Dopravné palivové – podávacie čerpadlo

Palivové čerpadlo alebo palivové dopravné čerpadlo je súčiastka v palivovom okruhu motora, ktorá dopravuje palivo z nádrže do ďalších častí palivového okruhu. Tou je dnes väčšinou (vysokotlakové) vstrekovacie čerpadlo – priamovstrekové motory. V starších motoroch (nepriame vstrekovanie benzínu) to bol priamo vstrekovač alebo ešte u starších karburátor (plaváková komora).

Palivové čerpadlo môže byť v automobiloch poháňané buď mechanicky, hydraulicky alebo elektricky.

Mechanicky poháňané palivové čerpadlá

Membránové čerpadlo

V starších benzínových motoroch osadených karburátormi sa zvyčajne používa membránové čerpadlo (výtlačný tlak 0,02 až 0,03 MPa), ktoré sa ovláda mechanicky výstredníkovým (excentrickým) mechanizmom (zdvihátko, páka a výstredník). Keď je karburátor dostatočne zásobený palivom, ihlový ventil plavákovej komory je uzavretý, výtlačný ventil čerpadla otvorený a výtlačné potrubie zostáva pod tlakom, ktorý udržuje membránu v krajnej polohe mechanizmu. Doprava paliva je prerušená. Aj keď výstredníkový mechanizmus pracuje stále (aj pri bežiacom motore), zostáva pružina zaisťujúca výtlačný zdvih membrány čerpadla stlačená. Pri otvorení ihlového ventilu klesne tlak vo výtlačnom potrubí čerpadla a membrána tlačená pružinou vykoná výtlačný zdvih, čím opäť dosadne na zdvihátko alebo páku ovládacieho výstredníkového mechanizmu, ktorý pružinu s membránou opäť stlačí a cez sací ventil sa z nádrže nasaje palivo, ktoré putuje do plavákovej komory.

Zubové čerpadlo

Mechanicky poháňané môže byť aj zubové čerpadlo. To sa nachádza buď priamo vo vysokotlakovom čerpadle, kde s ním zdieľa pohon, alebo je samostatne umiestnené a má vlastný mechanický pohon. Zubové čerpadlo je poháňané mechanicky cez spojku, ozubené koleso alebo ozubený remeň. Zubové čerpadlo je jednoduché, vyznačuje sa malými rozmermi, nízkou hmotnosťou a veľkou spoľahlivosťou. Zvyčajne sa používa čerpadlo s vnútorným ozubením, ktoré vzhľadom k svojmu špeciálnemu ozubeniu nepotrebuje k utesneniu jednotlivých priestorov (komôr) medzi zuby a zubovými medzerami žiadne ďalšie tesniace prvky. Základom sú dve spoločne zaberajúce, protibežne sa otáčajúce ozubené kolesá. Tie dopravujú palivo v zubových medzerách od sacej k výtlačnej strane. Styková plocha medzi kolesami zabraňuje vráteniu paliva späť. S mechanicky poháňaným hriadeľom (od motora) je spojené vnútorné koleso s vonkajším ozubením, ktoré poháňa vonkajšie koleso s vnútorným ozubením. Zuby vytvárajú uzavreté prepravné komory, ktoré sa cyklicky zmenšujú a zväčšujú. Zväčšujúce sa komory sú spojené so vstupným (sacím) otvorom, zmenšujúce sa komory s výpustným (výtlačným) otvorom. Čerpadlo s kolesom s vnútorným ozubením pracuje s výtlačným tlakom až 0,65 MPa. Otáčky čerpadla, a teda aj dopravované množstvo paliva, závisí na otáčkach motora, a preto sa regulácia vykonáva škrtením na strane nasávania alebo prepúšťacím ventilom na výtlačnej strane.

Elektricky poháňané palivové čerpadlá

Podľa umiestnenia sa delia na:

• čerpadlá v potrubí (In-Line),
• čerpadlá v palivovej nádrži (In-Tank).

In-Line znamená, že čerpadlo sa môže nachádzať takmer v ktoromkoľvek mieste nízkotlakovej časti palivového vedenia. Výhodou je ľahšia výmena-oprava v prípade poruchy, nevýhoda potreba vhodného a bezpečného miesta ak nastane poškodenie – únik paliva. Čerpadlo ponorené do nádrže (In-Tank) je vymontovateľnou súčasťou palivovej nádrže. Montuje sa zvrchu nádrže a býva súčasťou palivového modulu, ktorý zahŕňa napr. čistič-sitko paliva, ponornú nádobku a snímač hladiny paliva.

