Дизельная, инжекторная, карбюраторная системы питания ДВС

Система питания современного автомобиля

Двигатель внутреннего сгорания (далее – ДВС) не зря считается сердцем автомобиля. Именно производимый им крутящий момент является первоисточником всех механических и электрических процессов, происходящих в транспортном средстве. Однако мотор не может существовать обособленно от обслуживающих его систем – смазки, питания, охлаждения и выпуска газов. Наиболее значимую роль при функционировании ДВС играет система питания двигателя (или топливная система).

Функции, устройство и принцип функционирования

Каждый автомобиль характеризуется таким понятием, как «запас хода». Он определяется расстоянием, которое автомобиль способен преодолеть на полном топливном баке без дополнительных заправок. На данный показатель оказывают влияние самые различные факторы: сезонные, погодные и природные условия движения, характер дорожного покрытия, степень загруженности автомобиля, индивидуальные особенности водителя при управлении транспортным средством и т.д.). Однако главенствующую роль в определении «аппетита» автомобиля играет система питания и ее правильная работа.

Система питания выполняет функции:

1. подачи топлива, его очистки и хранения;
2. очистки воздуха;
3. приготовления специальной горючей смеси;
4. подачи смеси в цилиндры ДВС.

Классическая система питания автомобиля состоит из следующих структурных элементов:

• топливного бака, предназначенного для хранения горючего;
• топливного насоса, выполняющего функции создания давления в системе и принудительной подачи топлива;
• топливопроводов – специальных металлических трубок и резиновых шлангов для транспортировки горючего из топливного бака к ДВС (а излишков топлива – в обратном направлении);
• фильтра (или фильтров) очистки топлива;
• воздушного фильтра (для очистки воздуха от примесей);
• устройства приготовления топливно-воздушной смеси.

Система питания имеет достаточно простой принцип работы: под воздействием специального топливного насоса горючее из бака, предварительно пройдя процедуру очистки топливным фильтром, по топливопроводам подается к устройству, предназначенному для приготовления топливно-воздушной смеси. И уже затем смесь подается в цилиндры двигателя.

Варианты системы питания

Основными видами горючего для ДВС являются бензин и дизельное топливо («солярка»). Газ (метан) так же относится к видам современного топлива, но, несмотря на широкую применяемость, пока не получил актуальности.
Вид топлива является одним из критериев классификации систем питания ДВС.

В этой связи выделяют силовые агрегаты:

1. бензиновые;
2. дизельные;
3. основанные на газообразном топливе.

Но наиболее признанной среди специалистов является типология систем питания двигателя по способу подачи топлива и приготовления топливно-воздушной смеси. Следуя данному принципу классификации, различаются, во-первых, система питания карбюраторного двигателя, во-вторых, система питания с впрыском топлива (или инжекторного двигателя).

Карбюратор

Карбюраторная система основана на действии технически сложного устройства – карбюратора. Карбюратор – это прибор, осуществляющий приготовление смеси топлива и воздуха в необходимых пропорциях. Несмотря на разнообразие видов, в автомобильной практике наибольшее применение получил поплавковый всасывающий карбюратор, принципиальная схема которого включает:

• поплавковую камеру и поплавок;
• распылитель, диффузор и смесительную камеру;
• воздушную и дроссельную заслонки;
• топливные и воздушные каналы с соответствующими жиклерами.

Подготовка топливно-воздушной смеси в карбюраторе осуществляется по пассивной схеме. Движение поршня в такте впуска (первом такте) создает в цилиндре разряженное пространство, в которое и устремляется воздух, проходя через воздушный фильтр и сквозь карбюратор. Именно здесь и происходит формирование горючей смеси: в смесительной камере, в диффузоре топливо, вырывающееся из распылителя, дробится воздушным потоком и смешивается с ним. Наконец, через впускной коллектор и впускные клапаны горючая смесь подается в конкретный цилиндр двигателя, где в необходимый момент и воспламеняется искрой от свечи зажигания.

Таким образом, система питания карбюраторного двигателя представляет собой преимущественно механический способ приготовления топливно-воздушной смеси.

Впрыск топлива

Эпоха карбюратора сменяется эпохой инжекторного двигателя, система питания которого основана на впрыске топлива. Ее основными элементами являются: электрический топливный насос (расположенный, как правило, в топливном баке), форсунки (или форсунка), блок управления ДВС (так называемые «мозги»).

Принцип работы указанной системы питания сводится к распылению топлива через форсунки под давлением, создаваемым топливным насосом. Качество смеси варьируется в зависимости от режима работы двигателя и контролируется блоком управления.
Важным компонентом такой системы является форсунка. Типология инжекторных двигателей основывается именно на количестве используемых форсунок и места их расположения.

