Для чего нужна топливная система
Устройство и принцип работы топливной системы
Рассмотрим устройство, назначение и принцип работы топливной системы (ТС) автомобиля. Остановимся на конструкционных особенностях различных видов ТС.
Устройство топливной системы двигателя и её назначение
Топливная система автомобиля — это система питания двигателя топливом. Главная функция топливной системы заключается в питании двигателя топливом. Кроме того, топливная система отвечает за хранение и очистку топлива.
Рассмотрим устройство топливной системы двигателя. Элементами топливной системы автомобиля являются бак, топливоприводы, насос, устройства смесеобразования, инжекторы, фильтры.
Как работает топливная система автомобиля?
Как известно, бензин, дизель сгорает внутри камеры цилиндра двигателя. Топливная система предназначена для своевременного введения точно отмеренного количества топлива в цилиндр двигателя.
Дозирование может осуществляться посредством ТНВД (топливного насоса высокого давления) или инжектора – управляемой форсунки. Второй вариант характерен, например, для решения Common Rail – разработки компании Bosch. В этом случае мы имеем дело с контуром высокого давления. С ним успешно удаётся оптимизировать расход топлива (добиться снижения расхода), а также минимизировать уровень токсичности отработавших газов. Кроме того, расширяется диапазон регулирования давления и момента начала впрыска. Это возможно за счет разделения процессов впрыска и создания давления.
При введении топлива в поступающий цилиндр бензинового двигателя воздух позволяет подготовить топливовоздушную смесь необходимого состава, которая способна воспламениться от электрического искрового разряда. Он, в свою очередь, создаётся катушкой зажигания на электродах свечи зажигания.
В случае, когда впрыск бензина производится непосредственно в цилиндр двигателя, то смесеобразование происходит непосредственно внутри цилиндра двигателя. При этом важно отметить, что в бензиновых двигателях с непосредственным впрыскиванием топлива воспламенение топливовоздушной смеси осуществляется свечами зажигания, оснащенными не менее чем двумя большими электродами.
В нужный момент на них возникает электрический разряд. От него происходит воспламенение топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя.
Конструкционная особенность. Производители, при ввинчивании свеч зажигания в головку блока учитывают их расположение в камере сгорания. Это помогает усилить распространение пламени в цилиндре двигателя.
Возможности современных топливных систем
Виды топливных систем
Бензиновые системы впрыска топлива:
А вот дизельные ТС принято квалифицировать следующим образом:
Специфике устройств бензиновой и дизельной системы будет посвящены наши следующие статьи. В том числе, будут рассмотрены конкретные примеры решений корпорации Bosch.
Подробно разобраться в работе систем авто поможет модульное обучение посредством электронных интерактивных программ на платформе ELECTUDE. В том числе, в платформу встроен тренажёр. Поэтому работа систем рассматривается не на «пальцах», а на практике. Симуляционное обучение позволяет не просто разобраться в работе, а подготовиться к конкретным сервисным операциям.
Назначение топливной системы
В целом, топливная система состоит из следующих элементов:
Топливный бак, или бензобак, представляет собой металлическую или пластиковую емкость, которая обычно находится под багажником, хотя в некоторых машинах для него нашли довольно интересные места. Если вы не можете найти бензобак, его местоположение лучше выяснить в инструкции либо у механика.
Внутри бензобака находится маленький поплавок, который плавает на поверхности топлива, посылая сигналы датчику уровня топлива на панели приборов, благодаря чему можно узнать, когда нужна очередная заправка. Невзирая на то что некоторые машины работают на дизельном топливе, сейчас в большинстве случаев используется бензин, поэтому под словом «топливо» мы будем подразумевать именно его, хотя это и не совсем корректно.
Топливный фильтр делает именно то, о чем говорит его название, — фильтрует топливо, то есть очищает его. На своем пути по бензопроводу к инжекторам или карбюратору топливо проходит через топливный фильтр. Маленькая сетка внутри фильтра задерживает грязь и ржавчину, которая может присутствовать в бензине. На некоторых машинах установлены дополнительные фильтры между баком и насосом. Важно менять фильтры, следуя заводскому графику обслуживания.
Воздухоочиститель очищает воздух перед его смешиванием с бензином. В карбюраторных двигателях воздухоочиститель обычно большой и круглый с торчащей сбоку трубкой для облегчения забора свежего воздуха. На инжекторных двигателях может быть установлен круглый воздухоочиститель, а может быть и прямоугольный.
Чтобы найти прямоугольный воздухоочиститель, следуйте за большим раструбом воздухозаборника, отведенного как можно дальше от двигателя.
