logo1

logoT

 

Система подачи топлива


Система подачи топлива бензинового двигателя

Система подачи топлива в бензиновых двигателях служит для подачи топлива из топливного бака к топливной рейке, при этом избыток топлива через регулятор давления возвращается в бак. Система подачи топлива состоит из нескольких компонентов, обеспечивающих ее работоспособность. Вот о том, из каких элементов состоит система подачи топлива в бензиновом двигателе, мы и поговорим в этой статье.

Топливный фильтр

Назначением топливного фильтра является фильтрация топлива, поступающего в топливную систему. Для защиты компонентов системы, в особенности топливных форсунок, необходимо удалить из топлива загрязнения, которые могут попасть в топливный бак во время заправки авто­мобиля или вентиляции топливного бака.

Конструкция топливного фильтра

Топливные фильтры для двигателей с ис­кровым зажиганием (бензиновые фильтры) устанавливаются на стороне нагнетания на­соса подачи топлива. В последнее время все шире применяются фильтры, встраиваемые непосредственно в топливный бак. В этом случае фильтр не подлежит замене и должен быть рассчитан на весь срок службы автомо­биля. В то же время продолжают использо­ваться топливные фильтры, встраиваемые в линию подачи топлива. Отсюда следует, что фильтры могут представлять собой как смен­ные элементы, так и элементы, рассчитанные на весь срок службы автомобиля.

Корпус фильтра изготавливается из стали, алюминия или пластмассы. Фильтр соеди­няется с линией подачи топлива при помощи резьбового соединения, трубки или быстро­разъемного соединения. Корпус содержит фильтрующий элемент, задерживающий частицы грязи (см. рис. «Проходной топливный фильтр» ). Фильтрующий элемент встроен в контур подачи топлива таким образом, что топливо проходит через всю поверхность фильтрующей среды, насколько возможно, с одной и той же скоростью потока

Фильтрующие элементы топливного фильтра

В качестве фильтрующей среды используется специальная, пропитанная смолой бумага из целлюлозного волокна, в некоторых случаях (для работы в тяжелых условиях) сцепленная методом оплавления со слоем синтетического волокна. Этот слой призван обеспечить высокую температурную и химическую стойкость филь­трующего элемента. Эффективность фильтра­ции и сопротивление фильтра потоку определя­ются пористостью бумаги и распределением пор.

Фильтры для бензиновых двигателей имеют спиральную или радиальную форму. В фильтре спиральной формы тисненая фильтровальная бумага обернута вокруг несущей трубки. Топливо протекает через фильтр в продольном направлении.

В фильтре радиальной формы бумага сло­жена и вставлена в корпус в форме звезды. Устойчивость фильтрующего элемента обе­спечивается пластмассовыми, резиновыми или металлическими торцевыми кольцами и, при необходимости, внутренней защитной оболочкой. Топливо протекает через фильтр снаружи внутрь, при этом частицы грязи от­деляются от топлива фильтрующей средой.

Требования к топливным фильтрам

Система подачи топлива определяет требуемую тонкость фильтрации. Филь­трующий элемент для систем с впрыском то­плива во впускной трубопровод имеет среднюю ширину пор приблизительно 10 мкм. Для бензи­новых двигателей с прямым впрыском топлива требуется более тонкая фильтрация. В этом слу­чае средняя ширина пор составляет около 5 мкм При этом, фильтрующий элемент должен задер­живать до 85% частиц размером более 5 мкм Кроме того, новый фильтр для системы прямого впрыска топлива (бензина) должен отвечать следующему требованию: частицы металла, ми­нералов и пластмассы диаметром более 400 мкм не должны вымываться топливом из фильтра

Эффективность фильтра зависит от направ­ления потока. Поэтому при замене встраивае­мых в линию (проходных) фильтров следует соблюдать направление потока, указанное стрелкой на корпусе фильтра.

Интервал замены обычных проходных фильтров, в зависимости от объема фильтра и степени загрязнения топлива, составляет от 30 000 до 90 000 км. Фильтры, встраиваемые в топливный бак, рассчитаны не менее, чем на 160 000 км пробега. В настоящее время суще­ствуют проходные и встраиваемые в топлив­ный бак фильтры для систем прямого впрыска топлива, ресурс которых достигает 250 000 км.