Так, специалисты склонны выделять следующие варианты инжектора:

1. с распределенным впрыском;
2. с центральным впрыском.

Система распределенного впрыска предполагает использование форсунок по количеству цилиндров двигателя, где каждый цилиндр обслуживает собственная форсунка, участвующая в подготовке горючей смеси. Система центрального впрыска располагает только одной форсункой на все цилиндры, расположенной в коллекторе.

Особенности дизельного двигателя

Как бы особняком стоит принцип действия, на котором основывается система питания дизельного двигателя. Здесь топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры в распыленном виде, где и происходит процесс смесеобразования (смешивания с воздухом) с последующим воспламенением от сжатия горючей смеси поршнем.
В зависимости от способа впрыска топлива, дизельный силовой агрегат представлен тремя основными вариантами:

• с непосредственным впрыском;
• с вихрекамерным впрыском;
• с предкамерным впрыском.

Вихрекамерный и предкамерный варианты предполагают впрыск топлива в специальную предварительную камеру цилиндра, где оно частично воспламеняется, а затем перемещается в основную камеру или собственно цилиндр. Здесь горючее, смешиваясь с воздухом, окончательно сгорает. Непосредственный же впрыск предполагает доставку топлива сразу же в камеру сгорания с последующим его смешиванием с воздухом и т.д.

Еще одна особенность, которой отличается система питания дизельного двигателя, заключается в принципе возгорания горючей смеси. Это происходит не от свечи зажигания (как у бензинового двигателя), а от давления, создаваемого поршнем цилиндра, то есть путем самовоспламенения. Иными словами, в этом случае нет необходимости применять свечи зажигания.

Однако холодный двигатель не сможет обеспечить должный уровень температуры, требуемый для воспламенения смеси. И использованием свечей накаливания позволит осуществить необходимый подогрев камер сгорания.

Режимы работы системы питания

В зависимости от целей и дорожных условий водитель может применять различные режимы движения. Им соответствуют и определенные режимы работы системы питания, каждому из которых присуща топливно-воздушная смесь особого качества.

1. Состав смеси будет богатым при запуске холодного двигателя. При этом потребление воздуха минимально. В таком режиме категорически исключается возможность движения. В противном случае это приведет к повышенному потреблению горючего и износу деталей силового агрегата.
2. Состав смеси будет обогащенным при использовании режима «холостого хода», который применяется при движении «накатом» или работе заведенного двигателя в прогретом состоянии.
3. Состав смеси будет обедненным при движении с частичными нагрузками (например, по равнинной дороге со средней скоростью на повышенной передаче).
4. Состав смеси будет обогащенным в режиме полных нагрузок при движении автомобиля на высокой скорости.
5. Состав смеси будет обогащенным, приближенным к богатому, при движении в условиях резкого ускорения (например, при обгоне).

Неисправности и сервисное обслуживание

В процессе эксплуатации транспортного средства топливная система автомобиля испытывает нагрузки, приводящие к ее нестабильному функционированию или выходу из строя. Наиболее распространенными считаются следующие неисправности.

Недостаточное поступление (или отсутствие поступления) горючего в цилиндры двигателя

Некачественное топливо, длительный срок службы, воздействие окружающей среды приводят к загрязнению и засорению топливопроводов, бака, фильтров (воздушного и топливного) и технологических отверстий устройства приготовления горючей смеси, а также поломке топливного насоса. Система потребует ремонта, который будет заключаться в своевременной замене фильтрующих элементов, периодической (раз в два-три года) прочистке топливного бака, карбюратора или форсунок инжектора и замене или ремонте насоса.

Потеря мощности ДВС

Неисправность топливной системы в данном случае определяется нарушением регулировки качества и количества горючей смеси, поступающей в цилиндры. Ликвидация неисправности связана с необходимостью проведения диагностики устройства приготовления горючей смеси.

Утечка горючего

Утечка горючего – явление весьма опасное и категорически не допустимое. Данная неисправность включена в «Перечень неисправностей…», с которыми запрещается движение автомобиля. Причины проблем кроются в потере герметичности узлами и агрегатами топливной системы. Ликвидация неисправности заключается либо в замене поврежденных элементов системы, либо в подтягивании креплений топливопроводов.

Таким образом, система питания является важным элементом ДВС современного автомобиля и отвечает за своевременную и бесперебойную подачу топлива к силовому агрегату.

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:

• 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.

https://znanieavto.ru/toplivo/sistema-pitaniya-dvigatelya-avtomobilya.html

Устройство топливной системы