Внутри воздухоочистителя находится воздушный фильтр, который задерживает грязь и частицы пыли из забираемого воздуха. Если вы часто ездите по пыльной или песчаной местности, нужно периодически проверять воздушный фильтр и менять его по мере загрязнения (чаще чем того требует инструкция по эксплуатации).
Работа топливной системы автомобиля
Все рассмотренные элементы работают в следующей последовательности. в момент запуска двигателя, а на некоторых машинах в момент открытия водительской двери, начинает работать топливный насос, создавая необходимое рабочее давление в топливной системе, необходимое для подачи топлива к двигателю.
В момент прохождения топливного фильтра или системы фильтров, по пути к двигателю, топливо очищается от различных механических примесей. Воздух, поступает к камере сгорания или карбюратору через воздушный фильтр, где так же очищается.
В зависимости от конструкции двигателя топливо-воздушная смесь может готовиться как непосредственно внутри камеры сгорания цилиндра двигателя, так и до попадания в цилиндр, например, в карбюраторе. Возможен так же комбинированный способ приготовления топливо-воздушной смеси.
После того, как топливо-воздушная смесь готова и поступила в камеру сгорания, происходит ее воспламенение. Для продолжения работы двигателя требуется постоянная подача все новых порций топлива, за что и отвечает топливная система.
Устройство и виды топливных систем бензиновых и дизельных двигателей
Топливная система – важнейшая часть автомобиля, которая служит для подачи топлива из бака в камеру сгорания двигателя. Она состоит из множества элементов, предназначенных для транспортировки, фильтрации, учета, подготовки и отвода топлива. В статье подробнее рассмотрим топливные системы бензиновых и дизельных двигателей, а также узнаем, что такое линия возврата топлива (“обратка”) и зачем она нужна.
Состав и функции системы подачи топлива
Главная функция любой топливной системы – это подача необходимого количества топлива из бака в камеру сгорания в определенный момент времени. Функционально она разделяется на две основных системы:
В состав топливной системы входят следующие элементы:
Виды питания бензиновых двигателей
В зависимости от типа бензинового двигателя, различают топливные системы:
Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.
Карбюраторные
Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:
Инжекторные
Топливная система инжекторного двигателя отличается тем, что имеет систему впрыска, принудительно нагнетающую топливо в камеру сгорания. Какое давление в топливной системе инжекторного двигателя создает насос зависит от типа впрыска:
Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:
Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя
Системы подачи дизельного топлива имеют свои особенности. Различают три типа конструкций:
Common rail
Наиболее популярная топливная система для дизелей – аккумуляторная (или common rail). Она соответствует более высоким экологическим стандартам. Это обеспечивается благодаря независимости процессов впрыскивания дизеля от режимов работы двигателя.
Конструктивно система питания дизеля common rail имеет два основных контура:
Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:
Разделенная и насос-форсунка
Разделенная топливная система состоит из топливного бака, трубопроводов, ТНВД и форсунок. При этом насос и форсунки соединены длинными трубопроводами, рассчитанными на высокое давление. Разделенная схема активно применяется в отечественном автомобилестроении, поскольку отличается низкой стоимостью и простотой конструкции.
В свою очередь, насос-форсунка – устройство, одновременно создающее нужный уровень давления и производящие впрыск топлива. Она располагается в головке блока цилиндров и приводится в действие кулачковым механизмом. Прямая и обратная магистрали при этом реализованы как каналы, находящиеся непосредственно в головке блока.
Рабочее давление при такой схеме составляет до 2 200 бар.
Этот способ имеет важный недостаток – он характеризуется зависимостью давления от режима работы двигателя.
Линия возврата топлива (“обратка”)
Как правило, топливный насос имеет постоянную производительность, то есть закачивает топливо из бака в рампу под постоянным давлением. Двигатель же работает на разных режимах, потребляя разное количество топлива, в зависимости от его нагрузки. Таким образом, возникает необходимость контролировать давление и количество топлива в топливной рампе.
Этим занимается регулятор давления топлива, который сливает излишки топлива обратно в бак через линию возврата топлива, так называемую “обратку”. В настоящий момент существует два вида топливных систем, отличающихся наличием или отсутствием линии возврата топлива (обратной магистрали).
Полезное видео
Ознакомьтесь с дополнительной информацией о системе питания инжекторного двигателя на видео ниже:
Как правило, основные элементы топливной системы одинаковы для большинства моделей автомобилей, находящихся в одной категории. С другой стороны, практические характеристики могут изменяться, в зависимости от технических особенностей конкретного двигателя.
