Топливная система автомобиля

Ни один автомобиль, под капотом которого установлен ДВС, не поедет, если его топливный бак будет пустым. Но мало того, чтобы топливо находилось в этом резервуаре. Нужно его еще доставить до цилиндров. Для этого создана топливная система мотора. Рассмотрим, какие у нее функции, чем отличается ТС бензинового агрегата от варианта, с которым работает дизель. Также посмотрим, какие существуют современные разработки, повышающие эффективность подачи и смешивания горючего с воздухом.

Что такое топливная система двигателя

Топливной системой будет называться оборудование, которое позволяет двигателю работать автономно за счет сгорания сжимаемой в цилиндрах воздушно-топливной смеси. В зависимости от модели автомобиля, типа мотора и других факторов одна топливная система может сильно отличаться от другой, но все они имеют один принцип действия: подают горючее в соответствующие узлы, смешивают его с воздухом и обеспечивают бесперебойную подачу смеси в цилиндры.

Сама по себе система подачи топлива не обеспечивает автономную работу силового агрегата, независимо от его типа. Она обязательно синхронизируется с системой зажигания. Автомобиль может оснащаться одной из нескольких модификаций, которые обеспечивают своевременное воспламенение ВТС. Подробно о разновидностях и принципе работы СЗ в автомобиле рассказывается в другом обзоре. Также система работает совместно с впускной системой ДВС, о которой подробно рассказывается здесь.

Правда, вышеупомянутая работа ТС касается бензиновых агрегатов. Дизельный двигатель работает по другому принципу. Если коротко, то в нем нет системы зажигания. Солярка загорается в цилиндре за счет раскаленного из-за высокой компрессии воздуха. Когда поршень завершает такт сжатия, порция воздуха в цилиндре сильно нагревается. В этот момент осуществляется впрыск дизтоплива, и ВТС загорается.

Назначение топливной системы

Любой мотор, работающий за счет сжигания ВТС, оснащается ТС, разные элементы которой обеспечивают следующие действия в авто:

1. Обеспечивают хранение горючего в отдельном резервуаре;
2. Осуществляет забор топлива из топливного бака;
3. Очистка среды от посторонних частиц;
4. Подача горючего на узел, в котором оно смешивается с воздухом;
5. Распыление ВТС в работающий цилиндр;
6. Обратный отвод топлива при его избытке.

ТС разрабатывается так, чтобы горючая смесь подавалась в рабочий цилиндр в тот момент, в который сгорание ВТС будет максимально эффективным, и с мотора будет сниматься максимальный КПД. Так как каждый режим двигателя требует разного момента и интенсивности подачи топлива, инженерами разработаны такие системы, которые подстраиваются под обороты мотора и под его нагрузки.

Устройство топливной системы

Большинство систем подачи горючего имеет схожее устройство. В основном классическая схема будет состоять из таких элементов:

• Топливный резервуар или бак. В нем хранится горючее. Современные автомобили получают не просто металлическую емкость, к которой подходит магистраль. Он имеет достаточно сложное устройство с несколькими компонентами, которые обеспечивают максимально эффективное сохранение бензина или дизтоплива. В эту систему входит адсорбер, фильтр, датчик уровня и во многих моделях авто насос.
• Топливная магистраль. Обычно это гибкий резиновый шланг, который соединяет топливный нагнетатель с другими узлами системы. Во многих машинах трубопровод частично гибкий, а частично жесткий (эта часть состоит из металлических труб). Мягкая трубка составляет магистраль с низким напором горючего. В металлической части магистрали бензин или солярка имеет большое давление. Также автомобильный топливопровод можно условно разделить на два контура. Первый отвечает за питание мотора свежей порцией горючего, и называется подачей. По второму контуру (обратка) система будет сливать излишек бензина/солярки обратно в бензобак. Причем такая конструкция может быть не только у современных ТС, но и у тех, которые имеют карбюраторный тип приготовления ВТС.
• Бензонасос. Назначение этого устройства в том, чтобы обеспечивать постоянную перекачку рабочей среды из резервуара к распылителям или в камеру, в которой происходит приготовление ВТС. В зависимости от того, какой вид мотора установлен в машине, этот механизм может иметь электрический или механический привод. Электронасос управляется электронным блоком управления, и является неотъемлемой частью системы впрыска ДВС (инжекторный мотор). Механический насос используется в старых автомобилях, в которых на моторе установлен карбюратор. В основном бензиновый ДВС оснащается одним топливным насосом, но встречаются также модификации инжекторных ТС с подкачивающим насосом (в вариантах, в схему которых входит топливная рампа). Дизельный мотор оснащается двумя насосами один – ТНВД. Он создает высокое давление в магистрали (подробно устройство и принцип работы устройства рассказывается отдельно). Второй подкачивает топливо, благодаря чему основному нагнетателю легче работать. Насосы, создающие высокое давление в дизелях, работают от плунжерной пары (о том, что это такое, рассказывается здесь).
• Топливный очиститель. Чертеж большинства топливных систем будет насчитывать минимум два фильтра. Первый обеспечивает грубую очистку, и устанавливается в бензобаке. Второй предназначен для более тонкой очистки топлива. Эта деталь устанавливается перед входом в топливную рампу, топливный насос высокого давления или перед карбюратором. Эти элементы являются расходными материалами и нуждаются в периодической замене.
• В дизельных моторах также используется аппаратура, обеспечивающая подогрев солярки, прежде чем она попадет в цилиндр. Ее наличие обусловлено тем, что у дизтоплива при низких температурах вязкость высокая, и насосу становится сложнее справляться со своей задачей, а в некоторых случаях он не способен качать топливо в магистраль. Но для таких агрегатов также актуально наличие свечей накала. О том, чем они отличаются от свечей зажигания, и зачем они нужны, читайте отдельно.

