Устройство и виды топливных систем бензиновых и дизельных двигателей

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:

• транспортировка топлива, его фильтрация и создание давления в системе – выполняется механическими и гидравлическими устройствами;
• расчет количества и момента впрыска топлива, а также распределение его по цилиндрам – осуществляется электронными устройствами.

Топливная система автомобиля
В состав топливной системы входят следующие элементы:

• Бак – герметичная емкость для хранения топлива.
• Трубопроводы (прямой и обратный) – трубки и гибкие шланги, по которым осуществляется транспортировка топлива.
• Фильтры (грубой и тонкой очистки) – выполняют очистку от механических загрязнений.
• Регулятор давления – необходим для обеспечения заданного уровня давления.
• Насос – как правило, погружной, приводимый в движение электродвигателем.
• ТНВД – для систем непосредственного впрыска (дизельных двигателей).
• Топливные форсунки.

Элементы питания и их функции

Конструктивно сложилось так, что существует стандартный набор элементов топливной системы бензинового силового агрегата. Разницу составляет непосредственно система впрыска топлива в коллектор или цилиндры. Рассмотрим, все элементы инжекторного и карбюраторного моторов.

Топливный бак

Неотъемлемый элемент любого транспортного средства. Именно в нём храниться горючее, которое поступает в камеры сгорания. В зависимости от конструктивных особенностей автомобиля, объём топливного резервуара может быть разный. Изготавливается данный элемент из стали, нержавейки, алюминия или пластика.

Трубопроводы

Топливопроводы служат транспортной системой между топливным баком и системой впрыска. Обычно они изготавливаются из пластика или металла. На старых автомобилях можно встретить их медными. Для соединения с остальными элементами топливной системы могут использоваться переходники, соединители или прочие элементы.

Топливный фильтр

В связи с не особо качественным топливом, для фильтрации используется фильтр горючего. Располагаться этот элемент может в топливном баке, подкапотном пространстве или под автомобилем, вмонтированным в топливопроводы. Для каждой группы автомобилей используется разный элемент.

Каждый производитель автомобилей использует свои фильтры. Они бывают разные за формою и материалом. Наиболее распространенными считаются волокнистые или хлопчатобумажные. Эти элементы наиболее лучше задерживают сторонние элементы и воду, которые засоряют цилиндры и форсунки.

Некоторые автомобилисты устанавливают два разных фильтра в топливную систему для более эффективной защиты. Замену элемента рекомендуется проводить каждое второе техническое обслуживание.

Бензонасос

Бензонасос — это насос прогоняющий топливо по всей системе. Так, они бывают двух типов — электрический и механический. Многие бывалые автолюбители помнят, что на старых «Жигулях» и «Волгах» устанавливались бензонасосы механического действия с лапкой, которой можно было подкачать недостающее топливо для запуска. Располагался этот элемент на блоке цилиндров, зачастую с левой стороны.

Все современные бензиновые силовые агрегаты оснащаются электрическими бензиновыми насосами. Располагаются элементы, зачастую, непосредственно в топливном баке, но бывает и такое, что данный элемент находится в подкапотном пространстве.

Карбюратор

На старых транспортных средствах устанавливались карбюраторы. Это элемент, который при помощи механических действий подавал топливо в камеры сгорания. Для каждого производителя, они имели разную структуру и строение, но принцип работы оставался не сменным.

Наиболее запомнившимися для отечественного автолюбителя, стали карбюраторы ОЗОН и серии К для Жигулей и Волги.

Форсунки

Форсунки — часть топливной системы инжекторного бензинового силового агрегата, который выполняет функцию дозированной подачи бензина в камеры сгорания. По форме и видам, форсунки бывают разные, это индивидуально для каждого автомобиля.

Располагаются эти элементы на топливной рампе. Обслуживание форсунок стоит проводить регулярно, поскольку если они слишком засоряться, их уже вычистить может, не представится возможным и придётся менять детали полностью.

Виды питания бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя, различают топливные системы:

• карбюраторные;
• инжекторные.

Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.

