Система питания бензинового двигателя

Любой ДВС нуждается в топливе. Главной задачей топливно-воздушной системы является бесперебойная доставка в двигатель смеси топлива и воздуха. Система топливоподачи еще называется топливной системой или системой питания топливом. Такая система предназначена для питания двигателя, хранения и очистки топлива.

Конструктивное строение

Конструктивно такая система состоит из следующих элементов:

  • топливный бак
  • топливный насос
  • топливный фильтр
  • система впрыска
  • топливопроводы

Строение топливной системы бензинового двигателя

Стоит отметить, что топливная система бензинового агрегата имеет ряд отличий от дизельных двигателей по своему устройству. Это связано с особенностями топливного впрыска на дизельном ДВС. Подробнее читайте о каждом элементе топливной и воздушной системы, а также о системе топливоподачи дизельных агрегатов в специальных разделах нашего сайта.

Топливный бак

Топливный бак автомобиля

Обеспечивает хранение топлива, необходимого для питания двигателя автомашины. Указанный бак в легковых авто зачастую расположен в задней части и закреплен на днище кузова.

Топливный насос

Топливный насос

Отвечает за подачу топлива в систему впрыска и поддерживает необходимое рабочее давление в топливной системе. Насос находится в топливном баке и имеет электрический привод. Встречаются конструкции, в которых задействован подкачивающий насос. Для дизельных ДВС и двигателей с прямым (непосредственным) впрыском независимо от насоса в баке дополнительно используется топливный насос высокого давления (ТНВД).

Топливный фильтр

Топливный фильтр

Ответственен за очистку топлива. Современные авто имеют редукционный клапан, который встроен в топливный насос. Такой клапан регулирует рабочее давление в системе топливоподачи. Лишнее топливо отводится от клапана по топливопроводу, предназначенному для слива. ДВС, которые имеют непосредственный впрыск, исключают необходимость установки такого клапана в топливном фильтре. Топливный фильтр топливной системы дизеля имеет немного другую конструкцию, но функции его аналогичны. Топливный фильтр подлежит обязательной замене с определенной периодичностью.

Система впрыска

Система впрыска топлива

Обеспечивает образование и доставку топливно-воздушной смеси непосредственно в камеру сгорания двигателя. Системы впрыска бывают разные, но для простоты их можно разделить на три основных типа: карбюраторная система, инжекторная система и система прямого (непосредственного впрыска). О каждой из таких систем и их особенностях мы намерены подробнее поговорить в отдельных статьях.

Топливопроводы обеспечивают циркуляцию топлива в системе. Указанные элементы бывают двух видов: подающий и сливной. В подающем топливопроводе нагнетается и поддерживается необходимое давление. Сливной топливопровод служит для отвода излишков топлива обратно в топливный бак.

Принцип работы топливно-воздушной системы

Давайте взглянем на работу данной системы в упрощенном виде. Для наглядного примера возьмем наиболее распространенный и актуальный сегодня вариант бензинового ДВС — атмосферный двигатель с инжектором. Именно такие моторы устанавливаются практически на все современные автомобили независимо от ценового сегмента.

Вся схема работы системы топливоподачи выглядит следующим образом:

  1. Водитель включает зажигание;
  2. Топливный насос закачивает топливо в систему и создает рабочее давление;
  3. Топливо поступает в систему впрыска;
  4. Происходит распыление и образование топливно-воздушной смеси;

Некоторые автомобили имеют такое устройство активации бензонасоса, когда рабочее давление в системе уже создается после открытия двери водителя.

Смесеобразование инжекторного ДВС

Необходимое двигателю топливо находится в бензобаке, а воздух для образования горючей смеси берется из атмосферы. Топливо из бака предварительно фильтруется топливным фильтром, воздух аналогично очищается фильтрующим элементом.

Топливо и воздух смешиваются во впускном коллекторе. Данный элемент конструкции установлен на блоке инжекторного двигателя так, чтобы располагаться над впускными клапанами. Воздух попадает во впускной коллектор через дроссельную заслонку, а топливо впрыскивается при помощи электромагнитных топливных форсунок.