Elektrické palivové čerpadlo je najčastejšie umiestnené v palivovej nádrži. Nasáva palivo z nádrže a dopravuje k vysokotlakovému čerpadlu (priamy vstrek) alebo k vstrekovačom. Musí zaistiť, že ani v extrémnych situáciách (jazda na plný plyn za vysokých vonkajších teplôt) nebudú vznikať vplyvom veľkého podtlaku bublinky v prívodnom vedení paliva. Tým pádom sa nesmú vyskytnúť ani nepravidelnosti chodu motora z dôvodu výskytu bubliniek paliva. Pary z bubliniek sa odvádzajú cez odvzdušňovacie hrdlo čerpadla späť do palivovej nádrže. Elektrické čerpadlo je aktivované po zapnutí zapaľovania (alebo otvorenia vodičových dverí). Čerpadlo beží asi 2 sekundy a vytvára pretlak v palivovom vedení. Počas žeravenia v prípade dieselových motorov je čerpadlo vypnuté, aby zbytočne nezaťažovalo akumulátor. Čerpadlo sa znova aktivuje, akonáhle motor naskočí. Elektricky poháňané palivové čerpadlá môžu byť zapojené v súčinnosti s imobilizérom alebo alarmom vozidla a sú ovládané riadiacou jednotkou. Riadiaca jednotka tak pri neoprávnenom použití vozidla zablokuje aktiváciu (prívod napätia) palivového čerpadla.

Elektrické palivové čerpadlo sa skladá z troch hlavných častí:

• elektromotor,
• samotné čerpadlo,
• pripojovacie veko.

V pripojovacím veku sú zabudované elektrické prípojky a tlaková prípojka pre palivové potrubie. Súčasťou je aj spätný ventil udržujúci naftu v palivovom vedení aj po vypnutí palivového čerpadla.

Z konštrukčného hľadiska delíme palivové čerpadlá na:

• zubové,
• odstredivé (s bočnými kanálmi),
• skrutkové,
• krídlové.

Čerpadlo zubové

Po konštrukčnej stránke je zubové čerpadlo na elektrický pohon rovnaké ako na mechanický pohon. S elektromotorom je spojené vnútorné koleso s vonkajším ozubením, ktoré poháňa vonkajšie koleso s vnútorným ozubením.

Čerpadlo skrutkové

Pri tomto type čerpadla je palivo nasávané a vytlačované dvojicou protibežných rotorov so skrutkovým ozubením. Rotory zaberajú do seba s veľmi malou bočnou vôľou a sú pozdĺžne uložené v telese čerpadla. Vzájomné otáčanie ozubených rotorov vytvára  prepravný priestor s meniacim sa objemom, ktorý pri otáčaní rotorov postupuje plynule v axiálnom smere. V oblasti vstupu paliva sa prepravný priestor zväčšuje, zatiaľ čo v oblasti výstupu sa zmenšuje, čo vytvára výtlačný tlak až 0,4 MPa. Vďaka svojej konštrukcii sa skrutkové čerpadlo často používa ako priechodné čerpadlo typu (In-Line).

Čerpadlo krídlové – valčekové

V telese čerpadla je výstredne – excentricky uložený rotor (kotúč), ktorý má na obvode radiálne drážky. V drážkach sú posuvne uložené valčeky, tvoriace tzv. krídla rotora. Jeho otáčaním vzniká odstredivá sila pritláčajúca valčeky k vnútornej strane telesa čerpadla. Každá drážka voľne vedie jeden valček, pričom valčeky pôsobia ako obežné tesnenie. Medzi dvoma valčekmi a obežnou dráhou sa vytvára uzavretý priestor (komora). Tieto priestory sa cyklicky zväčšujú (nasávajú palivo) a zmenšujú (tlačia palivo). Palivo sa takto dopravuje od prívodného (sacieho) otvoru k výstupnému (výtlačnému) otvoru. Krídlové čerpadlo dosahuje výtlačný tlak až 0,65 MPa. Elektrické valčekové čerpadlo sa používa hlavne v osobných a ľahkých úžitkových vozidlách. Vďaka svojej konštrukcii sa hodí ako čerpadlo typu In-Tank a nachádza sa priamo v nádrži.

A – pripojovacie veko, B – elektromotor, C – element čerpadla, 1 – výstup, výtlak, 2 – kotva motoru, 3 – element čerpadla, 4 – obmedzovač tlaku, 5 – vstup, sanie, 6 – spätný ventil.

