Топливный насос высокого давления (тнвд): виды, устройство и принцип работы

Система питания бензинового двигателя

Системы питания бензиновых двигателей бывают двух типов — карбюраторная и впрысковая (инжекторная). Поскольку на современных автомобилях карбюраторная система уже не применяется ниже рассмотрим лишь основные принципы ее работы. При необходимости вы легко сможете найти дополнительную информацию по ней в многочисленных специальных изданиях.

Система питания бензинового двигателя, независимо от типа двигателя внутреннего сгорания, предназначена для хранения запаса топлива, очистки топлива и воздуха от посторонних примесей, а также подачи воздуха и топлива в цилиндры двигателя.

Для хранения запаса топлива на автомобиле служит топливный бак. На современных автомобилях применяются металлические или пластмассовые топливные баки, которые в большинстве случаев расположены под днищем кузова в задней части.

Систему питания бензинового двигателя можно условно разделить на две подсистемы — подачи воздуха и подачи топлива. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Система подачи воздуха практически одинакова для всех типов двигателей внутреннего сгорания. Воздух, предназначенный для подачи в цилиндры двигателя, очищается от пыли воздушным фильтром, который расположен в моторном отсеке автомобиля. Воздух очищается сменным фильтрующим элементом, который выполнен из специальной бумаги с мелкими порами. Из следующей главы можно будет узнать электронная система управления двигателем — что это такое и как осуществляется диагностика электронной системы управления двигателем.

Дальнейший путь очищенного воздуха зависит от типа системы питания и будет рассмотрен ниже. А в одной из следующих глав можно будет узнать система питания дизельного двигателя: устройство системы питания дизельного двигателя.

Устройство и принцип действия системы GDI

В наши дни системы, аналогичные Gasoline Direct Injection, используют и другие производители автомобилей, обозначая данную технологию TFSI (Audi), FSI или TSI (Volkswagen), JIS (Toyota), CGI (Mercedes), HPI (BMW). Принципиальными отличиями этих систем являются рабочее давление, конструкция и расположение топливных форсунок.

Конструктивные особенности двигателей GDI

Система питания воздухом двигателя GDI

Классическая система непосредственного впрыска топлива конструктивно состоит из следующих элементов:

Топливный насос высокого давления (ТНВД). Для корректной работы системы (создания тонкого распыливания) бензин в камеру сгорания должен подаваться под высоким давлением (аналогично дизельным моторам) в пределах 5…12 МПа.
Электрический топливный насос низкого давления. Подает топливо из бензобака к ТНВД под давлением 0,3…0,5 МПа.
Датчик низкого давления. Фиксирует уровень давления, созданного электрическим насосом.
Форсунки высокого давления. Осуществляют впрыск топлива в цилиндр. Оснащены вихревыми распылителями, позволяющими создавать требуемую форму топливного факела.
Поршень. Имеет особую форму с выемкой, которая предназначена для перенаправления горючей смеси к свече зажигания двигателя.
Впускные каналы. Имеют вертикальную конструкцию, благодаря чему возникает обратный вихрь (закручен в противоположную сторону по сравнению с другими типами двигателей), выполняющий функцию направления смеси к свече зажигания и обеспечивающий лучшее наполнение камеры сгорания воздухом.
Датчик высокого давления. Располагается в топливной рампе и предназначен для передачи информации в электронный блок управления, который изменяет уровень давления в зависимости от актуальных режимов работы двигателя.