Устройство топливной системы
Работа силовой установки внутреннего сгорания основана на процессе преобразования энергии, выделяемой при горении специальной смеси, в механическое действие. Но чтоб этот процесс происходил правильно, требуется тщательная ее подготовка и подача ее в цилиндры. И это в силовом агрегате выполняет топливная система.
В задачу этой системы входит подача топлива (одного из компонентов смеси) и смешивание его с воздухом, в результате чего и образуется горючая смесь, перед тем, как все это попадет в цилиндр.
Распространенные типы систем питания
На современных автомобилях наибольшее распространение получили два вида топлива – дизельное и бензин. Немного от них отстает газ, хотя он тоже достаточно часто используется.
Используемое топливо напрямую влияет на конструкцию и принцип функционирования топливной системы. Изначально на авто, работающих на бензине, использовался карбюратор, как основной элемент, обеспечивающий смесеобразование. Сейчас такая система питания считается устаревшей и на авто не применяется, а на смену ей пришел инжектор.
Что касается дизеля, то у него своя система – дизельная. Примечательно, что принцип функционирования ее у дизеля неизменен с момента создания, менялась только конструкция. К тому же, принцип этой системы в некотором роде лежит и в основе работы инжектора. Поэтому следует более подробно рассмотреть каждый из видов используемых сейчас систем питания.
Инжектор и его устройство
Суть функционирования инжектора лежит в том, что топливо принудительно впрыскивается в проходящий поток воздуха. При этом подача бензина осуществляется под давлением, что обеспечивает его распыление, тем самым улучшается его смешивание с воздухом.
Если рассмотреть любую топливную систему, то состоит она из двух основных составляющих – первая обеспечивает поступление воздуха, вторая – топлива.
Воздушная часть, по сути, идентична на всех моторах, в том числе и инжекторном. Представляет она собой объемный канал, на конце которого установлен фильтр, очищающий воздух от примесей. Этот канал соединен с впускным коллектором, а тот в свою очередь ведет к впускным клапанам системы ГРМ.
Всасывание воздуха осуществляется самим двигателем. При движении поршня (на такте впуска) над ним образуется разряжение. При этом открывается впускной клапан, и это движение сопровождается втягиванием воздуха в цилиндр. В общем, все достаточно просто.
А вот устройство и функционирование топливной части значительно сложнее. Состоит она из ряда элементов, каждый из которых выполняет свои функции.
Топливная система состоит из:
Топливная система инжектора
Бак является вместилищем бензина, откуда он поступает далее в систему. В инжекторной системе бензонасос располагается непосредственно в баке, и в задачу его входит закачка бензина под давлением в остальные составляющие части.
Бензин из насоса сначала попадает в подающую магистраль, ведущую к фильтру. Проходя очистной элемент, из топлива удаляются мелкие примеси. Из фильтра бензин по той же магистрали подается на регулятор, поскольку давление в системе должно держаться в строго заданных параметрах. Выравнивание давления происходит очень просто – лишняя часть топлива по сливной магистрали возвращается в бак.
После регулятора бензин подается на топливную рампу, которая распределяет его по форсункам. По сути, рампа является соединительной трубкой. В задачу же форсунок входит впрыск топлива в проходящий поток воздуха.
Существует несколько видов топливной системы инжектора, отличающиеся по некоторым конструктивным решениям. Так, первые инжекторы были моновпрысковыми, то есть у них использовалась только одна форсунка, установленная во впускной коллектор. В такой конструкции рампа отсутствовала, как таковая.
Сейчас же используются инжекторы с многоточечным впрыском (распределенным), где на каждый цилиндр предусмотрена своя форсунка, и здесь рампа уже используется. При этом форсунки все также устанавливаются во впускной коллектор, только каждая в свой канал.
Самым современным является инжектор с прямым впрыском. Это тоже система распределенного впрыска, у нее подача бензина осуществляется напрямую в цилиндр.
Также устройство топливной системы инжектора имеет еще одну составляющую часть – электронную, которая включает в себя блок управления и ряд датчиков. В задачу ее входит контроль режима работы силового агрегата и определения количества подаваемого топлива. Именно эта составляющая регулирует работу форсунок.
Принцип работы инжектора
Работает инжекторная система питания так: при повороте ключа зажигания в работу включается бензонасос, заполняя всю топливную составляющую бензином. При включении стартера, в цилиндры начинает засасываться воздух.