Карбюраторные

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

1. Насос всасывает топливо из бака. При этом он обеспечивает невысокое давление, достаточное лишь для подачи топлива.
2. Двигаясь по трубопроводу, топливо проходит фильтрацию.
3. В специальной камере (карбюраторе) горючее смешивается с воздухом.
4. Готовая смесь подается напрямую в цилиндры двигателя, где она сгорает.

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:

• С индивидуальными форсунками для каждого цилиндра (распределенный впрыск). Создаваемое насосом давление в топливной рампе составляет от 2,5 бар до 4 бар.
• С одной форсункой (моновпрыск), подающей топливо для всех цилиндров двигателя. Простая схема, которая в современном автомобилестроении практически не используется из-за низкой экономичности.
• Непосредственный впрыск. Форсунки установлены в головке блока цилиндров, что позволяет выполнять прямой впрыск топлива в цилиндры. В этом случае рабочее давление составит около 155 бар.

Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:

1. Насос через фильтры подает бензин в топливную рампу.
2. Регулятор на рампе обеспечивает заданный уровень давления топлива.
3. Форсунки, установленные на рампе, впрыскивают топливо в цилиндры.
4. В момент подачи бензина в цилиндры подается и воздух, образуется топливовоздушная смесь.

Двигатель: система питания двигателя

Разное

Любой автомобиль состоит из многочисленных систем и агрегатов, в число которых входит и «сердце» авто – двигатель внутреннего сгорания. Чаще всего на автомобилях устанавливают именно ДВС, несмотря на то, что данные моторы относительно несовершенны, в частности они довольно шумные, обладают несколько меньшим ресурсом в отличите от некоторые других типов двигателей, а также оказывают негативное воздействие на окружающую среду своими выбросами.

ДВС созданы для преобразования химической энергии топлива, в качестве которой обычно выступает углеводородное топливо (оно может быть жидким или газообразным), что сгорает в рабочей зоне, в механическую работу.

Основные типы ДВС

Существует несколько основных типов ДВС. Так, есть поршневые двигатели, которые, в свою очередь, тоже подразделяются на несколько видов. У поршневых ДВС в качестве камеры сгорания используется цилиндр – именно тут тепловая энергия топлива преобразуется в механическую энергию, а она потом превращается во вращательную. Поршневые двигатели могут быть бензиновыми, дизельными, газовыми и газодизельными.

Помимо поршневых двигателей, существуют роторно-поршневые и газотурбинные ДВС. Интерес представляет ДВС с впрыском воды – это комбинированный двигатель, в котором совмещены поршневая и лопаточная машины. Ещё один вид ДВС – RCV, у которого система газораспределения реализована за счёт вращения цилиндра.

Одним из недостатков ДВС является то, что данный тип мотора способен производить высокую мощность только в узком диапазоне оборотов. Именно поэтому неотъемлемыми «атрибутами» ДВС являются трансмиссия и стартёр. Тем не менее, как уже упоминалось выше, ДВС являются одними из наиболее часто используемых двигателей.

Как правило, в автомобилях используют четырёхтактовые ДВС, получившие такое название потому, что их работу можно разделить на четыре равные по времени части.

Двигатель состоит из различных механизмов и систем, в том числе и системы питания двигателя.

Система питания двигателя

Для чего вообще нужна система питания двигателя? Она отвечает за подачу топлива из бака, фильтрацию, образование горючей смеси, а также подачу последней в цилиндры. В уже прошедшем столетии наиболее часто используемой была карбюраторная система подачи смеси топлива. Потом появилась улучшенная система питания двигателя, при которой смесь топлива подаётся впрыском с помощью одной форсунки – благодаря этому производители смогли сократить расход топлива. Однако сейчас обычно применяется инжекторная система подачи топлива, которая предусматривает подачу топлива под давлением непосредственно в впускной коллектор.

Перечисленные выше системы питания двигателя похожи – различаются же они способами смесеобразования. В целом, в топливной системе присутствует топливный бак, где хранится топливо, — это компактная ёмкость, у которой имеется устройство забора топлива, то есть насос, в редких случаях могут присутствовать и грубые элементы фильтрации.