Режимы работы системы прямого впрыска

Схема работы непосредственного впрыска топлива

Как правило, двигатели с непосредственным впрыском имеют три основных режима работы:

Впрыск в цилиндр на такте сжатия (послойное смесеобразование). Принцип работы в этом режиме заключается в образовании сверхбедной смеси, что позволяет максимально экономить топливо. В начале в камеру цилиндра подается воздух, который закручивается и сжимается. Далее под высоким давлением осуществляется впрыскивание топлива и перенаправление полученной смеси к свече зажигания. Факел получается компактным, поскольку формируется на этапе максимального сжатия. При этом топливо как бы окутано прослойкой воздуха, что уменьшает тепловые потери и предотвращает предварительный износ цилиндров. Режим используется при работе мотора на малых оборотах.
Впрыск на такте впуска (гомогенное смесеобразование). Состав топлива в этом режиме близок к стехиометрическому. Подача воздуха и бензина в цилиндр происходит одновременно. Факел смеси при таком впрыске имеет коническую форму. Применяется при мощных нагрузках (скоростной езде).
Двухстадийный впрыск на такте сжатия и впуска. Применяется при резком ускорении машины, движущейся на малой скорости. Двойной впрыск в цилиндр позволяет снизить вероятность детонации, которая может возникнуть в моторе при резкой подаче обогащенной смеси. Вначале (на такте впуска воздуха) подается небольшое количество бензина, что приводит к образованию обедненной смеси и снижению температуры в камере сгорания цилиндра. На такте максимального сжатия подается оставшаяся часть топлива, что делает смесь богатой.

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.

Управление низкими оборотами холостого хода

Регулирование может также иметь место и в самой низкой области оборотов двигателя.

После запуска холодного двигателя, когда управляющая рейка перемещается из пускового положения в положение В, сопротивление двигателя на трение остается достаточно высоким, Это значит, что количество подаваемого топлива для устойчивой работы двигателя будет немного выше того, которое обычно соответствует регулировочной точке L для низких оборотов холостого хода, а обороты двигателя будут немного ниже. При прогреве уменьшение трения будет причиной увеличения оборотов двигателя, и управляющая рейка передвинется обратно в положение L. Это установка низких оборотов холостого хода для двигателя, находящегося при рабочей температуре.

Устройство и принцип работы бензиновой системы питания

Вне зависимости от типа используемого двигателя, топливная система автомобиля представляет собой сложно организованный механизм. Исходя из первого пункта статьи, наверное, каждый понял, что принципы построения системы питания на дизеле и бензиновом агрегате различаются, поэтому для их понимания следует рассмотреть каждый вариант в отдельности. Начнём, пожалуй, с топливной системы двигателя на бензине.

Как стало ясно, топливно-воздушная смесь для бензинового мотора формируется не в цилиндрах. Если быть точнее, то она может изготавливаться либо в топливораспределительном механизме (при использовании карбюратора), либо во впускном тракте (при использовании инжектора). В общем виде конструкция бензиновой системы питания выглядит так:

Топливораспределительный узел – карбюратор или инжектор. Карбюраторная система работает по принципу смесеобразования в самом устройстве. То есть, внутренние жиклёры карбюратора выталкивают топливо в специальный канал, направленный во впускной тракт, по которому идёт воздух с большой скоростью (до 150 м/с) и смешивается с горючем. В итоге формируется топливно-воздушная смесь. Инжекторная же система питания через форсунки впрыскивает топливо напрямую во впускной тракт, где он смешивается с воздухом и попадает в цилиндры. Получается, что карбюратор, по сути, просто соединяет поток воздуха с жидким топливом, и они формируют единую смесь самостоятельно, отправляясь в цилиндры, а инжектор смешивает составляющие смеси путем разбрызгивания уже частичек топлива непосредственно во впускной тракт. Благодаря такой тонкой работе, инжекторные системы более экономичны, а работают под чутким управлением электроники. Из-за этого преимущества инжекторы уже давно вытеснили карбюраторы из автомобилестроительной сферы, поэтому последние можно встретить только на старых моделях авто;
Топливные фильтры – элементы грубой и тонкой очистки. Данные узлы требуются для фильтрации топлива от сторонних фракций, что помогает продлить срок службы всех элементов системы и двигателя в частности;
Топливные магистрали – шланги. Используются для циркуляции горючего от бака до топливораспределительного механизма;
Ёмкость для хранения топлива – бензобак. Требуется, естественно, для сохранения необходимого количества бензина, подающегося в мотор через отмеченные ранее узлы;
Нагнетатель давления – бензонасос. Создаёт нужное давление в топливной системе для того, чтобы топливо своевременно и в полной мере доходило из бака до нужных узлов.

