Поступление и подача топлива в автомобиле

Топливный бак

Топливный бак должен быть сделан из устойчивого к коррозии материала и должен не иметь утечек при двойном значении рабочего давления и в любом случае при 0,3 бар. Должны иметься соответствующие отверстия или предохранительные клапаны или должны быть приняты подобные меры для обеспечения сброса избыточного давления в соответствии с его величиной. Топливо не должно просачиваться через крышку заливной горловины или через устройство компенсации давления. Это относиться к тем моментам, когда автомобиль подвергается небольшим механическим воздействиям, например, при прохождении поворотов или при движении по пересеченной местности. Топливный бак и двигатель должны быть расположены как можно дальше друг от друга, чтобы в случае аварии уменьшить опасность возгорания. Вдобавок к этому, следует учитывать специальные требования, касающиеся высоты топливного бака и его защиты особенно для автомобилей с открытыми кабинами, тракторов и автобусов.

Топливный фильтр

Срок службы системы впрыска дизельного топлива в большой степени определяется качеством топливного фильтра и регулярностью обслуживания. Элементы, создающие давление в плунжерной паре и в форсунке, изготовлены с точностью до нескольких тысячных долей миллиметра и точно подбираются друг к другу. Это означает, что их правильная работа нарушается, если топливо, поступающее к ним, содержит загрязнения с близкими к указанному значению размерами. Другими словами, если топливо недостаточно фильтруется, то детали системы впрыска повреждаются и изнашиваются быстрее обычного. Другими отрицательными результатами являются следующие:

• неэффективное сгорание;
• высокий расход топлива;
• затрудненный запуск;
• неустойчивый режим холостого хода;
• уменьшение мощности двигателя.

Для безопасной работы системы впрыска топлива и, соответственно, дизельного двигателя необходимо, чтобы топливо было качественно отфильтровано. Для этой цели требуются специальные фильтры, которые разработаны в соответствии со специфическими требованиями рядных ТНВД.

Рис. Двухступенчатый топливный фильтр корпусного типа

Рис. Многоступенчатый топливный фильтр со спиральным V-образным фильтрующим элементом: 1. Крышка фильтра; 2. Фильтр грубой очистки; 3. Фильтр тонкой очистки.

Рис. Топливный фильтр: а) Легкосьемный фильтр; b) Спиральный V-образный фильтрующий элемент.

Фильтрующий элемент является спиральным V-образным бумажным элементом с размером 8 мкм. В дополнение к одноступенчатым фильтрам, многоступенчатые фильтры (с высокой эффективностью фильтрации) и параллельные фильтры (большая активная фильтрующая поверхность) также используются в специальных случаях. Фильтры крепятся, используя различные крышки фильтров (с прямым фланцем или угловым фланцем) и существует несколько различных возможностей для соединения. Так как загрязнения, удаленные фильтром, остаются в нем, то очень важно соблюдать интервалы по времени между заменами фильтра (или определенный пробег автомобиля). Даже при наиболее тяжелых условиях эксплуатации и обслуживания довольно просто заменить топливный фильтр (или фильтрующий элемент), что уменьшит вероятность выхода из строя системы впрыска топлива из-за некачественной фильтрации. Для безотказной работы двигателя зимой может быть установлен электрический нагреватель в корпусе фильтра.

Топливный бак с подачей топлива самотеком

Обычно топливные баки с подачей топлива самотеком (работа без топливоподкачивающего насоса) используются на сельскохозяйственных тракторах и небольших дизельных двигателях. При этом методе топливо проходит через фильтр только под действие силы тяжести. Если между топливным баком и топливным фильтром или ТНВД очень малая разница по высоте, то рекомендуется использовать топливопроводы большего диаметра, чтобы было гарантировано достаточное поступление топлива. В случае подачи топлива самотеком следует установить кран отсечки на топливопроводе между топливным баком и топливным фильтром, чтобы поступление топлива могло быть перекрыто при ремонте или техническом обслуживании, что делает ненужным слив топлива из бака.