Электроприводные топливные насосы

Топливный насос с электроприводом должен подавать достаточное количество топлива в двигатель и одновременно поддерживать нужное давление, обеспечивающее эффек­тивный впрыск топлива при всех условиях работы. Основными требованиями к насосу являются:

  • Производительность при номинальном на­пряжении от 60 до 300 л/ч;
  • Давление в топливной системе от 300 до 650 кПа (3,0 — 6,5 бар);
  • Повышение давления в системе при напря­жении питания, составляющем 50-60 % от номинального напряжения. Определяю­щим фактором здесь является работа на­соса во время пуска холодного двигателя.

Кроме того, электрические топливные насосы все шире применяются в современных систе­мах прямого впрыска топлива для бензиновых и дизельных двигателей в качестве насосов предварительной подачи топлива. Для бензи­новых двигателей иногда, во время работы в условиях высоких температур, требуется обе­спечить давление топлива до 700 кПа.

Конструкция топливных насосов

Электроприводный топливный насос (см. рис. «Электроприводный топливный насос центробежного типа» ) приводится в действие электродвигателем. В ка­честве стандартного компонента в этом двига­теле используется медный коллектор. Для двига­телей насосов высокой мощности, специальных применений и дизельных систем применяются графитовые коллекторы. В настоящее время на новых автомобилях все шире применяются элек­тронные коммутирующие устройства, для кото­рых коллектор и угольные щетки не требуются.

Собственно, насос может быть центро­бежного или вытеснительного типа. Кроме того, насос включает торцевую крышку с электрическим контактом, обратный клапан (для поддержания давления в системе), при необходимости предохранительный клапан и выпускной патрубок. В большинстве случаев в торцевых крышках устанавливаются уголь­ные щетки коллектора электродвигателя и иногда помехоподавляющие элементы — катушки индуктивности и конденсаторы).

Вытеснительные топливные насосы

В вытеснительном насосе объемы жидкости засасываются и транспортируются в закрытой камере (за исключением утечек) на сторону высокого давления за счет вращения насо­сного элемента. В качестве электроприводного топливного насоса могут использоваться роторный роликовый насос (рис. а, «Принцип действия электроприводных топливных насосов» ), шестеренчатый насос с внутренним зацепле­нием (рис. b, «Принцип действия электроприводных топливных насосов» ) или центробежный насос.

Вытеснительные насосы имеют преимуще­ства при высоких давлениях (450 кПа и выше) и имеют хорошую низковольтную характеристику, т.е. производительность в опреде­ленном диапазоне напряжения изменяется незначительно. К.п.д. насоса составляет около 33 %. Присущие этому насосу импульсы дав­ления могут вызывать дополнительный шум, уровень которого зависит от конструктивных особенностей насоса и места его установки.

В то время как современная  электронная система подачи топлива для бензиновых двигателей в основном использует насосы центробежного типа, отвечающие всем тре­бованиям, предъявляемым к электрическим топливным насосам, вытеснительные насосы нашли новую область применения в качестве предварительных насосов подачи топлива для систем прямого впрыска топлива (бензиновых и дизельных двигателей) с их значительно бо­лее высокими требованиями к рабочему дав­лению и диапазону вязкости топлива.

Центробежный топливный насос

Центробежный насос стал общепринятым вы­бором там где используется система подачи топлива с давлением до 600 кПа. Крыльчатка с большим количеством лопаток вращается в камере, состоящей из двух фиксированных секций. Каждая из этих секций имеет канал, расположенный вдоль пути перемещения лопаток крыльчатки; на одном конце канала предусмотрены отвер­стия, расположенные в плоскости всасываю­щих отверстий насоса. Отсюда они доходят до точки выпуска топлива из насоса под предва­рительным давлением. Маленькое отверстие для выпуска газов, расположенное на опреде­ленном угловом расстоянии от всасывающего отверстия, служит для улучшения работы на­соса при перекачке нагретого топлива; через это отверстие наружу выпускаются пузырьки газа (с минимальными утечками).