Также в системе питания двигателя есть топливопроводы – это комплекс трубок и шлангов, которые нужны для того, чтобы переместить топливо к устройству смесеобразования. В качестве устройства смесеобразования может выступать карбюратор, моновпрыск или инжектор – данное устройство необходимо для соединения самого топлива с воздухом. У инжекторных систем питания двигателей имеется и блок управления инжектором, который представляет собой электронное устройство, назначение которого – управление работой топливных форсунок, а также датчиков контроля с клапанами отсечки.

Чтобы топливо поступило в топливопровод, необходим так называемый топливный насос (как правило, используется погружной насос). Это электродвигатель, который соединён с жидкостным насосом. Стоит отметить, что иногда топливный насос крепится к самому двигателю (по крайней мере, в более старых моделях) и приводится в действие с помощью вращения промежуточного вала.

Наконец, в систему питания двигателя могут входить дополнительные элементы как тонкой, так и грубой очистки, а устанавливаются они в цепь подачи топлива.

Принцип работы системы питания двигателя

Как именно работает система питания двигателя? Сначала в движение приходит насос – он высасывает топливо из бака и передаёт его в устройство смесеобразования по топливопроводу, где установлены фильтры очистки, благодаря чему в устройство смесеобразования топливо поступает очищенным.

В карбюраторе топливо начинает свой путь в поплавковой камере, откуда оно впоследствии поступает в камеру смесеобразования через калиброванные жиклеры. Там оно смешивается с воздухом, а затем поступает в впускной коллектор, проходя через дроссельную заслонку. Через некоторое время впускной клапан открывается, и топливо подаётся в цилиндр.

Немного иной принцип работы у системы моновпрыска – здесь топливо сначала подаётся на форсунку, управляемую электронным блоком. В камеру смесеобразования топливо попадает после открытия форсунка, что происходит в определённый срок. В камере смесеобразования, как и в карбюраторной системе, происходит смешение топлива с воздухом, а остальные процессы те же, что и в карбюраторе.

В инжекторной системе питания двигателя, как и в предыдущей, топливо поступает к форсункам – ими управляет блок управления. Форсунки соединяются между собой при помощи топливопровода, при этом в нём всегда есть топливо. Отметим, что в топливных системах имеется также и обратный топливопровод, благодаря которому излишки топлива сливаются в бак.

Если же сравнивать систему питания двигателя, работающего на дизеле, с бензиновой, то можно сказать, что они очень похожи. Однако в системе питания дизельного двигателя впрыск топлива осуществляется сразу в камеру сгорания цилиндра, и смесеобразование происходит непосредственно в цилиндре. Подача топлива в данной системе происходит под большим давлением, для чего используется насос высокого давления.

Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя

Схема топливной системы common rail
Системы подачи дизельного топлива имеют свои особенности. Различают три типа конструкций:

• Сommon rail (или аккумуляторная);
• С насос-форсунками;
• Разделенные.

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:

1. Участок низкого давления – состоит из топливного бака, насоса низкого давления, трубопроводов и фильтра.
2. Участок высокого давления – состоит из топливного насоса высокого давления (ТНВД), трубопровода, рампы (аккумулятора) и форсунок.

Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:

1. Насос низкого давления нагнетает дизель из топливного бака в трубопровод.
2. Проходя по трубопроводу через фильтры грубой и тонкой очистки дизель подается в насос высокого давления.
3. ТНВД подает топливо в форсунки, с помощью которых происходит впрыск в цилиндры.
4. Одновременно с впрыском топлива происходит подача воздуха.

Разделенная и насос-форсунка

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”)

Топливные системы
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).

1. Система подачи топлива с линией возврата. Топливо, которое не было впрыснуто форсункой, является избыточным и оно возвращается обратно в бак через регулятор, который расположен на топливной рампе, и линию возврата. Таким образом в топливном коллекторе поддерживается постоянное давление.
2. Топливная система без линии возврата. Регулятор давления топлива в таких системах обычно устанавливается в модуле погружного топливного насоса. Избыточное топливо, подаваемое насосом, возвращается обратно в бак через короткую линию возврата. При этом в топливную рампу подается только то количество топлива, которое впрыскивается форсунками. Данная система имеет следующие преимущества – меньшая стоимость и меньший подогрев топлива в баке.