Топливо-распределительный узел

Топливные фильтры

Топливный шланг

Бензобак

Бензонасос

Детальное описание каждого элемента системы рассматривать не будем, так как им посвящены многочисленные статьи на страницах нашего ресурса

Для общей информации обратим внимание на принцип работы топливной системы бензинового мотора:

При запуске двигателя первым в работу вступает бензонасос, который за считанные секунды создаёт в системе нужное давление и нагнетает бензин к топливной рампе инжектора, к которой крепятся форсунки, или же в полости карбюратора;
После этого начинают функционировать сами топливораспределительные узлы, отправляющие либо уже приготовленную топливную смесь в цилиндры (карбюратор), либо распрыскивающие горючее во впускной тракт (инжектор);
Попав в мотор, бензино-воздушная смесь воспламеняется, и описанный порядок повторяется вновь.

Естественно, в процессе работы топливная система чётко дозирует топливо по заданным настройкам. Так, инжектор регулирует подачу топлива при помощи электронного блока управления, а карбюратор — через настроенные и подобранные ранее жиклёры.

Основные положения

Дизельная силовая установка является двигателем внутреннего сгорания, поршневого типа, процесс смесеобразования в котором происходит внутри цилиндра, а воспламенение смеси осуществляется за счет сжатия. Этим агрегат отличается от бензинового, для воспламенения смеси которого, необходимо применение внешнего источника, искровую свечу, либо тепловой элемент.

Ещё один процесс, протекающий в двигателе, с отличаем от его собрата, является процесс смесеобразования. В бензиновом агрегате смесеобразование протекает за пределами цилиндра, в специальном устройстве, смешивающем бензин и воздух, затем перемещается в трубопровод и завершается в цилиндре, во время процессов впуска и сжатия.

Диагностика и устранение неисправностей в работе обратного клапана

Итак, вы имеете подозрение, что работоспособность автомобиля снизилась вследствие неисправности обратного клапана топливной системы, и присутствуют некоторые признаки его неисправности. Для того чтобы выяснить, так ли это, используется несколько методов.

Чаще всего проверяют уровень давления. Адекватный уровень давления должен составлять около 3 кг/см2 (для легковых автомобилей). Вместе с этим уровень давления не должен резко снижаться при остановке двигателя. В противном случае это тоже будет признаком неисправности обратного клапана.

Как упоминалось выше, иногда используют сжатие шлангов. Но этот метод не всегда подходит, поскольку сжать можно только резиновый эластичный шланг.

Обязательно устанавливайте причину, по которой топливная система наполняется воздухом. При правильном ее функционировании жидкость в небольшом количестве должна оставаться в камере в ожидании следующего запуска двигателя. Если клапан отсутствует или изношен, то вместо этой жидкости появляется воздух. Запустить двигатель в таких условиях будет несоизмеримо трудно.

Итак, в результате измерений давления вставленным в рампу манометром, вы сделали вывод, что после остановки двигателя оно начинало сильно падать. В этом случае либо присутствует дефект топливной магистрали, либо неисправен сам клапан. Если на выходе из топливного насоса результат отличается, значит, неисправен клапан.

Чтобы устранить неисправность, выберите в магазине запчастей качественный обратный клапан, который подходит по размерам сечения. Если подобрать клапан с неправильными размерами сечения, то он может начать «проскакивать». Перед покупкой проверьте работоспособность клапана на месте, если есть возможность. Обратный клапан необходимо врезать в линию в любом подходящем месте.

Например, это можно сделать между топливным насосом и фильтром. После этого проверьте работоспособность на своем автомобиле, заехав под углом в горку. Если автомобиль не подает признаки снижения мощности, то клапан подошел.