Электронная же составляющая посредством датчиков собирает информацию о требуемых ей параметрах силовой установки и на их основе проводит расчеты длительности времени открытия форсунок. После чего она подает электрический импульс на форсунки и те впрыскивают нужное количество бензина в проходящий по коллектору поток воздуха, после чего происходит их смешивание и подача в цилиндры. Это упрощенное описание принципа работы бензиновой топливной системы, в действительности все выглядит несколько сложнее.
Дизель и его особенности
Принцип работы топливной системы дизеля отличается от бензиновой, что сказывается и на особенностях функционирования системы подачи топлива.
Коснемся только отличий, касающихся топливной составляющей. Первое из них – это то, что у дизеля смесеобразование внутреннее. То есть, компоненты смеси подаются в цилиндры по отдельности и смешиваются они уже там. А второе отличие заключается в том, что воспламенение смеси производится от сжатия, поэтому давление в цилиндрах дизеля (компрессия) почти вдвое выше, чем у бензинового агрегата. И оба этих отличия вносят свои коррективы в устройство топливной системы дизеля.
Как ранее указывалось, система состоит из двух основных составляющих – воздушной и топливной. Дизеля это тоже касается.
Относительно воздушной части, то она мало отличается от бензиновой. Единственное, у дизеля используется более хороший фильтр, поскольку этот мотор очень чувствителен к чистоте воздуха.
Топливная составляющая тоже частично похожа на инжекторную, хотя есть и некоторые особые элементы. Всего же в конструкцию входит:
Топливная система дизельного двигателя
Ранее вся система питания была полностью механической, сейчас же все больше в конструкции появляется электронных частей. Но чтобы было понятнее, рассмотрим все на примере механической системы.
Топливо находится в баке, откуда за счет работы топливоподкачивающей помпы по подающей магистрали низкого давления подается в фильтрующий элемент грубой очистки.
После этого фильтра по той же магистрали подается во второй фильтр – тонкой очистки. И только после этого топливо подается в ТНВД.
Основными рабочими элементами этого насоса являются плунжерные пары, состоящие из поршня и гильзы. Сам насос работает от коленвала и внутри его установлен кулачковый вал. Именно этот вал приводит в действие плунжерную пару, и за счет их работы значительно повышается давление топлива.
После ТНВД дизтопливо по подающим магистралям, но уже высокого давления подается на форсунки.
Принцип функционирования
Воздушную часть и топливную систему дизеля до ТНВД — рассматривать особо нечего. Поэтому более подробно коснемся только участка «насос высокого давления – форсунка».
Форсунка в механической системе работает за счет давления топлива. В ней задается порог открытия, при превышении которого топливо начинает впрыскиваться. И чем выше будет это давление, тем больше топлива подастся в цилиндр (оно будет впрыскиваться, пока давление не упадет ниже установленного порога).
На поршне плунжерной пары насоса имеются специальные проточки, благодаря которым за счет проворота относительно них гильзы удается регулировать количество топлива, подвергающегося сжатию.
Участок «ТНВД-форсунка» полностью заполнена топливом (наличие воздуха не допускается), но давления его недостаточно, чтобы открыть форсунку. Плунжерная же пара при срабатывании сначала сжимает порцию топлива, а затем выталкивает его в магистраль. В результате в указанном участке резко повышается давление, что и обеспечивает открытие форсунки и попадание топлива в цилиндр.
Количество подаваемого в цилиндры топлива регулируется изменением положения гильзы плунжерной пары. Проворачивая ее в нужную сторону, можно дозировать количество топлива, которое будет сжиматься в насосе перед попаданием в магистраль.
Конечно, современные дизельные системы питания конструктивно более совершенны, но принцип их работы неизменен. Поэтому все доработки, в основном, касаются повышения точности и количества дозировки.
Подробно о системе питания двигателя
Система питания автомобиля используется для подготовки топливной смеси. Она состоит из двух элементов: топлива и воздуха. Система питания двигателя выполняет сразу несколько задач: очищение элементов смеси, получение смеси и ее подача к элементам двигателя. В зависимости от используемой системы питания автомобиля различается состав горючей смеси.
Типы систем питания
Различают следующие виды систем питания двигателя, отличающиеся местом образования смеси:
Топливная система автомобиля при образовании смеси за пределами цилиндра разделяется на:
Назначение и состав топливной смеси
Для бесперебойной работы двигателя автомобиля необходима определенная топливная смесь. Она состоит из воздуха и топлива, смешанных по определенной пропорции. Каждая из этих смесей характеризуется количеством воздуха, приходящегося на единицу топлива (бензина).
