Топливные системы бензиновых и дизельных двигателей

Топливная система — важнейшая часть автомобиля, которая служит для подачи топлива из бака в камеру сгорания двигателя. Она состоит из множества элементов, предназначенных для транспортировки, фильтрации, учета, подготовки и отвода топлива. В статье подробнее рассмотрим топливные системы бензиновых и дизельных двигателей, а также узнаем, что такое линия возврата топлива («обратка») и зачем она нужна.

Состав и принцип работы

Главная функция любой топливной системы — это подача необходимого количества топлива из бака в камеру сгорания в определенный момент времени. Функционально она разделяется на две основных системы:

  • 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

В состав топливной системы входят следующие элементы:

Схема расположения элементов топливной системы
Топливная система автомобиля
  • 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

Виды топливных систем бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя, различают карбюраторную и инжекторную топливные системы. Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.

Карбюраторный двигатель

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

  • Насос всасывает топливо из бака. При этом он обеспечивает невысокое давление, достаточное лишь для подачи топлива
  • Двигаясь по трубопроводу, топливо проходит фильтрацию
  • В специальной камере (карбюраторе) горючее смешивается с воздухом
  • Готовая смесь подается напрямую в цилиндры двигателя, где она сгорает

Инжекторный двигатель

Топливная система инжекторного двигателя отличается тем, что имеет систему впрыска, принудительно нагнетающую топливо в камеру сгорания. Насос такой топливной системы создает более высокое давление, зависящее от типа впрыска:

  • С индивидуальными форсунками для каждого цилиндра (распределенный впрыск). Создаваемое насосом давление в топливной рампе составляет от 2,5 бар до 4 бар.
  • С одной форсункой (моновпрыск), подающей топливо для всех цилиндров двигателя. Простая схема, которая в современном автомобилестроении практически не используется из-за низкой экономичности.
  • Непосредственный впрыск. Форсунки установлены в головке блока цилиндров, что позволяет выполнять прямой впрыск топлива в цилиндры. В этом случае рабочее давление составит около 155 бар.

 

Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:

  • Насос через фильтры подает бензин в топливную рампу
  • Регулятор на рампе обеспечивает заданный уровень давления топлива
  • Форсунки, установленные на рампе, впрыскивают топливо в цилиндры
  • В момент подачи бензина в цилиндры подается и воздух, образуется топливовоздушная смесь

Схема питания дизельного двигателя

Аккумуляторная топливная система
Схема топливной системы common rail

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

Внешний вид насос-форсунки
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.

Линия возврата топлива (обратная магистраль)

topl sist
Топливные системы

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.

Как правило, основные элементы топливной системы одинаковы для большинства моделей автомобилей, находящихся в одной категории. С другой стороны, практические характеристики могут изменяться, в зависимости от технических особенностей конкретного двигателя.