Топливный насос и фильтр

Топливный насос и фильтр

Топливо подается в форсунки посредством электрического топливного насоса высокого давления роликового типа. Этот насос должен быть достаточно большим, чтобы обеспечивать большее количество топлива, чем необходимо при полностью открытой дроссельной заслонке на максимальной частоте вращения. Покидая топливный насос, топливо проходит через полнопоточный топливный фильтр с бумажным фильтрующим элементом, который удерживает все посторонние частицы, которые могут стать причиной засорения форсунок. Учтите, что, чтобы избежать снижения пропускной способности, фильтр надо регулярно менять. При установке обязательно обращайте внимание на направление стрелки, которая должна указывать направление движения потока. После того как топливо проходит через фильтр, оно продолжает перемещаться по топливопроводам в топливную рампу, а затем в каждую форсунку. Все это со стороны кажется достаточно простым процессом, однако, чтобы обеспечить необходимую интенсивность потока топлива в топливной рампе, при этом поддерживая нужное давление, необходимо использовать подходящие компоненты системы, а также установить их должным образом.

Так как топливный насос установлен на днище кузова или в топливном баке, очень часто все забывают, что заводской топливный фильтр может не обеспечивать достаточную пропускную способность вмодифицированном двигателе. Также не стоит забывать, что и топливный фильтр может ограничивать поток топлива.

Прежде всего необходимо рассчитать ожидаемую максимально допустимую пропускную способность двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке на максимальной частоте вращения двигателя. Нам необходимо выбрать насос, который может подавать большее количество топлива, чем необходимо, в двигатель, но следует быть осторожным, чтобы интенсивность потока не была слишком высокой, так как, если избыток топлива будет возвращаться в приемный стакан топливного насоса, а не в топливный бак, слишком большое количество топлива будет циркулировать по закрытому контуру, нагреваясь все больше и больше при прохождении через топливную рампу (рис. 13.9). Имея это в виду, япредпочитаю использовать теоретический избыток подачи 30%, используя формулу:

Пропускная способность топливного насоса (см³/мин) = HP x K,

где HP – максимальная мощность;

K = 7,3 для двигателей с наддувом.

Рис. 13.9. Топливопроводы системы питания.

1. Топливный бак.
2. Подающий насос с приемным стаканом.
3. Приемный стакан.
4. Насос высокого давления.
5. Топливный фильтр.
6. Топливная рампа и форсунки.
7. Регулятор давления топлива.
8. Всасывающий трубопровод насоса.
9. Подающие топливопроводы высокого давления.
10. Возвратные топливопроводы.

Поэтому в двигателе мощностью 280 л.с. потребуется установить систему питания с пропускной способностью 2044 см³ (примерно 2 л) в минуту. Учтите, что мы говорим не о 2,0 л топлива, которые свободно протекают в открытый контейнер, а скорее о 2,0 л топлива, которые текут от насоса под давлением в системе питания. При увеличении давления в системе питания пропускная способность насоса будет снижаться, так как насос будет работать под нагрузкой, чтобы переместить топливо в топливопроводы. Обычно давление топлива в системе устанавливается на уровне 3,0–3,5 бар, при этом пропускная способность сократится на 20–30%, а при давлении 4,0–4,5 бар пропускная способность снизится до 25–35%. Теперь, если вам необходимо установить нагнетатель с давлением наддува 1,0 бар, давление в топливной рампе увеличится с 4,0–4,5 бар до 5,0–5,5 бар. При подобном давлении пропускная способность насоса сократится примерно на 33–45%.

Посмотрев таблицу 3.3, вы увидите, что интенсивность потока значительно снижается при использовании заводских насосов по сравнению снасосами, предназначенными для работы при высоком давлении, особенно в системах с установленным регулятором с давлением, изменяющимся в зависимости от давления в коллекторе. В последнем случае пропускная способность насоса при максимальном давлении наддува может сократиться только на треть, если исходное значение давления составляло около 3,0 бар.