Давление возрастает вдоль канала в результате обмена импульсами давления между лопатками крыльчатки и частицами жидкости. Это приводит к движению по спи­ральной траектории объема жидкости, захва­ченного в крыльчатке и каналах.

Насосы центробежного типа отличаются низким уровнем шума, поскольку повышение давления происходит непрерывно и практи­чески без пульсаций. Конструкция этого насоса значительно проще по сравнению с насосом вытеснительного типа. Одноступен­чатые насосы позволяют получать давление в системе до 600 кПа; к.п.д. этих насосов до­стигает 26%.

Система подачи топлива — топливные модули

В то время как первая электронная система подачи топлива для бензиновых двигателей использовала электроприводный топливный насос, который устанавливался исключительно вне топливного бака, в настоящее время обще­принятой практикой является его установка в топливном баке. В этом случае электропри­водный топливный насос является частью топливного модуля (см. рис. «Модуль подачи топлива» ), который может также включать следующие элементы:

  • Топливный резервуар для резерва топлива (обычно наполняемый всасывающим на­сосом или пассивно, через систему засло­нок, переключающий клапан и т.д.);
  • Датчик уровня топлива;
  • Регулятор давления топлива для топлив­ных систем без возврата топлива в бак;
  • Фильтр на стороне всасывания для защиты насоса от загрязнения;
  • Сетчатый фильтр тонкой очистки, не требу­ющий замены на протяжении всего срока службы автомобиля;
  • Электрические и гидравлические соеди­нители;
  • Модуль также может включать датчик давления паров топлива в топливном баке (для диагностики утечек из бака), датчик давления топлива (для систем с регули­руемой подачей топлива) и различные клапаны.

Насосы высокого давления для систем прямого впрыска топлива

Функцией насоса высокого давления является сжатие топлива, подаваемого в достаточном количестве электроприводным топливным на­сосом при давлении на впуске, зависимом от температуры и частоты вращения коленчатого вала (программно определенное значение) до уровня высокого давления впрыска топлива.

Регулируемый насос высокого давления

Система подачи топлива с прямым впрыском использует регулируемый насос высокого давления для создания давления впрыска до 20 МПа (система прямого впры­ска топлива 2-го поколения). Он представляет собой одноцилиндровый насос, работающий в масле (см. рис. «Одноцилиндровый регулируемый насос высокого давления для систем прямого впрыска топлива 2-го поколения» ) со встроенными клапаном регулирования подачи (также называемым до­зирующим устройством), клапаном сброса дав­ления на стороне высокого давления и демп­фером пульсаций давления топлива на стороне низкого давления. В целях соблюдения строгих стандартов качества топлива и требований за­конодательства в области снижения токсично­сти отработавших газов насос изготавливается из нержавеющей стали, и все соединения, от­носящиеся к системе снижения токсичности отработавших газов, сделаны сварными.

Насос высокого давления установлен как сменный компонент на головке блока цилин­дров. Воздействие распределительного вала двигателя на цилиндр насоса осуществляет ци­линдрический толкатель при использовании ку­лачка с двумя выступами или ро­ликовый толкатель в случае кулачка с тремя или четырьмя рабочими выступами (см. рис. «Элементы привода насоса высокого давления» ). Это обеспечивает подъем кулачка на подающий плунжер насоса высокого давления с выполне­нием требований в отношении смазки, вибраци­онных напряжений и механической инерции. Во время подъема кулачка толкатель перемещается в соответствии с его контуром. Это вызывает вертикальное перемещение или рабочий ход по­дающего плунжера. Во время хода нагнетания толкатель поглощает приложенное давление, силы инерции, усилие пружины и контактные усилия. Толкатель закреплен так, чтобы в ходе процесса не происходило его вращение.

При наличии кулачка с четырьмя высту­пами, на четырехцилиндровом двигателе возможна синхронизация подачи и впрыска топлива, т.е. сопровождение каждого впрыска подачей топлива. Таким образом, можно за счет снижения давления в топливной рампе с одной стороны снизить пульсации давления в контуре высокого давления, а с другой сто­роны уменьшить объем рампы.