Стоит отметить, что таких форсунок в современном бензиновом двигателе зачастую столько же, сколько и цилиндров. На раннем этапе развития ДВС повсеместно присутствовал карбюратор, позже представителями первых инжекторных систем стали конструкции с одной форсункой на все цилиндры, которые назывались моноинжектором. Подробнее читайте о системах приготовления смеси (системы смесеобразования) в отдельной статье.

Доступно описать процесс смесеобразования для ДВС с инжекторным впрыском можно несколькими словами. Представьте, что чистый воздух во впуске практически добирается до впускных клапанов, а уже над ними начинается смесеобразование с участием очередной дозы распыленного форсункой бензина. Такой принцип работы позволяет снизить расход горючего, повысить мощность и поднять показатель крутящего момента.

Подача топлива

За доставку горючего к топливным форсункам из бака отвечает топливный насос, который создает рабочее давление. На большинстве современных авто такой насос является погружным. Это означает, что погружной насос опущен прямо в бак, а его корпус непосредственно контактирует с бензином. Горючее очень часто служит средством охлаждения для топливного насоса.

Топливо из бака подается в топливную рампу. Данный элемент еще называется топливная рейка. Рампа отвечает за то, чтобы в каждую отдельную инжекторную форсунку поступало одинаковое количество топлива. Рейка дополнительно выравнивает давление топлива.

Топливная рейка представляет собой место для установки форсунок. Сама рампа пустотелая, имеет боковые отверстия для каждой отдельной форсунки. Инжекторы закреплены одной стороной на топливной рампе, а сопло форсунки, которое отвечает за распыление горючего, находится в специальных отверстиях. Эти отверстия конструктивно предусмотрены во впускном коллекторе.

Как работает топливная форсунка

Устройство форсунки

Принцип работы форсунки заключается в том, что ЭБУ (электронный блок управления) подает на нее электрический импульса. Под воздействием импульса форсунка открывается и впрыскивает бензин во впускной коллектор. Полученная топливно-воздушная смесь всасывается через впускные клапаны поршнем на такте впуска. Момент времени и длительность впрыска для форсунки определяет ЭБУ.

Работа регулятора давления топлива и «обратки»

Рабочее давление в топливной системе и в топливной рейке должно быть постоянным. Топливный насос качает только в одну сторону, а для удаления излишков топлива и нормализации повышенного давления в системе необходимо слить оставшееся топливо обратно в бак после впрыска и последующего закрытия форсунок. Для каждой конкретной ситуации необходимое давление обеспечивает регулятор топливного давления.

Зачастую такой регулятор топливного давления располагают на топливной рампе. Находится регулятор с противоположной стороны от места топливоподачи. Сам регулятор работает достаточно просто, так как представляет собой обычный клапан. Когда давление выходит за рамки необходимого уровня, тогда клапан открывается и происходит сброс излишков топлива обратно в бак. Это и называется в быту «обратка».

В ряде конструкций регулятор давления соединяется со впускным коллектором. Соединителем выступает вакуумный шланг. Это делается для того, чтобы регулятор топливного давления мог определить давление не только в самой топливной рампе, но и во впускном коллекторе. Учитывая давление в коллекторе, регулятор при необходимости корректировать давление в топливной рейке. Можно предположить, что повышение давления (уменьшение разряжения) во впускном коллекторе выступает свидетельством большей нагрузки на мотор. Возросшая нагрузка означает, что в топливной рампе необходимо поднять давление.

Абсорбер паров бензина

Составляющим элементом топливной системы является адсорбер топливных паров. Такой элемент отвечает за соблюдение экологических норм. Главным предназначением абсорбера является поглощение паров бензина из топливного бака и передача таких паров в нужный момент времени во впускной коллектор. Это позволяет не выпускать вредные пары бензина в атмосферу и дожигать их.

Абсорбер топливных паров представляет собой особую канистру. Эта канистра заполнена поглощающим углем и находится в моторном отсеке. Указанный абсорбер соединен с баком напрямую, а ко впускному коллектору доступ обеспечивается через специальный клапан. Клапан открывается и обеспечивает пропуск паров бензина во впускной коллектор только после того, как ДВС прогреется до рабочей температуры. Так происходит разбавка топливно-воздушной смеси дополнительными накопившимися парами горючего из бензобака и их дожигание.