Старайтесь «не терять» октановое число топлива

Большинство гонщиков знает, что высокооктановые виды топлива для гонок, особенно неэтилированные виды топлива, могут «выдохнуться», при этом легкие фракции будут испаряться ватмосферу. Поэтому учтите, что все емкости с топливом должны герметично закрываться, чтобы эти присадки (часто ароматические углеводороды) не «потеряли» свои легкие фракции. Однако нередко об этом забывают, и подобный процесс может произойти даже в топливном баке гоночного автомобиля, когда топливу позволяют нагреваться. Следовательно, во время гонки октановое число топлива будет постепенно снижаться, и, если электронный блок управления не был запрограммирован на компенсацию изменения температуры топлива, топливовоздушная смесь станет обедненной, а октановое число топлива понизится. Конечно же, как минимум сократится мощность двигателя, а в худшем случае двигатель может быть поврежден. Поэтому топливный бак необходимо изолировать при помощи тепловых экранов от тепла компонентов системы выпуска отработанных газов, тормозной системы, коробки передач и шин. К тому же необходимо проверить избыток подачи топливного насоса. В противном случае большие объемы топлива, нагревающиеся при циркуляции по контуру системы питания, будут попадать обратно в топливный бак. Некоторые гонщики устанавливают охладитель топлива на возвратный топливопровод, но подобный охладитель не стоит устанавливать, если вы не можете обеспечить его полную защиту от попадания камней и других посторонних частиц на треке. В противном случае герметичность охладителя может быть нарушена, что может привести к возгоранию. На самом деле лучше установить охладитель топлива в автомобиле около топливного бака, при этом он должен быть оснащен сетчатым воздуховодом, пропускающим охлаждающий воздух.

Таблица 13.3. Пропускная способность топливного насоса

Насос А – обычный насос компании Bosch с легкового автомобиля, оснащенного заводским шестицилиндровым двигателем.

Насос В – насос Bosch Motorsport 0580 152460.

Преимущества использования нескольких насосов

Чтобы увеличить пропускную способность, мы можем либо установить насос больших размеров, либо попробовать использовать два и более насоса, подсоединенных параллельно. Насосы больших размеров стоят недешево, а на легковом автомобиле весь избыток топлива будет возвращаться в топливный бак при движении на крейсерской скорости, что приведет к повышению температуры топлива, к тому же потребление энергии электрической системы значительно возрастет. Обычно несколько небольших насосов намного эффективнее, если проблема веса не стоит остро. При использовании нескольких насосов в легковом автомобиле лучше провести провода от каждого насоса к отдельному реле, чтобы дополнительные насосы приводились в действие только в том случае, когда необходимо увеличение пропускной способности и давления. Этого легко достичь, используя мембранный переключатель, подсоединенный к впускному коллектору, или посредством кулачка, установленного на оси дроссельной заслонки, который закрывает микровыключатель, чтобы активировать реле насоса.

Другим преимуществом использования нескольких насосов является то, что их можно приобрести недорого на разборке. В начале 1980-х вбольшинстве автомобилей использовалась система механического впрыска топлива компании Bosch с рабочим давлением 4,0–6,0 бар. Следовательно, эти насосы будут идеально подходить для двигателей с наддувом, так как снижение пропускной способности будет менее значительным (обычно на уровне снижения пропускной способности в насосах Bosch Motorsport). Кроме насосов, указанных в таблице 13.4, вы также найдете насосы высокого давления с пропускной способностью, подобной той, что указана для автомобиля Mercedes 280, а также автомобилей 1980-х годов Audi серии 4000 и 5000, Saab с турбированным двигателем и Volvo серии 260. Последние модели автомобилей стурбированными двигателями и электронным впрыском топлива также отлично подходят для этих целей, но при более высоком давлении их пропускная способность будет снижаться быстрее, как у насоса А в таблице 13.3. В японских автомобилях часто используются насосы Nippon Denso, конструктивно очень похожие на насосы компании Bosch. Как и насосы Bosch, они довольно надежны.

Таблица 13.4. Топливные насосы Bosch

^*1Впускное и выпускное отверстия с зазубринами.

^*2Впускное отверстие с зазубринами и выпускное отверстие с резьбой 12мм.

^*3Модели автомобилей, выпущенные в 1980-х годах, с системой механического впрыска топлива K-Jetronic (некоторые были оснащены кислородным датчиком).

К системе подачи топлива необходимо отнестись серьезно. В данном случае автомобиль оснащен двумя насосами Bosch Motorsport, а топливный фильтр расположен под топливным баком.

