Bilim.techО проекте

Топливная система низкого давления

Почему двигатель теряет мощность, хотя топливо в баке есть? Забивай фильтры, наливай воду в сепаратор, впускай воздух на всасе и морозь летнее топливо: смотри на разрежение, давление подкачки и мощность.

01 Что это такое

Топливная система низкого давления берет топливо из бака, очищает его от грязи и воды и подает к насосу высокого давления под давлением 4–6 бар.

Это первая половина топливной системы, до ТНВД. Подкачивающий насос сосет топливо из бака через фильтр грубой очистки с сепаратором воды, поэтому на этом участке не давление, а разрежение. Дальше насос гонит топливо через фильтр тонкой очистки к ТНВД. Насос качает больше, чем сжигает двигатель, и лишнее топливо по обратной линии возвращается в бак, заодно унося тепло. Датчики давления и воды сообщают блоку управления, все ли в порядке. Что происходит после ТНВД, разбирает тема 3.5 «Топливная система Common Rail».

Как сепаратор отделяет водубумага с водоотталкивающей пропиткойтопливо проходит, капли воды задерживаютсямелкие капли сливаются в крупныевода тяжелее топлива и опускается вниздатчик водыдва электрода: вода проводит ток, топливо нетсливной кранводу сливают каждую смену и по сигналу датчикаиз бакак насосу
Вода в топливе появляется от конденсата в баке, особенно когда горячее топливо из обратной линии остывает. Сепаратор ловит ее до насоса.
Δpвс
Разрежение на всасе, кПа. Насколько давление перед насосом ниже атмосферного. С чистым фильтром около 10 кПа, предел обычно около 27 кПа.
p
Давление подкачки, бар. Давление топлива перед ТНВД. Если оно ниже нормы, ЭБУ ограничивает мощность, чтобы ТНВД не работал всухую.
ПТФ
Предельная температура фильтруемости, °C. Ниже нее парафин из топлива забивает фильтр. У летнего топлива около −5 °C, у арктического около −44 °C.
02 Опыт
Забивай фильтры, наливай воду, впускай воздух, морозь. Смотри на разрежение и давление. ОТ БАКА ДО ТНВД
ДВИГАТЕЛЬ

Дойдет ли топливо до ТНВД?

Рис. 3.10
Разрежение и слив Давление подкачки Давление вдоль пути

ГОТОВЫЕ СЛУЧАИ
Разрежение на всасе
Давление подкачки у ТНВД
Мощность двигателя
03 Формулы по буквам

Разрежение, давление и парафин

До насоса топливо тянется разрежением, и его запас мал: атмосферное давление толкает топливо в насос не сильнее чем на 1 бар, на 4000 м всего на 0,62 бара, а пузыри появляются гораздо раньше. После насоса запас по давлению большой. Числа под формулами берутся из опыта.

Сколько разрежения нужно насосу?

Δpвс = Q · R · k

Чем больше расход и сопротивление на всасе, тем сильнее насос должен разрежать. Сопротивление растет, когда забивается фильтр грубой очистки и когда топливо густеет на холоде. Если разрежение слишком большое, из топлива выделяются пузырьки, и насос начинает качать пену.

Δpвс
разрежение перед насосом, кПа
Q
подача насоса, л/мин (здесь 20)
R
сопротивление заборника и чистого фильтра, 0,5 кПа на л/мин
k
во сколько раз сопротивление выросло от грязи, парафина и холода

Какое давление дойдет до ТНВД?

p = min(pрег; pmax − Δpф)

Перепускной клапан держит давление около 5,5 бар и сливает лишнее в бак. Пока фильтр тонкой очистки чистый, насосу хватает запаса. Когда перепад на фильтре съедает этот запас или насос подает меньше, чем сжигает двигатель, давление падает.

p
давление подкачки перед ТНВД, бар
pрег
давление, которое держит перепускной клапан, 5,5 бар
pmax
наибольшее давление насоса, 10 бар
Δpф
перепад на фильтре тонкой очистки, бар

Выпадет ли парафин?

Tф > ПТФ + запас

Дизельное топливо содержит парафины. На холоде они кристаллизуются, топливо мутнеет, а ниже предельной температуры фильтруемости кристаллы забивают фильтр. Поэтому зимой заливают зимнее или арктическое топливо и греют фильтр. Подробнее о составе топлива в химии: «Топливо и горение».

Tф
температура топлива у фильтра, °C: воздух плюс подогрев
ПТФ
предельная температура фильтруемости топлива, °C
запас
5–10 °C: топливо в баке холоднее, чем у подогретого фильтра

Почему на всасе течь не капает, а сосет воздух

После насоса давление выше атмосферного, и любая неплотность видна сразу: топливо капает и мокнет. До насоса все наоборот, там разрежение. Через ослабший хомут, трещину шланга или неплотную крышку фильтра топливо не вытекает, а внутрь засасывается воздух. Снаружи сухо, а двигатель троит, плохо заводится после стоянки и теряет мощность.

Найти подсос помогает прозрачная колба сепаратора или прозрачная трубка, временно вставленная на всас: в ней видны пузыри. После любой замены фильтров или работы на всасе воздух из системы удаляют ручным насосом: качают, пока он не станет тугим, а из открытого штуцера не пойдет топливо без пузырей.

Новый фильтр тонкой очистки не заливают топливом заранее: грязь из канистры попала бы на чистую сторону прямо к ТНВД. Его заполняют прокачкой. Почему ТНВД и форсунки так боятся частиц и воды, показывает тема 3.5, а как оценить чистоту жидкости, тема «Чистота масла и фильтрация».

до насоса: разрежениепосле насоса: давлениевоздух внутрьснаружи сухотечь видна−10…−30 кПа+5,5 бар
Одинаковый ослабший хомут. Слева он пускает воздух, и его не видно, справа течет топливо, и его сразу заметно.
04 Где и зачем это применяют

Каждая смена и каждое ТО

Допущения модели+

Двигатель класса QSK60 на полной нагрузке, расход 8 л/мин. Шестеренный насос подает 20 л/мин, его наибольшее давление 10 бар, перепускной клапан держит 5,5 бар. Сопротивление на всасе 0,5 кПа на литр в минуту с чистым фильтром, оно растет с засорением как 1 + 10·c², предел, после которого насос качает пену, взят 35 кПа. Перепад на фильтре тонкой очистки 0,3 бар у чистого и растет как 1 + 30·c³. Вязкость топлива растет на холоде по экспоненте, у зимнего и арктического топлива она меньше. Парафин начинает забивать фильтры за 3 °C до ПТФ, подогрев добавляет 15 °C у фильтра. Воздух снижает подачу насоса на 30–40 % и вызывает перебои. ЭБУ ограничивает мощность ниже 3,5 бар и глушит двигатель ниже 1 бар. Реальные пороги датчиков и интервалы замены берутся из руководства на машину.

Еще в направлении «Инженерия»

Все темы направления «Инженерия» →