Система подачи воздуха

Указанная система устроена немного проще системы подачи топлива, хотя роль воздушной системы двигателя не менее важна, ведь воздух является равноправным по необходимости компонентом топливно-воздушной смеси. Основным элементом, отвечающим за подачу воздуха, является дроссельная заслонка.

Если рассмотреть всю систему подачи воздуха в ДВС, то она состоит из таких компонентов:

  • Дроссельная заслонка (бывают электронно-механические, полностью электронные);
  • короб с воздушным фильтром;
  • патрубки для транспортировки отфильтрованного воздуха между воздушным фильтром и дроссельной заслонкой;

Как работает дроссельная заслонка

Дросельная заслонка

Дроссельная заслонка располагается перед впускным коллектором. Работает такая заслонка достаточно просто, открывая и закрывая проходное сечение для воздуха. Чем больше заслонка открыта, тем больше окажется сечение. Это обеспечивает большее или меньшее прохождение массы воздуха во впускной коллектор за определенную единицу времени. Чем больше поступило воздуха во впускной коллектор, тем больше требуется топлива. Большее количество топливно-воздушной смеси в камере сгорания двигателя означает итоговое увеличение оборотов и мощности. Это и есть та нарастающая при нажатии на педаль газа тяга.

Управление дроссельной заслонкой происходит именно данной педалью, позволяющей открывать или закрывать дроссельную заслонку. Нажатая педаль газа открывает заслонку, так как связана с приводом дроссельной заслонки. Самым простым устройством такой связи является обычный тросик, приводящий в действие механический привод управления положением заслонки. Сила натяжения тросика равна силе нажатия на педаль газа в салоне авто. Современные авто могут быть оборудованы электронной педалью газа, что исключает наличие тросика. Взаимодействие с дросселем реализовано путем электрооборудования.

Когда двигатель работает в режиме холостого хода, дроссельная заслонка находится в полностью закрытом состоянии, а к педали газа никто не прикасается. А как же тогда попадает в мотор воздух для смеси? Необходимый воздух на холостом ходу минует заслонку и попадает в коллектор через клапан холостого хода. Такой клапан обычно находится в корпусе дроссельной заслонки или на впускном коллекторе.

Получается, что водитель педалью газа определяет то количество воздуха, которое попадет во впускной коллектор, а ЭБУ через форсунки подает нужное количество топлива для качественной смеси.

Датчики и ЭБУ

Электронный блок управления определяет количество воздуха, пропущенное через заслонку, а также подает ровно столько горючего, сколько нужно пропорционально количеству поступившего воздуха во впускной коллектор. Это происходит в необходимый момент времени. Информацию о количестве воздуха, положении дроссельной заслонки и других важных параметрах ЭБУ получает от различных датчиков.

Датчик положения дроссельной заслонки

Весь процесс подачи воздуха основан на открытии дроссельной заслонки. Существует специальный датчик, который сообщает ЭБУ о том, на сколько открыта дроссельная заслонка в данный момент. Это позволяет определить то количество воздуха, которое способно пройти через сечение во впускной коллектор при таком положении указанной дроссельной заслонки.

ЭБУ учитывает оптимальное соотношение топливно-воздушной смеси. Значит, электронный блок должен точно определить количество топлива, которое форсункам необходимо впрыснуть в коллектор.

Оптимальным считается такой состав топливно-воздушной смеси, при котором топливо эффективно и максимально полностью сгорает. На 14.7 части воздуха необходимо 1 часть топлива. ЭБУ знает количество воздуха и подает топливо в пропорции 14.7:1 в коллектор.

Звучит относительно просто, но это еще не все. Чем сильнее охлажден воздух, тем большее его количество пройдет через заслонку и поместится во впускном коллекторе за единицу времени при прочих равных условиях.

Датчик температуры

Как вы уже поняли, один датчик положения дроссельной заслонки самостоятельно не может вычислить объем воздуха, который попал во впуск. Мы уже сказали, что объем воздуха, прошедшего через одинаковое сечение дроссельной заслонки, может отличаться. Это зависит от давления и температуры. Температуру воздуха ЭБУ узнает благодаря датчику температуры воздуха. Датчик температуры поступающего в коллектор воздуха находится перед дроссельной заслонкой.