Объемная производительность топливного насоса

В целях обеспечения достаточно быстрого достижения требуемого давления в системе, максимальная производительность насоса вы­сокого давления соответствует максимальной потребности двигателя с запасом, учитываю­щим различные дополнительные факторы, ока­зывающие влияние на условия подачи топлива (например, повышение давления при пуске двигателя, высокая температура бензина, износ насоса, динамическая характеристика).

Объемная производительность насоса определяется как отношение количества фак­тически подаваемого топлива к теоретически возможному максимальному количеству. Она зависит от диаметра и рабочего хода по­дающего плунжера. Объемная производитель­ность не является постоянной во всем диапа­зоне частоты вращения коленчатого вала. Она зависит от следующих факторов:

  • В нижней части диапазона: утечки через плунжер и другие утечки;
  • В верхней части диапазона: инерция и дав­ление открытия клапана;
  • Во всем диапазоне частоты вращения ко­ленчатого вала: мертвый объем подающей камеры и зависимость сжимаемости то­плива от температуры.

Клапан регулирования подачи топлива

Современная система подачи топлива использует регулирование производительности насоса высокого давления осуществляется при помощи клапана регулирования подачи топлива (см. рис. «Принцип действия клапана регулирования подачи топлива» ). Топливо, нагнетаемое электроприводным топливным насосом, подается в напорную камеру через впускной клапан открытого клапана регулирования подачи топлива. Вовремя последующего рабочего хода подачи клапан регулирования подачи топлива остается откры­тым после прохождения нижней мертвой точки, и излишнее топливо, не требующееся при дан­ной нагрузке двигателя, возвращается в контур низкого давления. После открытия клапана ре­гулирования подачи топлива впускной клапан закрывается, топливо сжимается плунжером насоса и подается в контур высокого давления. Система управления двигателем вычисляет мо­мент включения клапана регулирования подачи топлива в зависимости от требуемой подачи и давления в топливной магистрали. Регулиро­вание осуществляется посредством изменения момента начала подачи топлива.

Демпфер пульсаций давления топлива

В насос высокого давления встроен регулиру­емый демпфер пульсаций давления топлива. Он вместе со ступенчатым плунжером (создающим эффект подкачки во время хода всасывания), сглаживает пульсации давления, создаваемые насосом высокого давления при высоких скоростях вращения, и обеспечивает требуемое наполнение напорной камеры. Демпфер давления забирает определенное количество топлива, отводимого в определен­ной рабочей точке двигателя, за счет дефор­мации его газонаполненных металлических диафрагм и выпускает его во время хода вса­сывания для заполнения напорной камеры. При этом возможна работа с регулируемым давлением на впуске, т.е. использование си­стем с регулированием низкого давления.

Насос высокого давления с непрерывной подачей топлива

Для создания давления впры­ска до 12 МПа (в системах прямого впрыска топлива 1-го поколения), система подачи топлива бензино­вых двигателей использует насос высокого давления с непрерывной по­дачей топлива. Он представляет собой радиально-поршневой насос с тремя подающими цилиндрами, расположенными по окружности со смещением 120° (см. рис. «Насос высокого давления с непрерывной подачей топлива для систем прямого впуска 1-го поколения» ).

На приводном вале насоса, приводимом во вращение от распределительного вала, установ­лен эксцентриковый кулачок. Он преобразует вращательное движение вала в радиальное перемещение плунжеров насоса. Приводная часть насоса работает в бензине, служащем для охлаждения и смазки.

Топливо, нагнетаемое электроприводным топливным насосом, поступает в насос высо­кого давления через впускной канал. В плунже­рах насоса имеются поперечные и продольные каналы, через которые топливо поступает в вытеснительные камеры трех цилиндров. Во время перемещения плунжера из верхней мерт­вой точки в нижнюю мертвую точку топливо всасывается через впускной клапан. Во время хода подачи, при перемещении плунжера из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку топливо сжимается и через выпускной клапан подается в область высокого давления. Производительность насоса высокого дав­ления с непрерывной подачей топлива про­порциональна его скорости вращения.