Иногда в замене клапана нет нужды, а нужно менять сам топливный насос. Однако эта процедура стоит гораздо дороже. Альтернативным вариантом является установка дополнительного клапана. При выборе клапана учитывайте, что модели для российских автомобилей часто отличаются по сечению от иномарок.

Есть также народный способ устранения неисправности, но он подходит только, если клапан был засорен. Необходимо пару раз ударить по клапану молотком. Силу удара нужно рассчитать так, чтобы избежать механических повреждений. При таком воздействии инородные тела, попавшие в клапан, могут быть измельчены или вообще вылететь из клапана. Но чаще всего гораздо проще заменить клапан на новый.

Конструкция современных баков для топлива

Единой формы для топливного бака автомобиля не существует. Чтобы добиться максимального объема топливных баков без ущерба их компактности, им придают сложную геометрию, которая может различаться не только в зависимости от марки и модели автомобиля, но и от комплектации конкретной машины.

Основные узлы бензобака

Устройство топливного бака

Несмотря на различную форму, конструкция большинства современных бензобаков имеет общие детали:

Заливная горловина – имеет выход на внешнюю часть кузова и предназначена для заливки топлива. Чаще всего располагается со стороны водителя (над задним крылом кузова). В большинстве автомобилей горловина имеет специальную герметичную винтовую крышку топливного бака, предотвращающую вытекание топлива и попадание пыли. Однако некоторые современные авто не имеют такой крышки. Она заменена системой Easy Fuel – небольшим люком с электрическим приводом, открывающим и запирающим бензобак.
Корпус или стенки (непосредственно емкость).
Патрубок забора топлива – оснащается фильтром для предотвращения попадания загрязнений. На современных легковых автомобилях эту функцию выполняет модуль погружного . Он оснащается дополнительным съемным фильтром (сеткой).
Сливное отверстие (в обычном положении закрыто пробкой) – используется при необходимости экстренно слить топливо.
Датчик уровня топлива с поплавком – предназначен для измерения количества топлива.
Вентиляционная трубка.

Устройство и принцип работы системы вентиляции

Особое внимание при рассмотрении конструктивных особенностей и устройства автомобильного топливного бака следует уделить системе вентиляции. Она позволяет решить сразу несколько важных задач:

Удаление излишков воздуха, попадающего внутрь при заправке топлива.
Поддержание давления внутри емкости на уровне атмосферного, что необходимо для нормальной работы в целом. Поскольку резервуар максимально герметичен, в ходе отработки топлива создается разрежение, которое может привести к деформации и разрыву корпуса.
Охлаждение бака и поддержание безопасной температуры.

Вентиляционный клапан топливного бака

Современные авто, как правило, оснащаются закрытыми системами вентиляции. Такая конструкция не имеет непосредственного выхода из топливного бака в атмосферу и оснащена целым рядом приспособлений, предназначенных для впуска воздуха и извлечения паров. Впуск воздуха осуществляется при помощи обратного клапана вентиляции топливного бака. Как только разряжение нарастает, под действием внутреннего давления пружина клапана отжимается и внутрь попадает воздух. Это происходит до тех пор, пока внутри резервуара не установится атмосферное давление.

Для удаления паров топлива из бака предусмотрен вентиляционный трубопровод (паропровод), по которому испарения попадают в адсорбер. В нем они конденсируются и скапливаются. Когда адсорбер заполняется, запускается система продувки, подающая сконденсированное топливо во впускной коллектор для последующей отработки.

Срок службы топливного бака во многом зависит от условий эксплуатации и качества топлива. Как и любой узел автомобиля, он требует соответствующего сервисного обслуживания. В первую очередь, сюда относится промывка бака и устранение загрязнений. При проведении промывки не стоит применять специальные присадки для чистки, которые могут негативно воздействовать на основные элементы топливной системы, а в отдельных случаях привести к разрушению и разгерметизации корпуса.