Топливно-воздушная система бензинового двигателя

Содержание

Системы питания карбюраторных и дизельных двигателей

От работы системы питания двигателя существенно зависят мощность, экономичность, надежность, безотказность и долговечность работы двигателя в различных условиях эксплуатации, токсичность отработавших газов.

Системы питания карбюраторных двигателей и дизелей существенно различаются способами смесеобразования, воспламенения и сгорания. Так, в карбюраторном двигателе топливо из бака 2 засасывается диафрагменным насосом 4, проходит фильтр грубой очистки 3 и подается насосом в фильтр тонкой очистки и далее в поплавковую камеру карбюратора 8. При вращении коленчатого вала и перемещении поршней в цилиндрах двигателя в карбюраторе создается разрежение. Вследствие этого в карбюратор засасываются топливо и воздух. Топливо распыливается в потоке воздуха и испаряется, образуя горючую смесь. Далее горючая смесь по впускному трубопроводу 9 поступает в цилиндры и там сгорает. Отработавшие газы отводятся в выпускной трубопровод 11, проходят глушитель 12 и выбрасываются в окружающую среду.

В системах питания карбюраторных двигателей топливный насос подает в 1,5…2 раза больше топлива, чем необходимо для работы двигателя при полной нагрузке. Избыточное топливо возвращается через жиклер 6 и отводящий топливопровод в бак, обеспечивая хороший отвод пузырьков пара и воздуха.

В системе питания дизеля подача и очистка воздуха и удаление отработавших газов, по существу, не отличаются от аналогичных процессов в системе питания карбюраторного двигателя. Принципиально система отличается приборами топливоподачи и смесеобразования, основными из которых являются топливный насос высокого давления 5 и форсунка 7.

Из топливного бака 1 по топливопроводу через фильтр грубой очистки 2 топливо засасывается подкачивающим насосом 3 и подается через фильтр тонкой очистки в полость насоса высокого давления 5, с помощью которого топливо дозируется, подается по топливопроводу высокого давления и через форсунку 7 впрыскивается в цилиндр. Излишки подаваемого топлива из полости насоса высокого давления по трубопроводу 6 возвращаются в бак.

Простейший карбюратор состоит из поплавковой камеры 2 с поплавком 1, запорной иглы 4, жиклера 12 с распылителем 9, диффузора 8, дроссельной 10 и воздушной 7 заслонок и смесительной камеры 11.

Топливо из бака по топливопроводу 3 поступает в поплавковую камеру 2 и заполняет ее. Когда уровень топлива в поплавковой камере достигнет верхнего предела, поплавок 1 прижмет запорную иглу 4 к ее седлу и поступление топлива прекратится. При понижении уровня поплавок опустится и игла откроет доступ топливу в поплавковую камеру.

Из поплавковой камеры топливо через жиклер 12 поступает в распылитель 9, выходное отверстие которого находится в горловине диффузора 8. Чтобы топливо не вытекало из распылителя при неработающем двигателе, выходное отверстие распылителя расположено на 1…2 мм выше уровня топлива в поплавковой камере.

Во время такта впуска при открытых воздушной 7 и дроссельной 10 заслонках разрежение из цилиндра передается в смесительную камеру 11 и вызывает в ней движение воздуха в направлении, указанном стрелками. Разрежение в смесительной камере можно регулировать дроссельной 10 и воздушной 7 заслонками.

Воздух, всасываемый в цилиндр двигателя, последовательно проходит через воздухоочиститель 6, патрубок и диффузор 8. Так как проходное сечение в горловине диффузора уменьшается, скорость воздуха в ней возрастает и разрежение увеличивается. Вследствие разницы между атмосферным давлением в поплавковой камере и разрежением в диффузоре топливо фонтанирует из распылителя. Струи воздуха движутся через диффузор со скоростью, примерно в 25 раз большей скорости капель топлива, поступающих из распылителя. Поэтому топливо распыливается на более мелкие капли и, смешиваясь с воздухом, образует горючую смесь, которая поступает в цилиндр двигателя. В результате распыливания поверхность соприкосновения частиц топлива с воздухом увеличивается, топливо интенсивно испаряется.

Работа топливной системы автомобиля

Все рассмотренные элементы работают в следующей последовательности… в момент запуска двигателя, а на некоторых машинах в момент открытия водительской двери, начинает работать топливный насос, создавая необходимое рабочее давление в топливной системе, необходимое для подачи топлива к двигателю.

В момент прохождения топливного фильтра или системы фильтров, по пути к двигателю, топливо очищается от различных механических примесей. Воздух, поступает к камере сгорания или карбюратору через воздушный фильтр, где так же очищается.

