность насосов такого типа заключается в том, что они способны работать без смазки и изнашивающихся уплотнителей, обеспечивая стабильные параметры без обслуживания в течение очень долгого времени. Смазка в пазах лопаток хороша, когда такой насос качает именно жидкое масло, постоянно – как в насосе ГУР, к примеру. Там масло постоянно циркулирует и не густеет. Если же в вакуумном насосе, работающем с воздухом, смазать пластины ротора консистентной смазкой, то масло рано или поздно закоксуется (температура при работе внутри насоса все же высокая!) и пластины залягут.
Поэтому в вакуумных электронасосах применяется специфический ротор – не из металла, а из угленаполненного пластика. И пластины-лопатки, спрессованные из разновидности плотного графита. Эти материалы превосходно скользят на сухую по полированному металлу полости и крышек без смазки, практически не образуя продуктов износа!
Остальные элементы насоса достаточно незатейливые. В сущности, это простой коллекторный электромоторчик с постоянными магнитами и пылешумозащитная крышка.
Хотя, как уже говорилось выше, электрические вакуумные насосы достаточно надежны и из строя выходят очень редко. Работают они не постоянно, как, например, генератор или вентилятор климатической системы, а периодично, и даже через десяток лет у насоса обычно вполне жива и качающая часть, и щетки электродвигателя. Смазка им не требуется, а разрушающая влага в них не попадает ввиду того, что отсутствует циркуляция воздуха через насос – при работе он откачивает воздух из глухого объема, а не перегоняет его из атмосферы, как нагнетающий насос.
Тем не менее выход их из строя случается. Одна из типичных (хотя и, повторюсь, нечастых) поломок связана с неисправностью вакуумного тракта или датчика разрежения в нем, из-за чего насос может начать молотить почти непрерывно. А такой режим для него неприемлем, поскольку грозит сильным перегревом. В этом случае возможны разрушения лопаток и ротора, оплавление пластикового щеточного узла двигателя, пригорание обмоток.
Вакуумный насос, за редкими исключениями, – узел, заменяемый в сборе. Но при его доступной цене на вторичке нетрудно приобрести подержанный агрегат без удара по кошельку. Вероятность приобретения неисправного узла или с малым остаточным ресурсом крайне мала, и обычно купленный подержанный насос даже не обязательно профилактически разбирать перед монтажом – если при подаче 12 вольт он жужжит, то можно ставить и подключать сразу, как есть.
Если все же ремонт и осуществляется, то обычно это попытка собрать один насос из пары-тройки поврежденных – вполне можно скомбинировать качающий модуль от одного экземпляра с моторчиком от другого. Или заменить поврежденные лопасти на донорские. Также случается перепаивать электрический разъем на проводе питания, поскольку на разборке может оказаться лишь аналогичный насос от машины иной марки – в этом случае придется отрезать от родного «фишку» разъема и припаять ее вместо той, что стоит на купленном. Ну и возможно «поколхозить» с иным кронштейном крепления.
«Тюнинг»
Кстати, по причине надежности и редкого выхода из строя вакуумные насосы не востребованы на вторичном рынке запчастей: на разборках они залёживаются, и поэтому купить исправный насос с большим остаточным ресурсом можно за 1-1,5 тысячи рублей. Это привлекает к ним некоторое количество самодельщиков – небольшое, впрочем, поскольку существенного спроса на эти железяки они не формируют и цены особо не растут. Так что некоторые самодельщики с удовольствием ставят эти устройства на машины, где дополнительный насос штатно не предусмотрен, а родные тормоза оставляют желать лучшего – не из-за неисправности, а сами по себе изначально.
По вакуумной части насос подключают к родному вакуумному усилителю тормозов через дополнительные тройник и обратные клапана – чтобы из усилителя высасывался воздух и во впускной коллектор, и в насос, причем без их взаимного влияния друг на друга:
А по электрической части насосы в «колхоз-варианте» подключают обычно без какой-либо связи с ЭБУ и без датчиков разрежения – элементарно подавая на них питание от «лягушки» педали тормоза через реле. Нажали на педаль – заработал насос. Отпустили – выключился.
Единственная электроника, которая нужна, это копеечный таймер с онлайн-барахолки, который ограничивает время работы насоса несколькими десятками секунд, даже если педаль тормоза продолжает удерживаться дольше. Это необходимо, чтобы спасти узел от перегрева в пробках, когда машина дольше стоит, чем движется, и стоп-сигналы постоянно светятся.