Для обогащенной смеси характерно наличие 13-15 частей воздуха, приходящихся на часть топлива. Такая смесь подается при средних нагрузках.
Богатая смесь содержит менее 13 частей воздуха. Применяется при больших нагрузках. Наблюдается увеличенный расход бензина.
У нормальной смеси характерно наличие 15 частей воздуха на часть топлива.
Обедненная смесь содержит 15-17 частей воздуха и применяется при средних нагрузках. Обеспечивается экономный расход топлива. Бедная смесь содержит более 17 частей воздуха.
Общее устройство системы питания
В системе питания двигателя имеются следующие основные части:
Карбюраторная система подачи топлива
Эта система отличительна тем, что смесеобразование происходит в специальном устройстве – карбюраторе. Из него смесь попадает в нужной концентрации в двигатель. Устройство системы питания двигателя содержит такие элементы: бак для топлива, очищающие фильтры для топлива, насос, фильтр для воздуха, два трубопровода: впускной и выпускной, карбюратор.
Схема системы питания двигателя реализуется так. В баке находится топливо, которое будет использоваться для подачи в двигатель внутреннего сгорания. Оно попадает в карбюратор через топливопровод. Процесс подачи может быть реализован с помощью насоса или естественным способом с помощью самотека.
Чтобы топливная подача осуществлялась в камеру карбюратора самотеком, то его (карбюратор) необходимо размещать ниже топливного бака. Такую схему не всегда можно реализовать в автомобиле. А вот использование насоса дает возможность не зависеть от положения бака относительно карбюратора.
Топливный фильтр очищает топливо. Благодаря ему из топлива удаляются механические частички и вода. Воздух попадает в камеру карбюратора через специальный фильтр для воздуха, очищающий его от частиц пыли. В камере происходит смешение двух очищенных составляющих смеси. Попадая в карбюратор, топливо поступает в поплавковую камеру. А после направляется в камеру смесеобразования, где соединяется с воздухом. Через дроссельную заслонку смесь поступает во впускной коллектор. Отсюда она направляется к цилиндрам.
После отработки смеси газы из цилиндров удаляются с помощью выпускного коллектора. Далее из коллектора они направляются в глушитель, который подавляет их шум. Из него они поступают в атмосферу.
Подробно об инжекторной системе
В конце прошлого столетия карбюраторные системы питания стали интенсивно заменяться новыми системами, работающими на инжекторах. И не просто так. Такое устройство системы питания двигателя обладало рядом преимуществ: меньшая зависимость от свойств окружающей среды, экономная и надежная работа, выхлопы менее токсичны. Но у них есть недостаток – это высокая чувствительность к качеству бензина. Если этого не соблюдать, то могут возникнуть неполадки в работе некоторых элементов системы.
«Инжектор» переводится с английского, как форсунка. Одноточечная (моновпрысковая) схема системы питания двигателя выглядит так: топливо подается на форсунку. Электронный блок подает на нее сигналы, и форсунка открывается в нужный момент. Топливо направляется в камеру смесеобразования. Далее все происходит как в карбюраторной системе: образуется смесь. Затем она проходит впускной клапан и попадает в цилиндры двигателя.
Устройство системы питания двигателя, организованное с помощью инжекторов, следующее. Эта система характеризуется наличием нескольких форсунок. Данные устройства получают сигналы от специального электронного блока и открываются. Все эти форсунки соединены друг с другом с помощью топливопровода. В нем всегда имеется в наличии топливо. Лишнее топливо удаляется по обратному топливопроводу назад в бак.
Электронасос подает топливо в рампу, где образуется избыточное давление. Блок управления направляет сигнал на форсунки, и, они открываются. Топливо впрыскивается во впускной коллектор. Воздух, проходя дроссельный узел, попадает туда же. Полученная смесь поступает в двигатель. Количество необходимой смеси регулируется с помощью открытия дроссельной заслонки. Как только такт впрыска заканчивается, форсунки снова закрываются, прекращается подача топлива.
Электронный блок является своеобразным «мозговым» элементом системы. Этот сложный механизм обрабатывает поступающие на него сигналы от различных датчиков. Так происходит управление всеми устройствами топливной системы. Такая схема системы питания двигателя дает возможность водителю во время узнать о сбоях в работе, так как блок управления сигнализирует о них с помощью специальной лампы и кодов ошибки. Данные коды позволяют специалистам быстро выявить неполадки. Для этого им достаточно подключить внешнее диагностическое устройство, которое сможет распознать возникшие проблемы и назвать их.