Проверка пропускной способности системы питания

Некоторые считают, что необходимо снять всю систему питания, а также двигатель, затем установить все эти компоненты на динамометрический стенд, чтобы определить, пропускает ли насос достаточное количество топлива при соответствующем давлении в системе. Следовательно, чтобы настроить двигатель, необходимо также снимать систему питания и устанавливать ее на динамометрический стенд, чтобы принять в расчет ограничения пропускной способности, вызванные топливным фильтром и топливопроводами. Затем отсоединяют возвратный топливопровод иопускают его в контейнер, чтобы увидеть, попадает ли избыток топлива в бак при полностью открытой дроссельной заслонке на максимальной частоте вращения (в таком случае топливо будет вытекать из возвратного топливопровода). Не говоря уже о том, что подобное количество топлива само по себе опасно, подобное тестирование на самом деле является тратой времени. Вы можете легко выполнить безопасную проверку в своем гараже, точно определив пропускную способность на топливной рампе.

Для этого необходимо установить всю систему питания в автомобиль. Двигатель не обязательно должен оставаться в моторном отсеке, но топливная рампа и форсунки должны быть подсоединены. Регулятор давления топлива необходимо настроить в соответствии с рабочим давлением в системе. Если речь идет о турбированном двигателе с регулятором с давлением, изменяющимся в зависимости от давления в коллекторе, необходимо будет настроить давление регулятора в соответствии с давлением наддува. Это можно сделать очень просто, установив тройник на регулятор. Регулятор давления топлива подсоединен к одному выходу тройника, а вентиль насоса для накачивания шин – к другому, чтобы создать необходимое «давление наддува» в регуляторе. Теперь отсоедините шланг топливного насоса и направьте его в контейнер с нанесенной шкалой. Подайте питание на топливный насос, чтобы создать необходимое давление, затем слейте контейнер и включите топливный насос на две минуты. Количество топлива в контейнере, разделенное на два, и будет пропускной способностью системы питания. Конечно же, пропускная способность не должна быть ниже, чем результат, полученный при более ранних расчетах.

Топливо в приемный стакан должно подаваться таким же насосом, как и насос высокого давления, к тому же рекомендуется использовать несколько заборных трубопроводов.

При выполнении данного тестирования может возникнуть одна проблема, если электрическая система вашего автомобиля некачественная. Так как единственной нагрузкой во время тестирования будет работа насоса, напряжение может быть намного выше, чем, например, при обычном режиме работы, когда включено и другое электрическое оборудование. Поэтому стоит ожидать снижения пропускной способности примерно на 12% при падении напряжения на 1В. Например, если напряжение на насосе составит 10,6В, а не 12,6В, пропускная способность уменьшится на 24%. Избежать этого нежелательного обстоятельства можно, используя провода подходящего размера, обеспечив надежные соединения идостаточную емкость генератора.

Подача топлива к насосу

Однако подача топлива к форсункам – это только часть уравнения. Нам также необходимо доставить топливо к насосу. В гоночных автомобилях стопливными элементами и расположенными должным образом заборными трубопроводами это не является серьезной проблемой, ну а что, если ввашем автомобиле установлен стандартный стальной топливный бак? Если уровень топлива падает, он может опуститься ниже заборного трубопровода под воздействием перегрузок, вызванных поворотом, торможением или ускорением. В этот момент топливный насос будет прокачивать воздух. Давление топлива упадет, и двигатель может заглохнуть. Даже автомобили с отличными системами впрыска и хорошо сконструированными заборными трубопроводами в топливном баке могут столкнуться с этой проблемой после модификаций для использования вгонках.

Самым простым решением является использование второго насоса, который подкачивает топливо в приемный стакан достаточного размера, чтобы обеспечить двигатель топливом в течение по крайней мере 30 секунд (рис. 13.10). Для нашего двигателя мощностью 280 л.с. этот объем составит около 1 л. Так как этот компонент не будет работать под давлением, его можно легко изготовить из трубопровода диаметром 3 дюйма. Можно использовать трубопровод системы выпуска отработанных газов, но, если вас заботит внешний вид, можно использовать трубопровод из нержавеющей стали или алюминия.

Рис. 13.10. Приемный стакан.

