Как работает гибридная силовая установка Lexus RХ400h. Силовая установка генератораКак сделать бензогенератор своими руками на 220 вольт и что для этого нужно?Пользу от собственного бензогенератора искать нет надобности, она лежит на поверхности. Владельцы гаражей, дачных участков, частных домов (при условии, что эти объекты имеют ненадежное энергообеспечение, или не электрифицированы вовсе) давно оценили преимущества резервного электропитания. Даже если вы живете в коттеджном поселке с нормальным подводом электричества, возможны аварийные ситуации. Пропадание энергии на продолжительное время приведет к порче продуктов в холодильнике летом, и нарушениям в работе отопительного котла зимой. Поэтому многие домовладельцы приобретают промышленные генераторы, стоимость которых не назовешь экономной. Этот полезный прибор не относится к слишком сложным устройствам, поэтому бензогенератор вполне можно собрать своими руками, в том числе и на 220 в. Разумеется, главная причина такого решения – стремление экономить. Если вы будете приобретать компоненты для мобильной электростанции в магазине – затраты на детали превысят экономию на сборке. Поэтому, рентабельным самодельный бензогенератор станет, лишь при наличии условно бесплатных компонентов. Самыми дорогими запчастями являются: привод (бензиновый двигатель) и электромотор, который выступит в роли генератора. Именно их необходимо подобрать из имеющегося в запасниках «хлама». Какую силовую установку можно подобрать для генератора?Прежде всего – мощность. В мобильных энергоустановках применяется следующее соотношение: на каждый киловатт вырабатываемой электроэнергии (не в пиковом, а в штатном режиме) подается 2-3 л/с двигателя. Важно! Эта пропорция работает при грамотно подобранных компонентах и минимальными потерями. Следует помнить, что даже самый недорогой генератор из «Поднебесной» спроектирован инженерами. Как правило, бензогенераторы разрабатываются в комплексе, то есть под определенный мотор разрабатывается генерирующий элемент. Для самодельной установки следует выбирать коэффициент 2-4 л/с на 1 киловатт энергии. В противном случае, при полной нагрузке двигатель быстро выйдет из строя. На практике, собирая электростанцию «из того, что было», домашние мастера зачастую устанавливают пару мотор/генератор без предварительного расчета. Порой встречаются варианты «сращивания» достаточно мощного двигателя, по случаю купленного за бутылку самогона у знакомого прапорщика, с моторчиком от швейной машинки. И наоборот. Важно! При расчете пары генератор/двигатель следует учитывать конечную мощность нагрузки (с учетом электрического обвеса и потерь на преобразовании), а не чистую мощность на обмотке генератора. Двигатель от бензопилы или триммераНеприхотливый механизм, очень простой в обслуживании. Как правило, двухтактный. С другой стороны – высокий расход топлива и резкий запах из глушителя. Отвод выхлопных газов от бензогенератора обязателен, особенно если он расположен возле жилища. Мощность не превышает нескольких л/с, соответственно генератора хватит для освещения, поддержания работоспособности насоса котла отопления и зарядки для мобильника. При малой нагрузке может проработать пару часов. Мотор от колесной газонокосилкиТакие агрегаты у нас не очень распространены, однако подходящий экземпляр мотора от сломанного агрегата найти можно. Двигатель от мопеда (мотоцикла)Мопедный мотор подойдет для генераторов средней мощности. В зависимости от модели, можно снять мощность 2-3 кВт. Двигатель от мотоцикла (типа «Ява» или «ИЖ») — это вообще находка для генератора. Главное достоинство таких моторов – простота обслуживания и возможность работать продолжительное время. Пожалуй, самый доступный (в плане поиска) вариант. Важно! При использовании таких моторов необходимо предусмотреть принудительную вентиляцию. Иначе можно перегреть цилиндры. Двигатели для мопедов и мотоциклов рассчитаны на эксплуатацию в набегающем потоке воздуха.Автомобильный моторПусть это не покажется слишком амбициозной идеей. Найти на авторынке двигатель от «Москвича» или «Запорожца» не составит труда. Стоимость копеечная, можно купить сразу два, на запчасти. Ремонтируются такие агрегаты изолентой и пассатижами. Если уважаемый читатель иного мнения – для вас данный материал не руководство к действию, а просто интересная информация. Главное преимущество – фактически неограниченный период работы. Охлаждение мотора от ЗАЗ воздушное, он сам себя обдувает. Вам не придется даже подключать электростартер для бензогенератора своими руками, мотор просто заводится ключом от штатной системы запуска. Мощность 30-40 л/с позволяет собрать генератор 10 кВт. Правда это будет скорее стационарный, чем мобильный вариант. Как сделать бензогенератор, имея готовую силовую установку?Ответ лежит на поверхности – подключить генератор к бензиновому мотору. Где его взять? Любой электромотор, при правильной организации системы возбуждения обмоток, становится генератором. Есть два направления создания самодельных генераторов:Генератор постоянного токаОн получает крутящий момент от двигателя вашей машины, и вырабатывает напряжение постоянного тока 14 вольт. Главное условие – исправный регулятор напряжения и желательно «живые» обмотки. Впрочем, если вам достался сгоревший экземпляр – не беда. Как снять якорь с электроустановки бензогенератора, знает любой радиолюбитель. Перемотать обмотку можно за один вечер. В принципе, если вы самостоятельно сможете собрать мини электростанцию, можно садиться писать книгу: «Неисправности бензогенератора и способы их устранения». Это крайне полезный опыт. Поломка источника электроэнергии в чистом поле – это проблема. А знакомый с устройством «Кулибин», сможет восстановить работу без вызова мастера. Двигатель переменного токаТут ситуация сложнее (правда и дешевле, нет необходимости искать преобразователь). Любой электромотор можно сделать генератором, подключив его к приводу.  Если вы дочитали до этого места – нет смысла объяснять, как из 3-х фазного источника 380В получить одну фазу 220В. Это тема отдельной статьи. Для измерения оборотов потребуется тахометр. Вы подключаете мотор к сети, и замеряете скорость вращения. Добавляете к полученным оборотам 5%-10%, и получаете оптимальную скорость вращения вала для возбуждения обмоток генератора. Самодельный бензогенератор на 220 вольт из движка от ГАЗ 21 и генератора переменного тока на 15 кВт — видео Вывод:Собрать автономный источник энергии возможно. И при определенном старании – практически бесплатно. Гибридная силовая установка - принцип работы
Гибридная силовая установка Lexus RX400h Содержание: В гибридной силовой установке сочетается работа современного ДВС и электромотора. Всем комплексом управляет электронная система, в том числе расходом топлива (в зависимости от выбранного способа вождения). Начало движенияДвижение начинает электромотор, который также работает при небольших скоростях. С увеличением скорости энергия направляется батарей на блок управления электропитанием, который ее распределяет на электромоторы. Электромоторы позволяют гибридам трогаться с места очень плавно. Весь принцип работы гибридной силовой установки демонстрирует гибридный автомобиль Lexus RХ400h.
