Как подается топливо в двигатель

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.

• Бак. В нём хранится бензин либо дизель. Для забора топлива бак оснащается насосом.
• Насос. Устройство, непосредственно осуществляющее подачу топлива к карбюратору или форсункам (в зависимости от того, какой тип двигателя на авто установлен — карбюраторный или со впрыском топлива).
• Топливопроводы. Шланги, трубки, при помощи которых топливный насос высокого давления присоединяется к форсункам. Непосредственно участвуют в транспортировке топлива в устройство образования смеси. Топливопроводы играют две функции: и подводят топливо в бак, и, напротив, отводят излишки топлива. В связи с этим топливопроводы бывают подающими и сливными.
• Устройства смесеобразования (инжектор, карбюратор или моновпрыск). В этих устройствах топливо соединяется с воздухом, в результате образуется эмульсия (в таком виде топливо и поступает в цилиндры двигателя).
• Датчики уровня топлива. Служат для определения уровня топлива в баке. Работают в «паре» с указателем уровня топливной смеси на приборной панели. Датчики бывают контактными и бесконтактыми. При работе с традиционным топливом (бензин, дизель) достаточно контактных датчиков. Бесконтактные датчики рекомендованы для агрессивных сред (если в качестве топлива используется биодизель, метанол, этанол).
• Инжекторные устройства. Электроника для координации и контроля работы форсунок, датчиков, клапанов осечки.
• Фильтры. Добавочные фильтры для грубой и тонкой очистки. В большинстве случаев (за исключением двигателей с прямым впрыском топлива) фильтры встроены в редукционный клапан (отвечает за регулировку рабочего давления в системе).
• Подогреватели топлива. Актуальны для дизелей. Необходимость установки подогревателей в этом случае обусловлена свойства самого дизельного топлива. При понижении температуры у него увеличивается уровень вязкости, что неблагоприятно сказывается на функционировании устройства.

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.

1. ТС добавляет отмеренную порцию топлива в воздух, поступающий в цилиндр двигателя.
2. ТС вводит отмеренную порцию топлива в воздух, находящийся в цилиндре.

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

• нагрузку,
• температурные показатели (самого двигателя, воздуха вокруг),
• особенности протекания процесса воспламенения и сгорания топлива в цилиндре.

Виды топливных систем

Бензиновые системы впрыска топлива:

• Карбюраторные. Топливо втягивается в поток воздуха, который проходит через карбюратор, за счет разрежения, возникающего в сужении воздушного канала. Механический или электрический топливный насос забирает топливо из бака, и подает его в карбюратор.
• Наддроссельного впрыска. Топливный узел привинчивается к впускному коллектору. Топливо посредством электронного модуля подаётся через топливную форсунку в поток воздуха, направляемый во все цилиндры двигателя.
• Распределительного (многоточечного или коллекторного) впрыска. Одни из наиболее передовых. Основана на впрыске топлива в каждый цилиндр отдельной форсункой. Может управляться как механически, так и с помощью электроники.
• Дискретного впрыска. Устройство топливной системы функционирует по импульсному циклу. В работе учитываются полученные датчиками показания массового расхода воздуха.
• Непосредственного впрыска. Инжекторная подача. Впрыск производится сразу в камеру внутреннего сгорания, а не во впускной коллектор. Такое решения позволяет оптимизировать уровень топливной эффективности, но устройство топливной системы, ориентированной на непосредственный впрыск, очень требовательно к качеству топлива.

А вот дизельные ТС принято квалифицировать следующим образом:

• Системы с ТНВД (рядными и распределительного типа);
• Системы с насос-форсунками;

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.

Какие существуют системы подачи топлива в дизельном ДВС

Как мы знаем, в дизельном ДВС топливо воспламеняется не от внешнего источника (искра зажигания в бензиновом моторе), а в результате сильного сжатия и нагрева. При этом топливно-воздушная смесь подается и распыляется в цилиндрах под высоким давлением. С этой целью в дизелях используются разные типы систем подачи топлива.

Топливная система дизельных ДВС: основные принципы

Сначала воздух подается в цилиндр, затем сжимается, нагреваясь в процессе до экстремальных температур, и лишь к концу такта сжатия в цилиндр подается дизельное топливо. Подается таким образом: впрыскивается в камеру сгонария под высоким давлением (от 100 до 2000 атмосфер) и распыляется. Поэтому, вне зависимости от типа топливной системы дизеля, в ней всегда есть два компонента:

• тот, что создает высокое давление – топливный насос высокого давления (ТНВД)
• и тот, что впрыскивает и разбрызгивает горючее по камере – форсунка.