В зависимости от конструкции двигателя топливо-воздушная смесь может готовиться как непосредственно внутри камеры сгорания цилиндра двигателя, так и до попадания в цилиндр, например, в карбюраторе. Возможен так же комбинированный способ приготовления топливо-воздушной смеси.

После того, как топливо-воздушная смесь готова и поступила в камеру сгорания, происходит ее воспламенение. Для продолжения работы двигателя требуется постоянная подача все новых порций топлива, за что и отвечает топливная система.

Устройство автомобиля<index>

Система впрыска топлива применяется для дозированной подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания в строго определенный момент времени. От характеристик данной системы зависит мощность, экономичность и экологический класс двигателя автомобиля. Системы впрыска могут иметь различную конструкцию и варианты исполнения, что характеризует их эффективность и сферу применения.

Cистема питания двигателя внутреннего сгорания

Система питания — неотъемлемая часть любого двигателя внутреннего сгорания. Она предназначена для решения перечисленных ниже задач.

□ Очистка топлива и подача его в двигатель.

□ Очистка воздуха, используемого для приготовления горючей смеси.

□ Приготовление горючей смеси.

□ Подача горючей смеси в цилиндры двигателя.

□ Вывод отработавших (выхлопных) газов в атмосферу.

Система питания легкового автомобиля включает в себя следующие элементы: топливный бак, топливные шланги, топливный фильтр (их может быть несколько), топливный насос, воздушный фильтр, карбюратор (инжектор или иной прибор, используемый для приготовления горючей смеси). Отметим, что в современных автомобилях карбюраторы используются довольно редко.

Топливный бак располагается внизу или в задней части автомобиля: эти места наиболее безопасны. Топливный бак соединяется с прибором, который создает горючую смесь, посредством топливных шлангов, которые проходят почти через весь автомобиль (обычно — по днищу кузова).

Однако любое топливо должно пройти предварительную очистку, которая может включать в себя несколько степеней. Если вы заливаете топливо из канистры — используйте воронку с сетчатым фильтром. Помните, что бензин обладает большей текучестью, чем вода, поэтому для его фильтрации можно использовать совсем мелкие сетки, у которых ячейки почти не видны. Если ваш бензин содержит примесь воды, то после фильтрации через тонкую сетку вода останется на ней, а бензин — просочится.

Это должен знать каждый.

Помните, что любые примеси, содержащиеся в топливе (пыль, песок, вода, вязкие компоненты, грязь и т. п.), могут в короткий срок вывести систему питания из строя.

Очистка топлива при заливке его в топливный бак называется предварительной очисткой или первой степенью очистки — потому, что на пути топлива до двигателя оно еще не раз пройдет подобную процедуру.

Вторая степень очистки производится с использованием специальной сетки, находящейся на топливозаборнике внутри топливного бака. Даже если на первой стадии очистки в топливе остались какие-то примеси, то они будут удалены на втором этапе.

Для наиболее качественной (тонкой) очистки топлива, поступающего в топливный насос, применяется топливный фильтр (рис. 2.9), находящийся в моторном отсеке. Кстати, в некоторых случаях фильтр устанавливается и до, и после топливного насоса — с целью улучшения качества очистки поступающего в двигатель топлива.

Топливный фильтр следует менять через каждые 15 000 — 25 000 км пробега (в зависимости от конкретной марки и модели автомобиля).

Для обеспечения подачи топлива в двигатель используется топливный насос. Обычно он включает в себя следующие детали: корпус, диафрагма с приводным механизмом и пружиной, впускной и выпускной (нагнетательный) клапаны. Также в насосе присутствует еще один сетчатый фильтр: он обеспечивает последнюю, четвертую стадию очистки топлива перед подачей его в двигатель. Среди прочих деталей топливного насоса отметим шток, нагнетательный и всасывающий патрубки, рычаг ручной подкачки топлива и др.

Топливный насос может приводиться в действие от валика привода масляного насоса либо от распределительного вала двигателя. При вращении любого из этих валов находящийся на них эксцентрик оказывает давление на шток привода топливного насоса. Шток, в свою очередь, давит на рычаг, а рычаг — на диафрагму, в результате чего та опускается вниз. После этого над диафрагмой образуется разряжение, под влиянием которого впускной клапан преодолевает усилие пружины и открывается. В результате определенная порция топлива засасывается из топливного бака в пространство над диафрагмой.

Когда затем экс шток топливного насоса, рычаг перестает давить на диафрагму, в результате чего за счет жесткости пружины та поднимается вверх. При этом образуется давление, под действием которого впускной клапан плотно закрывается, а нагнетательный — открывается. Топливо над диафрагмой направляется в карбюратор (или иной прибор, используемый для приготовления горючей смеси — например, инжектор). Когда эксцентрик в очередной раз начинает давить на шток, топливо всасывается и процесс повторяется заново.