Топливоподкачивающие (топливоподающие) насосы

Топливоподкачивающий (топливоподающий) насос (2) должен быть установлен на автомобилях с недостаточной разницей по высоте между топливным баком (1) и ТНВД (4) или когда топливопроводы слишком длинные. Обычно топливоподкачивающий насос укреплен с помощью фланца непосредственно на ТНВД. В зависимости от условий работы и от параметров конкретного двигателя необходимы разные конфигурации топливопроводов.

Рис. Топливоподкачивающие (топливоподающие) насосы

Если топливный бак расположен в непосредственной близости от двигателя, то тепло, рассеиваемое двигателем, может привести к образованию пузырьков пара внутри топливопроводов. Для предотвращения этого топливная магистраль ТНВД постоянно омывается топливом так, что насос охлаждается. С такой конфигурацией топливопроводов избыточное топливо возвращается в топливный бак через клапан перетока (6) и возвратный топливопровод.

Если, кроме этого, температура под капотом очень высокая, то возможна конфигурация топливопроводов, показанная на рисунке ниже.

Рис. 1. Топливный бак; 2. Топливоподкачивающий насос; 3. Топливный ф ильтр; 4. ТНВД; 5. Форсунка; 6. Клапан перетока, ограничитель перетока.

При этом топливный фильтр (3) оснащен ограничителем перетока (6), через который при работе некоторая часть топлива возвращается в бак и забирает с собой газы и пузырьки пара. Пузырьки газа, которые образуются в топливной магистрали ТНВД, возвращаются в топливный бак с избыточным топливом, выходящим из ТНВД (4) через клапан перетока и возвратный топливопровод. Топливо забирается из топливного бака топливоподкачивающим насосом (2) и под давлением подается через топливный фильтр (3) в топливную магистраль ТНВД. В большинстве случаев используются механические поршневые насосы, которые устанавливаются на ТНВД или реже на двигателе. Кулачок на кулачковом валу ТНВД или распределительном валу двигателя приводит в движение поршень топливоподкачивающего насоса через подпружиненный роликовый толкатель.

В дополнение к топливоподающим насосам, которые рассматриваются в настоящей книге, существуют еще электрические топливоподкачивающие насосы, а также модели для работы на различных типах топлива. Выбор правильного топливоподкачивающего насоса определяется следующими критериями:

• тип ТНВД;
• требуемая интенсивность подачи (поступления) топлива от
• топливоподкачивающего насоса;
• конфигурация топливопроводов;
• требуемое пространство в моторном отсеке.

В зависимости от количества топлива, требующегося двигателю, могут быть использованы топливоподкачивающие насосы однократного или двукратного действия.

Топливо подкачивающие насосы однократного действия

Топливоподкачивающие насосы однократного действия используют принцип сквозного потока и применяются с ТНВД размеров М, A, MW и Р.

Рис. 1. Уплотнительное кольцо; 2. Гнездо; пружины; 3. Алюминиевый корпус насоса; 4. Впускной клапан; 5. Корпус толкателя; 6. Скользящий толкатель; 7.8. Уплотнительное кольцо; 9. Поршень насоса; 10. Дистанционное кольцо; 11. Выходное соединение; 12. Нагнетательный клапан; 13. Пружина; 14. Гнездо пружины; 15. Входное соединение.

Вакуум в рабочей камере вызывает открывание впускного клапана, и топливо поступает в рабочую камеру между впускным клапаном и нагнетательным клапаном насоса. Когда кулачковый вал ТНВД (или распределительный вал двигателя) повернется достаточно для того, чтобы пружина прижала плунжер обратно вниз, впускной клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается. Топливо подается через топливопровод высокого давления к ТНВД.