В зависимости от типа топливной системы дизельного ДВС, отличается конструкция ТНВД и устройство форсунок. Также отличаются схемы управления этими элементами и место их расположения.

Основные типы топливных систем дизеля

Наибольшее распространение получили 4 типа топливных систем дизельных моторов:

• рядный ТНВД
• ТНВД распределительного типа
• насос-форсунки
• система Common Rail

Рядный ТНВД – проверенное десятилетиями решение, которое активно применяется на грузовой и специальной технике с дизельными моторами. В основе этой системы подачи топлива находится работа плунжерной пары. Цилиндр движется в гильзе, создавая давление и сжимая топливо до необходимых показателей. Как только они достигнуты, открывается специальный клапан, подающий топливо на форсунку, которая впрыскивает его в цилиндр. Плунжер в это время движется вниз, открывает канал для впуска горючего в пространство гильзы с помощью топливоподкачивающего насоса, и цикл повторяется.

Работа самого плунжера становится возможна благодаря кулачковому валу, который приводится от мотора. Кулачки «толкают» клапана, а мкфта опережения впрыска, соединяющая ТНВД и двигатель, корректирует работу топливной системы.

Неоспоримые достоинства системы подачи топлива с рядными ТНВД – их ремонтопригодность и доступность обслуживания.

ТНВД распределительного типа конструктивно напоминает рядный топливный насос. Отличие заключается в количестве плунжерных пар. Если в рядном ТНВД одна пара идет на один цилиндр, то в распределительном работы одной плунжерной пары достаточно, чтобы обслуживать два, три, и даже шесть цилиндров. Это достигается через опцию вращения плунжера вокруг оси. Вращаясь, плунжер поочередно открывает выпускные клапана, подавая горючее на форсунки нескольких цилиндров.

Эволюция распределительных ТНВД привела к тому, что появились уже роторные топливные насосы: в них плунжеры помещаются в ротор и в процессе работы движутся навстречу двуг другу, пока ротор вращает их, распределяя тем самым топливо по камере сгорания.

Преимущество системы подачи топлива с распределительным ТНВД – компактность самого устройства. Недостатки – сложность настройки, применение схем электронного управления и корректировки работы.

Система подачи топлива в цилиндр с помощью насос-форсунок вообще исключает необходимость ТНВД как отдельного элемента. В этом случае, форсунка и насосная секция – это один узел в общем корпусе.

В результате достигается легкость регулировки подачи топлива в конкретный цилиндр, а при выходе из строя одной насос-форсунки, остальные продолжают работать, что облегчает ремонт. Конструктивно, насос-форсунки приводят в действие плунжеры распредвал ГРМ в головке блока цилиндров.

Система подачи топлива насос-форсунками распространена не только на грузовых, но и на легковых автомобилях. К недостаткам ее можно отнести высокую стоимость запчастей, а также крайнюю чувствительность к качеству дизельного топлива. Мельчайшие примеси в горючем могут легко вывести из строя насос-форсунку, что отражается на стоимости эксплуатации такого решения в личном автомобиле.

Система Common Rail стала своего рода прорывом в части решения механизма подачи топлива в дизельных ДВС. Эта система позволяет экономить топливо при высоком КПД дизеля, что и сделало ее такой популярной. Common Rail придумали инженеры Bosch еще в 90-х годах. Сегодня большинство дизельного транспорта оснащается именно Коммон Реил.

Главное отличие этой системы – наличие аккумулятора высокого давления в общей магистрали. Туда топливо нагнетается отдельным ТНВД, чтобы затем под постоянным давлением подаваться на форсунки. Именно постоянство давления дает возможность быстро и эффективно впрыскивать горючее в цилиндр. Как результат – производительная, мягкая и комфортная работа дизельного двигателя. Бонусом – упрощение конструкции самого ТНВД в системе Common Rail.

Управляется работа системы отдельным ЭБУ: группа датчиков сообщает контроллеру, сколько и как скоро нужно подать дизельное топливо в цилиндры. С другой стороны, сложность и недостаток Коммон Реил обусловлена как раз умной электроникой и принципом работы системы. Поэтому владельцам таких решений стоит выбирать качественное топливо и своевременно менять топливные фильтры.