Датчик абсолютного давления (датчик разряжения)

Указанный датчик давления рассчитывает абсолютное давление в коллекторе, являясь своеобразным современным аналогом конструкции с использованием расходомера воздуха. Датчик давления во впускном коллекторе занимается измерением давления воздуха относительно вакуума.

Когда двигатель заглушен, то во впускном коллекторе давлению равно атмосферному. Запуск двигателя и холостой ход означают, что дроссельная заслонка перекрыта, а насосное движение поршней во впускном коллекторе создаст вакуум (разрежение) согласно объему цилиндров. Если двигатель работает с открытой дроссельной заслонкой, тогда давление во впускном коллекторе стремится сравняться с атмосферным. Если мотор заглушен, периодически в процессе движении или при полностью открытой дроссельной заслонке ЭБУ опирается на показания МАП-сенсора (датчика разряжения) и определяет атмосферное давление. Так происходит корректировка работы форсунок с учетом возможных изменений атмосферного давления со сменой высоты над уровнем моря.

Кислородный датчик (лямбда-зонд)

Показания ДПДЗ (датчик положения дроссельной заслонки), датчика температуры и датчика давления позволяют ЭБУ полноценно вычислить массу поступающего воздуха. Полученные данные становятся основой для определения нужного количества топлива в момент времени, которое инжекторные форсунки впрыснут по команде ЭБУ. Расчет всегда производится с учетом указанной выше оптимальной пропорции для качественного и полного сгорания рабочей смеси. Каким же именно образом ЭБУ так точно определяет необходимое количество топлива в постоянно изменяющихся условиях и на разных режимах работы двигателя?

С такой задачей справляется кислородный датчик. Указанный датчик называют лямбда-зонд, а местом его расположения является уже не впускной, а выпускной коллектор. Кислородный датчик проверяет качество приготовленной заранее смеси путем анализа отработанных выхлопных газов. Можно сказать, что лямбда-зонд «нюхает» выхлоп.

Топливно-воздушная смесь бывает обогащенной или обедненной. Обогащенная смесь означает, что наблюдается переизбыток топлива. Обедненная смесь говорит о том, что количество воздуха в смеси превышает оптимальное. Кислородный датчик указывает ЭБУ на то, что нужно корректировать смесеобразование.

Лямбда-зонд передает показания о том, что смесь стала обедненной или обогащенной благодаря тому, что за основу берутся вычисления количества кислорода в отработанных выхлопных газах. По этой причине такой датчик называют кислородным.

Итоги

Очевидно, что неисправность любого из датчиков означает, что ЭБУ не сможет оптимально корректировать смесь, а весь процесс смесеобразования потеряет стабильность. Исправность всех описанных элементов топливно-воздушной системы крайне важна для работы всего мотора, так как одним из условий долговечности и качественной эксплуатации ДВС является оптимальная топливно-воздушная смесь. Стоит сделать акцент на том, что серьезное влияние на смесеобразование оказывают и топливные карты.

Статьи про топливную систему

Регулятор давления топлива

Неисправен регулятор давления топлива: симптомы

Регулятор давления топлива является элементом системы питания инжекторного двигателя, который позволяет поддерживать необходимое давление горючего…

Как самому почистить форсунки

Чистота топливной системы автомобиля – залог надежной и экономичной работы двигателя. Наиболее серьезные последствия (вплоть…

Топливная система инжекторного двигателя

Как промыть топливную систему самому

Одной из причин повышения расхода топлива и нестабильной работы, а в некоторых случаях и полного…

Двигатель инжекторный

Что такое инжекторный двигатель

Инжекторный двигатель (двигатель с инжектором, англ. electronic fuel injection engine) — современный тип ДВС, оснащенный…

Блок автомобильных предохранителей и реле

Где стоит предохранитель на бензонасос

Частой поломкой, которая связана с топливной системой, является то, что перегорает предохранитель бензонасоса. В этом…

Проверка бензонасоса

Почему бензонасос не качает бензин

Одним из важнейших элементов системы питания инжекторного бензинового двигателя является электрический бензонасос, который находится в…

Забита сетка бензонасоса

Чистка сетки бензонасоса своими руками

Чистка бензонасоса является достаточно актуальной процедурой, которую необходимо осуществить при появлении следующих симптомов: затрудненный запуск…

Страница 1 из 212