В зависимости от типа системы в ее конструкцию может входить и другое оборудование, которое обеспечивает более тонкую работу подачи топлива.

Как работает топливная система автомобиля?

Так как существует большое разнообразие ТС, у каждой из них свой режим работы. Но ключевые принципы не отличаются. Когда водитель поворачивает ключ в замке зажигания (если на ДВС установлен инжектор), слышен слабый гул, доносящийся со стороны бензобака. Это сработал бензонасос. Он создает давление в трубопроводе. Если автомобиль карбюраторный, то в классическом исполнении бензонасос механический, и пока агрегат не начнет вращаться, нагнетатель не будет работать.

Когда стартер проворачивает диск маховика, все системы мотора принудительно синхронно запускаются. По мере движения поршней в цилиндрах открываются впускные клапаны ГБЦ. Из-за разрежения камера цилиндра начинает наполняться воздухом, находящимся во впускном коллекторе. В этот момент происходит впрыск бензина в проходящий воздушный поток. Для этого используется форсунка (о том, как устроен и работает данный элемент, читайте здесь).

Когда клапаны газораспределительного механизма закрываются, в сжатую воздушно-топливную смесь подается искра. Этот разряд зажигает ВТС, в процессе чего выделяется большое количество энергии, которая толкает поршень к нижней мертвой точке. Идентичные процессы проходят в соседних цилиндрах, и мотор начинает работать автономно.

Такой схематичный принцип действия характерен для большинства современных автомобилей. Но в машине может использоваться и другая модификация топливных систем. Рассмотрим, в чем их отличия.

Виды систем впрыска

Все системы впрыска можно условно разделить на две:

• Разновидность для бензиновых ДВС;
• Разновидность для дизельных ДВС.

Но даже в этих категориях есть несколько типов ТС, которые будут по-своему впрыскивать топливо в воздух, идущий в камеры цилиндров. Вот ключевые отличия каждого типа ТС.

Топливные системы бензиновых двигателей

В истории автомобилестроения бензиновые моторы (как основные агрегаты механических транспортных средств) появились раньше дизелей. Так как для воспламенения бензина в цилиндрах требуется воздух (без кислорода ни одно вещество не загорится), инженерами был разработан механический узел, в котором под воздействием естественных физических процессов происходит смешивание бензина с воздухом. От того, насколько качественно будет выполнен этот процесс, зависит, полностью ли сгорит топливо или нет.

Изначально для этого был создан особенный узел, который располагался максимально близко к двигателю на впускном коллекторе. Это карбюратор. Со временем стало понятно, что характеристика данного оборудования напрямую зависит от геометрических особенностей впускного тракта и цилиндров, поэтому не всегда такие моторы могли обеспечить идеальный баланс между расходом топлива и высоким КПД.

В начале 50-х годов прошлого столетия появился инжекторный аналог, который обеспечивал принудительный дозированный впрыск топлива в проходящий по коллектору поток воздуха. Рассмотрим различия этих двух модификаций систем.