Три цилиндра насоса, смещены относительно друг друга на 120° для обеспечения перекрытия и, следовательно, непрерывной подачи топлива. Это позволяет свести к минимуму пульсации давления. Благодаря этому, по сравнению с системами с регулированием подачи с одно­плунжерными насосами, к соединениям и то­пливопроводам предъявляются менее строгие требования. Кроме того, в данном случае от­сутствует необходимость в демпфере пульса­ций давления. К недостаткам можно отнести тот факт, что при непрерывной подаче топлива с высоким давлением имеют место более вы­сокие потери мощности по сравнению с систе­мами с регулируемой подачей.

Когда насос работает при постоянном давлении в топливной рампе или при частичной нагрузке двигателя, давление избыточного топлива снижается до уровня давления на впуске клапаном регулирования давления, установлен­ном на топливной рампе, и возвращается на сто­рону впуска насоса высокого давления. Уровень давления в контуре высокого давления регули­руется блоком управления двигателем, управ­ляющим клапаном регулирования давления.

Клапан регулирования давления

Клапан регулирования давления представляет собой пропорциональный регу­лирующий клапан, закрытый при отсутствии электрического тока и управляемый широтномодулированным импульсным сигналом. Во время работы при подаче питания на катушку клапана возникает электромагнитная сила. Преодолевая усилие пружины, она подни­мает шарик клапана из седла, тем самым изме­няя проходной сечение клапана.

Клапан регули­рования давления обеспечивает регулирование давления в топливной рампе в функции коэф­фициента заполнения импульсов. Избыточное топливо, подаваемое насосом высокого давле­ния, возвращается в контур низкого давления.

Пружина клапана выполняет функцию ограничения давления в целях защиты ком­понентов от чрезмерно высокого давления в топливной рампе, например, в случае сбоя в системе управления клапаном.

В случае выхода из строя одного или бо­лее цилиндров насоса, возможна работа на исправных цилиндрах или от электроприводного топливного насоса при давлении, рав­ном давлению на впуске.

Топливная рампа

Назначением топливной рампы является накопление топлива, требующегося для впрыска, сглаживание пульсаций давления форсункам и равномерное распределение топлива по всем форсункам. Топливные форсунки смонтированы непосредственно на рампе. В системах с возвратом топлива возможна установка рядом с топливными форсунками регулятора давления топлива и при необходимости, демпфера пульсаций давления топлива в топливной рампе.

Локальные пульсации давления, вызывае­мые резонансом, возникающим при откры­ли и закрытии топливных форсунок, пре­дотвращаются посредством точного расчета размеров топливной рампы. Это позволяет избежать разброса количества впрыскивае­мого топлива, который может возникать в за­висимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя.

Системы прямого впрыска топлива для бензиновых двигателей

Назначением топливной рампы является на­копление и распределение объема топлива, требуемого для каждой рабочей точки двига­теля. Топливо запасается за счет его объема и сжимаемости. Таким образом, объем топлива зависит от мощности двигателя и должен быть адаптирован к потребностям того или иного двигателя (количеству впрыскивае­мого топлива) и диапазону давлений. Объем топлива обеспечивает демпфирование пуль­саций давления в топливной рампе.

На топливной рампе установлены следую­щие компоненты системы прямого впрыска топлива: топливные форсунки высокого дав­ления, датчик давления для регулирования высокого давления и клапан ограничения давления (для систем 1-го поколения).

Топливная рампа для систем впрыска то­плива 1-го поколения рассчитана на давление до 12 МПа (плюс запас 0,5 МПа до давления открытия клапана ограничения давления). Для систем 2-го поколения допустимое дав­ление в рампе составляет 20 МПа (плюс за­пас 0,5 МПа до давления открытия клапана ограничения давления). Разрывное давление, соответственно еще выше.