1 – sanie, 2 – rotor, 3 – valček, 4 – základná doska, 5 – výstup, výtlak.

Čerpadlo odstredivé

V telese čerpadla sa nachádza rotor s lopatkami, ktorý otáčaním a následným pôsobením odstredivých síl prepravuje palivo od stredu k obvodu. Tlak v bočnom výtlačnom kanáli narastá kontinuálne, to znamená takmer bez kmitov (pulzácií) a dosahuje až 0,2 MPa. Takýto typ čerpadla sa používa ako prvý stupeň (predstupeň) v prípade dvojstupňového čerpadla na vytvorenie tlaku, ktorým sa odplyní palivo. V prípade samostatnej zástavby sa používa odstredivé čerpadlo s väčším počtom lopatiek rotora, ktoré dosahuje výtlačných tlakov až 0,4 MPa.

Dvojstupňové palivové čerpadlo

V praxi sa môžme stretnúť aj s dvojstupňovým palivovým čerpadlom. Tento systém kombinuje rôzne druhy čerpadiel do jedného palivového čerpadla. Prvý stupeň palivového čerpadla zvyčajne tvorí nízkotlakové odstredivé čerpadlo, ktoré nasáva palivo a vytvára malý tlak, čím sa odplyňuje palivo. Výtlak nízkotlakového čerpadla prvého stupňa je zavedený do vstupu (sania) druhého čerpadla s vyšším výstupným tlakom. Druhé – hlavné čerpadlo je zvyčajne zubové a na jeho výstupe sa vytvára potrebný tlak paliva pre danú palivovú sústavu. Medzi čerpadlami (výtlak 1. čerpadla so saním 2. čerpadla) je zabudovaný obmedzovací poistný ventil  pri prekročení nastaveného tlaku, na zabránenie hydraulického preťaženia hlavného palivového čerpadla.

Hydraulicky poháňané čerpadlá

Tento typ čerpadla je využívaný hlavne v zložitých – členitých palivových nádržiach. V členitej nádrži sa totiž môže stať, že pri preťažení (v zákrute) sa môže palivo odliať do miest mimo dosah sania palivového čerpadla, a tak je často nutné prečerpávať palivo z jednej časti nádrže do druhej. K tomu sa používa napr. ejektorové čerpadlo. Prúd paliva z elektrického palivového čerpadla nasáva otvorom trysky ejektoru z bočnej komory palivovej nádrže palivo a prepravuje ho potom ďalej do zbernej nádoby na čerpanie.

Príslušenstvo palivového čerpadla

Chladenie paliva

Vo vstrekovacích systémoch PD a Common-rail môže odpadné palivo následkom vysokého tlaku dosahovať značných teplôt, a preto je nutné toto palivo pred príchodom späť do palivovej nádrže ochladiť. Príliš horúce palivo vracajúce sa späť do palivovej nádrže by mohlo nádrž aj snímač zásoby paliva poškodiť. Palivo sa ochladzuje v chladiči paliva, ktorý je umiestnený pod podlahou vozidla. V chladiči paliva sa nachádza sústava pozdĺžne vedených kanálov, ktorými vracajúce palivo preteká. Samotný chladič je chladený vzduchom, ktorý prúdi pri jazde okolo chladiča.

Odvzdušňovacie ventily, nádobka s aktívnym uhlím

Benzín je veľmi prchavá kvapalina a prelievaním sa v nádrži a prúdením cez čerpadlo vznikajú benzínové pary a bubliny. Aby sa zabránilo úniku týchto palivových pár z nádrže a zariadení na prípravu zmesi, používa sa uzavretý palivový systém vybavený nádobkou s aktívnym uhlím. Benzínové výpary, ktoré sa vytvárajú pri chode ale aj pri vypnutom motore tak nemôžu unikať priamo do okolia, ale sú zachytávané prefiltrovávané cez nádobku s aktívnym uhlím. Aktívne uhlie má vďaka svojmu veľmi pórovitému tvarovaniu obrovskú plochu (1 gram okolo 1000 m²), na ktorom sa zachytáva plynné palivo – benzín. Pri naštartovanom motore je vytvorený podtlak vďaka tenkej hadičke vyvedenej zo sania motora. Vďaka podtlaku je z nádobky nasávania cez nádobku s aktívnym uhlím vedená časť nasávaného vzduchu. Uložené uhľovodíky sa odsávajú a privádzajú dovysávané skvapalnené palivo späť do nádrže cez regeneračný ventil. Činnosť samozrejme ovláda riadiaca jednotka.