Карбюраторная система подачи топлива

Карбюраторный мотор легко отличить от инжекторного. Над головкой блока цилиндров будет стоять плоская «кастрюля», которая является частью впускной системы, и в ней расположен воздушный фильтр. Этот элемент установлен непосредственно на карбюраторе. Под карбюратором подразумевается устройство с несколькими камерами. В одних находится бензин, а другие – пустые, то есть они выполняют функцию воздушных каналов, по которым в коллектор поступает свежий поток воздуха.

В карбюраторе установлена дроссельная заслонка. По сути, это единственный регулятор в таком двигателе, который определяет количество поступающего в цилиндры воздуха. Этот элемент через гибкую трубку связан с распределителем зажигания (подробно о трамблере читайте в другой статье) для коррекции УОЗ за счет вакуума. В классических автомобилях использовалось одно устройство. На спорткарах могли устанавливать по одному карбюратору на цилиндр (или один на два котелка), благодаря чему прилично повышалась мощность ДВС.

Подача топлива происходит за счет всасывания мелких порций бензина при прохождении потока воздуха мимо топливных жиклеров (об их устройстве и назначении рассказывается здесь). Бензин всасывается в поток, а за счет тонкого отверстия в жиклере порция распределяется на мелкие частицы.

Далее этот поток ВТС поступает в тот тракт впускного коллектора, в котором образовалось разрежение за счет открытого впускного клапана и движущегося вниз поршня. Топливный насос в такой системе нужен исключительно для того, чтобы закачивать бензин в соответствующую полость карбюратора (топливная камера). Особенность такой компоновки в том, что бензонасос имеет жесткую сцепку с механизмами силового агрегата (зависит от типа двигателя, но во многих моделях он приводится в движение распределительным валом).

Чтобы топливная камера карбюратора не переполнялась, и бензин не попадал бесконтрольно в смежные полости, некоторые устройства оснащены обратной магистралью. Она обеспечивает слив излишка бензина обратно в бензобак.

Инжекторная система подачи топлива (система впрыска топлива)

В качестве альтернативы классическому карбюратору был разработан моновпрыск. Это система с принудительным распылением бензина (наличие форсунки позволяет разделять порцию топлива на более мелкие частицы). По сути, это тот же карбюратор, только вместо прежнего устройства во впускном коллекторе устанавливается одна форсунка. Она управляется уже микропроцессором, который также управляет электронной системой зажигания (о ней подробно читайте здесь).

В таком исполнении топливный насос уже электрический, и он создает высокое давление, которое может достигать нескольких бар (эта характеристика зависит от устройства впрыска). Такая ТС при помощи электроники может изменять количество поступающего в поток свежего воздуха потока (менять состав ВТС – делать ее обедненной или обогащенной), благодаря чему все инжекторы значительно экономичней карбюраторных моторов с идентичным объемом.

Впоследствии инжектор эволюционировал в другие модификации, которые не только повышают эффективность распыления бензина, но и способны подстраиваться под разные режимы работы агрегата. Подробно о разновидностях инжекторных систем рассказывается в отдельной статье. Вот основные ТС с принудительным распылением бензина:

1. Моновпрыск. Ее особенности мы уже вкратце рассмотрели.
2. Распределенный впрыск. Если коротко, то его отличие от предыдущей модификации в том, что для распыления используется не одна, а уже несколько форсунок. Они устанавливаются уже в отдельных патрубках впускного коллектора. Их расположение зависит от типа мотора. В современных силовых установках распылители устанавливаются максимально близко к открывающимся впускным клапанам. Индивидуальный распыляющий элемент позволяет минимизировать потери бензина в процессе работы впускной системы. В конструкции таких разновидностей ТС имеется топливная шина (продолговатый небольшой бачок, выполняющий функцию резервуара, в котором бензин находится под давлением). Этот модуль позволяет системе равномерно распределять горючее по форсункам без вибраций. В продвинутых моторах используется более сложный аккумуляторный тип ТС. Это топливная рампа, на которой обязательно имеется клапан, контролирующий давление в системе, чтобы ее не разорвало (ТНВД способен создать критический для трубопроводов напор, так как плунжерная пара работает от жесткой привязки к силовому агрегату). О том, как он работает, читайте отдельно. Моторы с распределенным впрыском имеют маркировку MPI (подробно многоточечный впрыск описывается здесь)
3. Непосредственный впрыск. Такая разновидность относится к системам многоточечного распыления бензина. Ее особенность в том, что форсунки располагаются не во впускном коллекторе, а непосредственно в головке блока цилиндров. Такая компоновка позволяет автопроизводителям оснащать ДВС системой, отключающей несколько цилиндров в зависимости от нагрузки на агрегат. Благодаря этому даже очень объемный мотор может демонстрировать приличную экономичность, конечно, если водитель правильно задействует данную систему.