Регулятор давления топлива

В системах с впрыском топлива во впускной трубопровод количество топлива, впрыскива­емого форсункой, зависит от продолжитель­ности впрыска и разности между давлением топлива в топливной рампе и противодавле­нием во впускном трубопроводе. В топливных системах с возвратом топлива влияние дав­ления компенсируется регулятором давления топлива. Он поддерживает разность давлений в топливной рампе и впускном тру­бопроводе на постоянном уровне этот регу­лятор позволяет топливу возвращаться в бак в таком количестве, чтобы падение давления на топливных форсунках оставалось постоян­ным. Для этого через топливную рампу протекает интенсивный поток топлива, а регулятор давления устанавливается на конце рампы.

В системах без возврата топлива регуля­тор является частью встраиваемого в бак топливного модуля. Давление в топливной рампе поддерживается на постоянном уровне относительно внешнего давления. Это озна­чает, что перепад давления между топливной рампой и впускным трубопроводом не оста­ется постоянным и должен учитываться при вычислении продолжительности впрыска.

Конструкция и принцип действия регулятора давления

Регулятор давления топлива — диафрагменного переточного типа. Резино­вая диафрагма разделяет регулятор давле­ния на топливную камеру и камеру пружины. Через держатель клапана, встроенный в диафрагму, усилие пружины прижимает подвижную тарелку клапана к седлу, и кла­пан находится в закрытом положении. Как только давление, прилагаемое к диафрагме избыточным топливом, превышает усилие пружины, клапан открывается. Он позволяет перетекать в топливный бак топливу в коли­честве, достаточном для поддержания равно­весия сил, прилагаемых к диафрагме.

Камера пружины пневматически соеди­няется с впускным трубопроводом за дрос­сельной заслонкой. В результате разрежение во впускном трубопроводе также создается в камере пружины. Таким образом, отноше­ние давлений на диафрагме такое же, как на топливных форсунках. Это означает, что падение давления на топливных форсунках зависит только от усилия пружины и площади поверхности диафрагмы и, следовательно, остается постоянным.

Демпфер пульсаций давления топлива

Повторяющееся открытие и закрытие топлив­ных форсунок совместно с прерывистой по­дачей топлива при использовании топливных насосов вытеснительного типа приводит к колебаниям давления топлива. Это может вызывать резонанс давления, оказывающий неблагоприятное влияние на точность дози­рования топлива. При определенных усло­виях эти колебания могут вызывать шум, передающийся на топливный бак и кузов автомобиля через элементы крепления электроприводного топливного насоса, топливо­проводы и топливную рампу. Эти проблемы можно решить посредством использования элементов крепления специальной конструк­ции и демпферов пульсаций давления.

Демпфер пульсаций давления имеет кон­струкцию, подобную конструкции регулятора давления топлива. Здесь также подпружинен­ная диафрагма отделяет топливную камеру от воздушной камеры. Усилие пружины по­добрано таким образом, что мембрана подни­мается из своего седла, как только давление подачи топлива достигает своего рабочего диапазона. Это означает, что топливная камера имеет переменный объем, и не только погло­щает топливо при возникновении бросков дав­ления, но также выпускает его, когда давление снижается. Для обеспечения работы в наиболее благоприятном диапазоне при возникновении колебаний абсолютного давления топлива из-за условий, имеющих место во впускном трубопроводе, камера пружины может быть соединена с впускным трубопроводом.

В следующей статье я расскажу о зубчатых передачах.

Топливные системы 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 принцип работы

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.

Виды топливных систем бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя, различают карбюраторную и инжекторную топливные системы. Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.

Карбюраторный двигатель

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

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

Инжекторный двигатель

Топливная система инжекторного двигателя отличается тем, что имеет систему впрыска, принудительно нагнетающую топливо в камеру сгорания. Насос такой топливной системы создает более высокое давление, зависящее 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.
Читайте также:  Разновидности, устройство и принцип работы ТНВД

Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:

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

Схема питания 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 дизельного двигателя — 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:

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

Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:

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

Разделенная схема питания 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 2200 бар. Этот способ имеет важный недостаток — он характеризуется зависимостью давления от режима работы двигателя.

Линия возврата топлива (обратная магистраль)

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).

  • 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.
  • 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.

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.

Читайте также:  Устройство, виды и назначение топливных фильтров (3 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

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.