О том, как еще продлить жизнь вашего дизельного двигателя, мы писали здесь.

Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог

Как работает инжекторная система подачи топлива.

Что происходит когда мы жмём на газ?
Педаль газа в автомобиле подключена к дроссельной заслонке. Дроссельная заслонка — это клапан, который регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель. Когда мы нажимаем на педаль газа, дроссельная заслонка открывается, позволяя большему количеству воздуха попадать в двигатель. Блок управления двигателем, который управляет всеми электронными компонентами двигателя, “видит”, что дроссельная заслонка открылась и увеличивает расход топлива, в ожидании того, что в двигатель поступит больше воздуха.
Важно, что бы расход топлива увеличивался как только откроется дроссельная заслонка, иначе при нажатии на педаль газа будет некоторое запаздывание.
Датчики также регистрируют массу воздуха, поступающего в двигатель, и количество кислорода в выхлопе. Опираясь на эту информацию, блок управления двигателем регулирует подачу топлива.

Форсунка.
Форсунка — это не что иное, как электромагнитный клапан, к которому подводится топливо и способный открываться множество раз в секунду. Когда на форсунку подаётся напряжение, электромагнитный клапан открывается и топливо под давлением распыляется через крошечные сопла. Сопла необходимы для того чтобы топливо превратить в мелкий туман, в таком состоянии оно лучше горит. Количество топлива, подаваемого в двигатель, определяется временем, когда топливная форсунка открыта. Это время зависит от ширины импульса, который подаёт электронный блок управления двигателем (ЭБУ). Форсунки установлены во впускном коллекторе и распыляют топливо прямо на клапана. Топливо подводится к форсункам через трубку, которая называется топливной рампой.

• Датчик массового расхода воздуха — сообщает ЭБУ массу воздуха, поступающего в двигатель;
• Датчики кислорода — определяют количество кислорода в выхлопных газах, на основе этих данных ЭБУ корректирует качество смеси;
• Датчик положения дроссельной заслонки — контролирует положение дроссельной заслонки, которая определяет какое количество воздуха попадёт в двигатель, это позволяет ЭБУ быстрее реагировать, уменьшая или увеличивая расход топлива. Дело в том, что массовый расходомер воздуха (который по сути определяет массу воздуха поступающего в двигатель) инерционен, то есть при изменении потока воздуха он реагирует с некоторым опозданием.
  Информация с дроссельной заслонки приходит раньше чем с массового расходомера воздуха, что позволяет нам не чувствовать его инерционности;
• Датчик температуры охлаждающей жидкости — предоставляет данные ЭБУ о температуре охлаждающей жидкости;
• Датчик абсолютного давления — контролирует давление воздуха во впускном коллекторе.
  По известному количеству воздуха, поступающего в двигатель, можно посчитать какая энергия образуется в двигателе. Чем больше воздуха поступает в двигатель, тем меньше разряжение во впускном коллекторе;
• Вольтметр — контролирует напряжение сети, ЭБУ может поднять обороты холостого хода если напряжение сети упало, что указывает на высокую электрическую нагрузку;

• Одновременный впрыск — все форсунки открываются одновременно;
• Попарно-параллельный впрыск — форсунки открываются парами, только в одном цилиндре в это время впускной такт и топливо попадёт в цилиндр, а в другом выпускной. Но так как за попадание топлива в цилиндр отвечают клапана, это не мешает работе двигателя.
  В современных моторах попарно-параллельный впрыск используется в аварийном режиме, когда неисправен датчик распредвала, также называемый датчиком фаз;
• Фазированный впрыск — каждая форсунка открывается непосредственно перед впускным тактом;
• Прямой впрыск — тот же фазированный впрыск, только топливо впрыскивается прямо в камеру сгорания;

Для того чтобы вычислить длительность импульса, ЭБУ сначала смотрит базовую длительность импульса в справочной таблице. Базовая длительность импульса зависит от частоты вращения двигателя (RPM) и нагрузки (которая может быть вычислена из абсолютного давления в коллекторе). Предположим обороты двигателя 2000 оборотов в минуту и нагрузка равна 4. Находим значение на пересечении 2000 и 4, оно составляет 8 миллисекунд.

Теперь по известным данным рассчитаем длительность импульса:
Длительность импульса = 8 х 0,8 х 1,0 = 6,4 мс
Из этого примера, видно, как ЭБУ регулирует длительность импульса.
Системы реального контроля может иметь более 100 параметров, каждому параметру соответствует собственная таблица. И в зависимости от оборотов двигателя, ЭБУ, приходится производить расчёты более ста раз в минуту.