Я предпочитаю использовать тот же тип насоса для подачи топлива в приемный стакан, что и в качестве насоса высокого давления, но запомните, что эти насосы не любят выкачивать топливо из бака, поэтому их необходимо устанавливать как можно ниже за топливным баком. К этому насосу подсоединяются два или четыре заборных трубопровода в зависимости от перегрузок, которым подвергается автомобиль, а также от того, будет ли он участвовать в гонках на большие расстояния. В таком случае возможность выкачивать последние капли топлива также будет играть немаловажную роль. Вы также можете использовать два или четыре насоса низкого давления. Используя только два насоса, заборные трубопроводы можно расположить в задней части бака по обеим сторонам. При установке четырех насосов заборные трубопроводы можно расположить по обеим сторонам в передней и задней частях бака. Некоторые, однако, предпочитают использовать небольшой насос, чтобы подкачивать топливо в приемный стакан, а затем проводить возвратный топливопровод к приемному стакану, а не к топливному баку. Я не считаю, что это хорошая идея, по двум причинам: прежде всего это возможно, только если приемный стакан не имеет достаточно большой размер ине может работать пустым при высокой нагрузке на двигатель и высокой частоте вращения, кроме того, при незначительной нагрузке на двигатель топливо будет нагреваться, циркулируя по закрытому контуру, поэтому топливовоздушная смесь будет слишком обедненной.

Требования к всасывающему трубопроводу, топливопроводу и топливной рампе

И всасывающий трубопровод, и топливопровод, идущий от топливного бака к насосу, и топливопровод, соединяющий насос и топливную рампу, должны быть одинакового размера с изгибами соответствующего радиуса, чтобы не ограничивать интенсивность потока топлива. В таблице 13.5 указаны примерные уровни мощности, которые могут выдержать трубопроводы разных размеров. Учтите, что при использовании трубопроводов из нержавеющей стали в оплетке их внутренний диаметр будет меньше, чем указано в таблице, однако, так как используются только отрезки небольшой длины, это не должно стать проблемой.

Таблица 13.5. Пропускная способность топливопроводов

Рассматривая пропускную способность топливопроводов, не стоит забывать о топливной рампе. По сравнению с топливопроводами создается впечатление, что размер топливной рампы слишком большой, и, следовательно, вряд ли в этом участке поток может быть ограничен. Однако, так как потоку топлива приходится сделать крутой поворот на 90° от топливной рампы к форсункам, происходит серьезный разрыв потока. Единственным способом устранения этой проблемы является увеличение размеров топливной рампы. Топливная рампа больших размеров не только позволит потоку топлива проходить свободнее к форсункам, но также значительно увеличит объем топлива, который может храниться под давлением и будет готов к впрыску в каждую форсунку. Когда форсунка открывается, давление будет незначительно снижаться, как, например, втех случаях, когда кто-то открывает другой кран, когда вы принимаете душ. В системах парного впрыска, где все форсунки открываются одновременно, падение давления будет более ощутимым. Обычный манометр не покажет падение давления: оно будет слишком быстрым, чтобы его обнаружить. Однако эта пульсация в топливной рампе создает турбулентность, которую можно преодолеть, только используя топливные рампы больших размеров с двойными впускными каналами для топлива.

Другой подход к системе с первичными и вторичными форсунками

Давайте вернемся к моим комментариям в главе11 относительно преимуществ системы с двумя комплектами форсунок. Тогда мы считали, что преимущества данной системы в том, что она позволяет нам использовать более дешевые виды топлива в основном баке при низком давлении наддува и при движении на крейсерской скорости, а также наслаждаться преимуществами использования толуола или топлива Avgas для вторичной системы впрыска при более высоком давлении наддува или при высокой нагрузке на двигатель. Теперь я хочу привести еще один аргумент, не забывая о сказанном ранее.

В начале данной главы вы смогли понять, что использование наддува потребует значительного увеличения интенсивности потока топлива. Мы рассмотрели форсунки больших размеров, топливные насосы и топливопроводы, а также обсудили проблему перепрограммирования электронного блока управления с целью эффективного использования оборудования, обеспечения необходимой интенсивности потока, следовательно, большей мощности. Все это стоит денег, а по завершении проекта вы можете обнаружить в моторном отсеке большое количество дорогих деталей, которые совершенно не эффективны. На самом деле вся система питания, а также система управления двигателем, возможно, были модифицированы чрезмерно.

Можно ли избежать этого полностью или хотя бы частично? В общем, если говорить о легковых автомобилях, я бы ответил: «Да». В случае сгоночными автомобилями ответ также может быть положительным, но это будет зависеть от соответствующих ограничений в классе гонок иот того, хотите ли вы выполнить регистрацию данных, так как большая часть заводских блоков управления не поддерживают эту функцию.

Как уже упоминалось ранее, система двухэтапного впрыска топлива кроме специального топливного бака, топливного насоса, регулятора давления топлива и трубопроводов содержит полный комплект дополнительных форсунок, а также один электронный блок управления, предназначенный только для управления компонентами этой системы.