Инжекторная система питания

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:

  • бак с системой вентиляции;
  • электрический бензонасос;
  • фильтр тонкой очистки;
  • регулятор давления;
  • трубопроводы (подачи, обратного слива);
  • топливная рампа;
  • форсунки.

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:

  • бак;
  • магистрали (низкого и высокого давления, подающие и сливные);
  • два фильтрующих элемента (грубой и тонкой очистки);
  • топливоподкачивающий насос (обычно входит в конструкцию ТНВД);
  • топливный насос высокого давления (ТНВД);
  • форсунки;

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.

Система питания двигателя (топливная система)

_____________________________________________________________________________________________________________________

Главным предназначением топливной системы автомобиля являются подача топлива из бака, фильтрация, образование горючей смеси и подача ее в цилиндры. Существует несколько типов топливных систем для автомобильных двигателей. Самая распространенная в 20-ом веке была карбюраторная система подачи смеси топлива. Следующим этапом стало развитие впрыска топлива при помощи одной форсунки, так называемый моновпрыск. Применение этой системы позволило уменьшить расход топлива. В настоящее время используется третья система подачи топлива – инжекторная. В этой системе топливо под давлением подается непосредственно в впускной коллектор. Количество форсунок равно количеству цилиндров.

Схема топливной системы: инжекторный и карбюраторный вариант

Устройство топливной системы

Все cистемы питания двигателя похожи, отличаются только способами смесеобразования. В состав топливной системы входят следующие элементы:

  1. Топливный бак, предназначен для хранения топлива и представляет собой компактную емкость с устройством забора топлива (насос) и, в некоторых случаях, элементами грубой фильтрации.
  2. Топливопроводы представляют собой комплекс топливных трубок, шлангов и предназначены для транспортировки топлива к устройству смесеобразования.
  3. Устройства смесеобразования (карбюратор, моновпрыск, инжектор) – это механизм в котором происходит соединение топлива и воздуха (эмульсии) для дальнейшей подачи в цилиндры в такт работы двигателя (такт впуска).
  4. Блок управления работой устройства смесеобразования (инжекторные системы питания) – сложное электронное устройство для управления работой топливных форсунок, клапанов отсечки, датчиков контроля.
  5. Топливный насос, обычно погружной, предназначен для закачивания топлива в топливопровод. Представляет собой электродвигатель, соединенный с жидкостным насосом, в герметичном корпусе. Смазывается непосредственно топливом и длительная эксплуатация с минимальным количеством топлива, приводит к выходу из строя двигателя. В некоторых двигателях топливный насос крепился непосредственно к двигателю и приводился в действие вращением промежуточного вала, или распредвала.
  6. Дополнительные фильтры грубой и тонкой очистки. Установленные фильтрующие элементы в цепь подачи топлива.

Принцип работы топливной системы

Рассмотрим работу всей системы в целом. Топливо из бака всасывается насосом и по топливопроводу через фильтры очистки подается в устройство смесеобразования. В карбюраторе топливо попадает в поплавковую камеру, где потом через калиброванные жиклеры подается в камеру смесеобразования. Смешавшись с воздухом смесь через дроссельную заслонку поступает в впускной коллектор. После открытия впускного клапана подается в цилиндр. В системе моно впрыска топливо подается на форсунку, которая управляется электронным блоком. В нужное время форсунка открывается, и топливо попадает в камеру смесеобразования, где, как и в карбюраторной системе смешивается с воздухом. Дальше процесс такой же, как и в карбюраторе.

В инжекторной системе топливо подается к форсункам, которые открываются управляющими сигналами от блока управления. Форсунки соединены между собой топливопроводом, в котором всегда находится топливо. Во всех топливных системах существует обратный топливопровод, по нему сливается излишек топлива в бак.

Система питания дизельного двигателя похожа на бензиновую. Правда, впрыск топлива происходит непосредственно в камеру сгорания цилиндра, под большим давлением. Смесеобразование происходит в цилиндре. Для подачи топлива под большим давлением применяется насос высокого давления (ТНВД).

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ: _____________________________________________________________________________________________________________________


Смотрите также

     ico 3M  ico armolan  ico suntek  ico llumar ico nexfil ico suncontrol jj rrmt aswf