Принцип действия насоса однократного действия

Рис. Принцип действия: а) Ход кулачка; b) Ход пруржины; 1. Кулачковый (распределительный) вал; 2. Приводной эксцентрик; 3. Нагнетательная камера; 4. Впускная камера.

Топливоподкачивающие насосы двукратного действия

Топливоподкачивающие насосы двукратного действия имеют более высокую интенсивность подачи топлива, чем насосы однократного действия и используются с ТНВД, имеющими большое число плунжерных пар (цилиндров) и, соответственно, более высокое количество подаваемого топлива. Они подходят для применения на ТНВД размеров Р и ZW.

Рис. Топливоподкачивающие насосы двукратного действия

В отличие от насосов однократного действия насосы двукратного действия подают топливо к ТНВД при обоих ходах плунжера (поршня) насоса. Другими словами, дважды за один оборот кулачкового вала.

Рис. Принцип действия насоса двукратного действия: а) Ход кулачка; Ь) Ход пружины; 1. Кулачковый (распределительный) вал; 2. Приводной эксцентрик; 3. Нагнетательная камера; 4. Впускная камера.

Ручные насосы

Ручной насос имеет следующие функции:

• заполнение впускной части системы впрыска топлива перед включением системы впервые;
• заполнение системы и удаление из нее воздуха после ремонта или обслуживания;
• заполнение системы и удаление из нее воздуха после полного опустошения топливного бака.

Ручной насос обычно встроен в топливоподкачивающий насос, хотя имеются версии, которые устанавливаются в топливопровод между топливным баком и топливоподкачивающим насосом.

Предварительные фильтры

Задачей предварительного фильтра является защита топливоподкачивающего насоса от загрязнений. При тяжелых условиях эксплуатации рекомендуется устанавливать сетчатый фильтр в топливный бак или в топливопровод к топливоподкачивающему насосу.

Предварительный фильтр может быть встроен в топливоподкачиваюший насос или установлен на его входе или между топливным баком и топливоподкачивающим насосом.

Топливопроводы низкого и высокого давления

В магистрали высокого давления системы впрыска топлива для топливопроводов высокого давления используются стальные трубки. С другой стороны, пламезащишенные и армированные стальными нитями гибкие топливопроводы могут быть использованы для магистрали низкого давления. Они должны проходить так, чтобы исключить возможность их механического повреждения, а топливо, которое просочилось наружу или испариной не должно иметь возможности накапливаться и случайно воспламениться. В магистрали высокого давления топливопроводы высокого давления осуществляют соединение между ТНВД и форсунками. Кроме этого, они не должны иметь острых изгибов, должны быть как можно более короткими, а радиус их изгиба должен быть не менее 50 мм.

У автомобильных двигателей топливопроводы высокого давления обычно крепятся зажимами через равные промежутки. Это значит, что внешние вибрации вообще не передаются на топливопроводы или же в очень малой степени. Для топливопроводов высокого давления используются стальные бесшовные трубки. Имеются топливопроводы различных размеров, зависящие от размеров и характеристик ТНВД, а в отношении длины, внутреннего диаметра и толщины стенок они должны подбираться в соответствии с характеристиками процесса впрыска. Уплотнительный конус топливопровода подсоединяется к концу топливопровода высокого давления.

Рис. 1. Соединительная гайка; 2. Прокладка; 3. Уплотнительный конус; 4. Держатель нагнетательного клапана (в ТНВД).

Для впрыска топлива под высоким давлением (с давлением в форсунках до 1400 бар) требуются специальные топливопроводы. Усталостные напряжения от пульсаций давления в этих топливопроводах зависят от использованного материала и от максимального разброса величин давления на внутренних стенках. Возможна также установка специальных топливопроводов высокого давления. Для увеличения их внутренней прочности эти топливопроводы изгибаются в нужной форме и подвергаются очень высокому давлению (до 3800 бар), которое затем резко сбрасывается. Это приводит к сжатию материала на внутренних стенках и в результате к увеличению прочности.