Линия возврата топлива (“обратка”)

Как правило, топливный насос имеет постоянную производительность, то есть закачивает топливо из бака в рампу под постоянным давлением. Двигатель же работает на разных режимах, потребляя разное количество топлива, в зависимости от его нагрузки. Таким образом, возникает необходимость контролировать давление и количество топлива в топливной рампе.

Этим занимается регулятор давления топлива, который сливает излишки топлива обратно в бак через линию возврата топлива, так называемую “обратку”. В настоящий момент существует два вида топливных систем, отличающихся наличием или отсутствием линии возврата топлива (обратной магистрали).

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.

Состав бензина и заводские топливные модификаторы

Автомобильные бензины – это смесь углеводородов, вырабатываемых из природного сырья – нефти и газового конденсата. Их производят на нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ), при этом добавляя различные присадки для получения необходимых эксплуатационных свойств:

стойкости к детонации – взрывному процессу сгорания, сопровождаемому перегревом, характерным стуком в двигателе, падением мощности, дымным выхлопом и повышением температуры в цилиндре.
испаряемости, обеспечивающей создание горючей смеси с воздухом при любой температуре окружающей среды;
отсутствия склонности к образованию отложений в топливном баке, топливопроводах, карбюраторе, на форсунках впрысковых двигателей, дроссельной заслонке, впускных клапанах и поршневых кольцах;
понижения нагарообразования на деталях, расположенных в камере сгорания и системе выпуска отработавших газов, что особенно актуально при наличии каталитического нейтрализатора;
снижения выбросов вредных веществ с выхлопными газами, в частности бензола и серы.

Заводские присадки должны быть введены в бензин производителем в соответствии с нормативной и технологической документацией. Например, согласно ГОСТ Р 51105-97 предусмотрены высокооктановые, антиокислительные, моющие и другие присадки, улучшающие качество бензинов и допущенные к применению в РФ.

Обозначение бензинов по ГОСТ 2084-77, наиболее распространенных в настоящее время, включает в себя следующие буквы и цифры:

«А» – автомобильный;

«И» – для бензинов, октановое число которых определено исследовательским методом (при моторном методе эта буква в обозначении не ставится);

далее две цифры – октановое число, характеризующее стойкость к детонации.

Марки автомобильных бензинов, вырабатываемых российскими НПЗ:

АИ-80 (А-76), АИ-92, АИ-95 и АИ-98 – по ГОСТ 2084-77 и различным заводским ТУ.
«Нормаль-80», «Регуляр-92», «Премиум-95» и «Супер-98» – по ГОСТ Р 51105-97, обладающие улучшенными свойствами (см. табл.) и обеспечивающие возможность выполнения норм Евро-2.
«Регуляр Евро-92», «Премиум Евро-95» и «Супер Евро-98» – по ГОСТ Р 51866-2002, соответствующему европейскому стандарту ЕН-228-99 (предназначены для обеспечения норм Евро-3).

Технологическое оборудование, используемое сырье и присадки на различных НПЗ, неодинаковы. Поэтому вырабатываемые ими бензины отличаются по составу, даже если относятся к одной марке. В любом случае качественным считается топливо, полностью соответствующее ГОСТу или ТУ, по которым оно произведено.

Состав и функции системы подачи топлива

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 автомобиляВ 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.

Схема питания дизельного двигателя

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

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.

Типы систем питания

Различают следующие виды систем питания двигателя, отличающиеся местом образования смеси:

внутри двигательных цилиндров;
вне двигательных цилиндров.

Топливная система автомобиля при образовании смеси за пределами цилиндра разделяется на:

топливную систему с карбюратором
с использованием одной форсунки (с моно впрыском)
инжекторную

Назначение и состав топливной смеси

Для бесперебойной работы двигателя автомобиля необходима определенная топливная смесь. Она состоит из воздуха и топлива, смешанных по определенной пропорции. Каждая из этих смесей характеризуется количеством воздуха, приходящегося на единицу топлива (бензина).

Для обогащенной смеси характерно наличие 13-15 частей воздуха, приходящихся на часть топлива. Такая смесь подается при средних нагрузках.

Богатая смесь содержит менее 13 частей воздуха. Применяется при больших нагрузках. Наблюдается увеличенный расход бензина.

У нормальной смеси характерно наличие 15 частей воздуха на часть топлива. Обедненная смесь содержит 15-17 частей воздуха и применяется при средних нагрузках. Обеспечивается экономный расход топлива. Бедная смесь содержит более 17 частей воздуха.

Как воздух попадает в топливную систему

Если говорить совсем начистоту, то в любой топливной магистрали есть микротрещинки, микропоры, разболтавшиеся крепления, изношенные уплотнители.