Производительность чипов.
Теперь когда мы понимаем как работает ЭБУ, можем поговорить о том как увеличить мощность двигателя. В ЭБУ есть чип в котором располагаются все справочные таблицы. Этот чип можно заменить на аналогичный, с другими таблицами. Эти таблицы будут содержать в себе значения, которые будут увеличивать подачу топлива на определённых этапах езды.
Например, можно увеличить количество топлива поступающего в двигатель как на полном газу, так и на любых оборотах. Поскольку производители таких прошивок для чипов, не озабочены количеством вредных выбросов, они используют более агрессивные настройки подачи топлива, при написании прошивки.

Система питания автомобиля

Главное предназначение системы питания двигателя автомобиля – доставка, очищение и хранение топлива. Благодаря данной системе горючая смесь подается в цилиндры движка. Важно помнить о том, что мотор всегда работает по-разному. Это сказывается на объеме и качестве смеси.

Система питания автомобиля

Описываемая систему питания автомобиля, нельзя не упомянуть о том, что на нее возлагается забота об экологи. Речь идет о снижении токсичности отработанных газов. Это крайне важно, поскольку требования к экологичности транспортных средств становятся суровее год от года.

Три группы устройств

Итак, техническое обслуживание системы питания автомобиля будет завязано на анализе следующих трех групп:

• Устройства, которые подготавливают и подают воздух;
• Устройства, которые подготавливают и подают топливо;
• Устройства, которые отводят газы в окружающую среду.

Функции

Перечень функций системы питания будет включать в себя следующее:

• Точная подача требуемого количества топлива в двигатель;
• Подача чистого воздуха в цилиндры;
• Приготовление горючей смеси;
• Подача топлива в цилиндры двигателя;
• Удаление продуктов сгорания;
• Нейтрализация токсических веществ, которые присутствуют в выхлопных газах.

Основные элементы

Перечислим основные элементы описываемой структуры:

• Бак. Топливо хранится именно здесь. В наличии у бака всегда имеется насос для закачки топлива;
• Топливопровод. Благодаря ему топливо поступает в смесеобразующее устройство. Внешне представляет собой сложную структуру различных трубок и шлангов;
• Устройство смесеобразования. Необходимо для того, чтобы обеспечить подачу топлива в двигатель. В качестве такого элемента могут выступать карбюратор, моновпрыск или инжекторная система;
• Блок управления (если речь идет об инжекторе). Электронный блок отвечает за управление функционированием системы смешения. Если в работе системы имеется какой-нибудь сбой, то благодаря блоку об этом сразу же станет известно;
• Топливный насос. Осуществляет доставку топлива в топливопровод;
• Фильтры для очистки.

Cистема питания карбюраторного двигателя

Рабочие режимы

Как уже говорилось выше, езда может быть разной. У каждого режима будут свои отличительные черты:

• Когда запускается холодный мотор, качество смеси является очень хорошим. Воздух потребляется на крайне низком уровне. Движение практически исключено (при движении детали авто будут быстро изнашиваться, может потребоваться ремонт системы питания автомобиля);
• «Холостой ход». Состав смеси обогащен. Используется при движении «накатом»;
• Передвижение с частичными нагрузками. Состав смеси обеднен;
• Движение на высокой скорости. Состав – обогащен. То же самое касается и стремительного ускорения.

Карбюраторная система подачи топлива

Образование смеси реализуется в карбюраторе. Он поставляет в двигатель смесь в необходимой концентрации.

Воздух в карбюратор попадает по специальному фильтру (здесь происходит очистка воздуха от пыли). После карбюратора топливо оказывается в поплавковой камере. Следующий этап – камера смесеобразования. Смесь через дроссельную заслонку оказывается во впускном коллекторе. Завершающая стадия – подача в цилиндры.

Инжекторная система

Основной недостаток такой системы – высокая чувствительность к качеству бензина. Подача топлива осуществляется на форсунку. За ее управление отвечает блок. Следующий этап после форсунки – камера смесеобразования. Вся остальная цепочка схожа с функционированием карбюраторной системы.

Инжекторная система подачи топлива

Обслуживание системы питания автомобиля в данном случае будет сильно зависеть от состояния «мозга» (речь идет об электронном блоке).