Суть работы инжекторных моторов остается неизменной. При помощи насоса осуществляется забор бензина из бака. Этот же механизм или ТНВД создает необходимый для эффективного распыления напор. В зависимости от конструкции впускной системы в нужный момент осуществляется подача небольшой порции топлива, распыленной через форсунку (образуется топливный туман, благодаря чему ВТС сгорает намного эффективней).

Большинство современных ТС оснащены рампой и регулятором давления. В таком исполнении снижаются колебания в подаче бензина, и он распределяется по форсункам равномерно. Работа всей системы контролируется электронным блоком управления в соответствии с прошитыми в микропроцессоре алгоритмами.

Топливные системы дизельных двигателей

Топливные системы дизельных моторов имеют исключительно непосредственный впрыск. Причина кроется в принципе воспламенения ВТС. В такой модификации моторов нет системы зажигания как таковой. Конструкция агрегата подразумевается сжатие воздуха в цилиндре до такой степени, что он раскаляется до нескольких сотен градусов. Когда поршень дойдет до верхней мертвой точки, топливная система распыляет в цилиндр солярку. Под действием высокой температуры смесь воздуха и дизтоплива загорается, выделяя нужную для движения поршня энергию.

Еще одна особенность дизелей в том, что по сравнению с бензиновыми аналогами их компрессия намного выше, поэтому и топливная система должна создавать предельно высокий напор солярки в рампе. Для этого используется исключительно топливный насос высокого давления, который работает на основе плунжерной пары. Неисправность этого элемента не даст мотору возможность работать.

Конструкция данной ТС будет включать два топливных насоса. Один просто подкачивает солярку к основному, а основной создает нужный напор. Самое эффективное устройство и действие имеет топливная система типа Common Rail. О ней подробно рассказывается в другой статье.

Вот небольшое видео о том, что это за система:

Изучаем Common Rail. Дизельные форсунки.

Как видно, современные автомобили оснащаются более качественными и эффективными топливными системами. Однако у данных разработок есть существенный недостаток. Хотя они работают достаточно надежно, при поломках их ремонт намного дороже обслуживания карбюраторных аналогов.

Возможности современных топливных систем

Несмотря на сложности с ремонтом и дороговизной отдельных компонентов современных топливных систем, автопроизводители вынуждены внедрять эти разработки в свои модели по нескольким причин.

1. Во-первых, данные ТС способны обеспечивать приличную экономию топлива по сравнению с карбюраторными ДВС идентичного объема. При этом не жертвуется мощностью мотора, а в большинстве моделей наоборот наблюдается рост мощностных характеристик по сравнению с менее производительными модификациями, но с такими же объемами.
2. Во-вторых, современные топливные системы позволяют подстроить расход топлива под нагрузку на силовой агрегат.
3. В-третьих, благодаря снижению количества сжигаемого топлива автомобиль с большей вероятностью будет соответствовать высоким экологическим стандартам.
4. В-четвертых, использование электроники позволяет не просто подавать команды на исполнительные механизмы, а управлять целыми процессами, происходящими внутри силового агрегата. Механические устройства тоже достаточно эффективны, ведь карбюраторные машины до сих пор не вышли из обихода, но они не способны менять режимы подачи топлива.

Итак, как мы увидели, современные ТС позволяют не просто машине ехать, но и задействовать весь потенциал каждой капли топлива, доставляя водителю удовольствие от динамичной работы силового агрегата.

В завершение – небольшое видео о работе разных топливных систем:

Какие бывают виды впрыска в бензиновом и дизельном двигателе, чем отличаются и какой впрыск лучше

Вопросы и ответы:

Как устроена топливная система? Топливный резервуар (бензобак), топливный насос, топливная магистраль (низкого или высокого давления), распылители (форсунки, а в старых моделях карбюратор).

Что такое топливная система в автомобиле? Это система, которая обеспечивает хранение запаса топлива, его очистку и перекачку из бензобака к двигателю для смешивания с воздухом.

Какие бывают топливные системы? Карбюраторная, моновпрыск (одна форсунка по принципу карбюратора), распределенный впрыск (инжектор). К распределенному впрыску относится и непосредственный впрыск.