Воздух попадает в систему через ТНВД — если уплотнения крышки насоса или вала нарушены, обратку на форсунках, треснувшие топливные шланги, места соединения магистрали и топливных фильтров.

Уплотнение крышки ТНВД

Все эти моменты уже делают систему негерметичной. И чем старше автомобиль, тем больше таких лазеек для воздуха.

Как проявляется воздух в системе:

двигатель нормально заводится на холодную, но дальше работает нестабильно;
мотор глохнет при разгоне и высоких нагрузках;
вяло реагирует на нажатие педали газа, троит и трясется;
чтобы мотор “схватился”, нужно дольше крутить стартером;
в совсем запущенных случаях машина не заводится ни от стартера, ни с помощью пусковых устройств, ни с толкача.

Да, эти же симптомы могут свидетельствовать и о других неисправностях. Но завоздушивание отличается вот чем: проблемы в работе двигателя проявляются спустя несколько минут после запуска.

Виды форсунок

Форсунки различаются в зависимости от способа осуществления впрыска топлива. Давайте рассмотрим основные виды форсунок:

Электромагнитные форсунки;
Электрогидравлические форсунки;
Пьезоэлектрические форсунки.

Устройство электромагнитной форсунки

1 — сетчатый фильтр; 2 — электрический разъем; 3 – пружина; 4 — обмотка возбуждения; 5 — якорь электромагнита; 6 — корпус форсунки; 7 — игла форсунки; 8 – уплотнение; 9 — сопло форсунки.

Электромагнитная форсунка нашла свое применение на бензиновых двигателях, в том числе оборудованных системой непосредственного впрыска. Электромагнитной форсунка имеет простую конструкцию, которая включает электромагнитный клапан с иглой и соплом.

Как работает электромагнитная форсунка

Работа электромагнитной форсунки осуществляется в соответствии с заложенным алгоритмом в электронный блок управления. Электронный блок в определенный момент подает напряжение на обмотку возбуждения клапана. Вследствие этого создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло форсунки, после чего производится впрыск топлива. Когда напряжение исчезает, пружина возвращает иглу форсунки обратно на седло.

Устройство электрогидравлической форсунки

1 — сопло форсунки; 2 – пружина; 3 — камера управления; 4 — сливной дроссель; 5 — якорь электромагнита; 6 — сливной канал; 7 — электрический разъем; 8 — обмотка возбуждения; 9 — штуцер подвода топлива; 10 — впускной дроссель; 11 – поршень; 12 — игла форсунки.

Электрогидравлическая форсунка применяется на дизельных двигателях. Электрогидравлическая форсунка включает электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

Как работает электрогидравлическая форсунка

Работа электрогидравлической форсунки основана на использовании давления топлива при впрыске. В обычном положении электромагнитный клапан закрыт и игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Давление топлива на иглу меньше давления на поршень, благодаря этому впрыск топлива не происходит.

Когда электронный блок управления дает команду на электромагнитный клапан, открывается сливной дроссель. Топливо вытекает из камеры управления через сливной дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель препятствует выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали, вследствие чего давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу форсунки не изменяется. Игла форсунки поднимается и происходит впрыск топлива.

Устройство пьезоэлектрической форсунки

1 — игла форсунки; 2 – уплотнение; 3 — пружина иглы; 4 — блок дросселей; 5 — переключающий клапан; 6 — пружина клапана; 7 — поршень клапана; 8 — поршень толкателя; 9 – пьезоэлектрический элемент; 10 — сливной канал; 11 — сетчатый фильтр; 12 — электрический разъем; 13 — нагнетательный канал.

Пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка) является самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива в современных автомобилях. Форсунка применяется на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. Основные преимущества пьезоэлектрической форсунки в точности дозировки и быстроте срабатывания. Благодаря этому пьезофорсунка обеспечивает многократный впрыск на протяжении одного рабочего цикла.

Как работает пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка)

Работа пьезофорсунки основана на изменении длины пьезокристалла при подачи напряжения. Пьезоэлектрическая форсунка состоит из: корпуса, пьезоэлемента, толкателя, переключающего клапана и иглы.

Пьезофорсунка работает по гидравлическому принципу. В обычном положении игла прижата к седлу силой высокого давления топлива. Электронный блок подает электрический сигнал на пьезоэлемент и его длина увеличивается, воздействуя на поршень толкателя, открывает переключающий клапан и топливо поступает в сливную магистраль. Давление над иглой падает, и за счет давления в нижней части игла поднимается, что приводит к впрыску топлива. Количество впрыскиваемого топлива зависит от длительности воздействия на пьезоэлемент и давления топлива в топливной рампе.