При движении машины в нормальном режиме энергия распределяется между колесами и генератором, генератором, который в движение приводит электромоторы. Контролирует энергию, в целях ее максимальной экономии, электронная система. Генератор, в случае необходимости, отдает излишек энергии батареи, заряжая ее. При разгоне гибрида, работает ДВС, а для того, чтобы улучшить динамику, существует электродвигатель. При торможении происходит преобразование энергий - кинетической в электрическую. Ее направляют электромоторы на блок управления электропитанием, который, в свою очередь, возвращает ее на высоковольтную батарею. При этом, в обычном режиме работает двигатель бензиновый. Задача гибридных силовых установок:
«То есть, гибридные силовые установки в автомобилях должны объединить желание защитить окружающую среду с высокой безопасностью вождения и максимально получаемым от этого удовольствием». Это высказывание главного инженера Lexus RХ400h, который так же сообщил, что новая гибридная система, созданная компанией, отлично подходит для автомобилей большого и среднего размера. Гибридная трансмиссияЕе целью в гибридной силовой установке является перераспределение потока мощности туда, где она нужна больше. Но, помимо обеспечения максимально экономного расходования мощности, она также управляет совместной работой двух двигателей, откликаясь на потребность водителя в большей мощности мгновенно. Два источника энергии – электрический и бензиновый, которые RX400h (как и любой другой автомобиль) приводят в движение, являются прекрасным дополнением друг друга. Моментально обеспечивая дополнительную мощность, электрические моторы не расходуют топливо, сохраняя при этом чистоту атмосферы. Каждый из источников работает в системе в оптимальном режиме, обеспечивая топливную экономичность автомобилю и прекрасные качества ходовые. Восстановление энергии в гибридной силовой установкеЭнергию, безвозвратно теряемую в обычных условиях, гибридные технологии силовой установке позволяют частично использовать, т.е. это и является одним из источников экономии. В частности гибридные технологии Lexus обеспечивают высокую производительность благодаря высокопроизводительному основному источнику энергии, в качестве которого используется современный двигатель внутреннего сгорания V6 и электромотору с большим крутящим моментом, обеспечивающему дополнительную мощность. При этом не возникает никаких вибраций, снижается уровень шума, расход бензина и количество СО2, выбрасываемых в атмосферу. Водитель только чувствует, как мгновенно двигатель реагирует на команды. Сложная и компактная одновременно гибридная силовая установка, к которой относится высоковольтный мотор электрический, обеспечивает плавный разгон и максимальный комфорт во время движения. При торможении автомобиля также используется генератор, что при поездках по городу особенно эффективно. В гибридной силовой установке практически отсутствует трения благодаря тому, что нет коробки передач, что и позволяет сохранить энергию кинетическую, преобразовав ее в электрическую. Инвертор в гибридной силовой установкеПостоянный ток преобразуется в переменный, который и питает электромотор, благодаря инвертору. В Lexus RХ400h используется высоковольтная схема, повышающая напряжение, за счет чему при том же значении тока растет электрическая мощность, повышается производительность и кутящий момент привода двигателя электрического. VDIM, или система интегрированного управления динамикой машиныПовышение качества управления обеспечивает еще и модифицированная подвеска, электронная система управления, современная система контроля устойчивости и собственно VDIM, разработана которая, была с целью объединения систем, которые до этого имели тенденцию отдельного развития, даже, если установлены они были в одном авто: ABS - антиблокировочная система тормозов, TRC – система антипробуксовочная, VCS – система устойчивости курсовой, ЕРS – электроусилитель руля. Это и характеристики гибрида улучшило, и безопасность, как и позволило сделать более предсказуемым и мягким поведение авто. VDIM не только все их объединяет, получая с многочисленных датчиков информацию о текущем состоянии транспортного средства, но и управляет системой полного привода и гибридной силовой установкой. А оптимизация работы систем, благодаря VDIM, положительно отражается на характеристиках динамических. Эта силовая установка намного эффективнее и менее «навязчива» в сравнении с обычными системами контроля устойчивости. Система управления динамикой при помощи высокоскоростной технологии управления трансмиссией, тормозами и двигателем, полностью контролирует гибридную силовую установку, систему торможения и полный привод на все колеса, управляя одновременно обоими двигателями в соответствии с конкретными условиями движения. Запуск системыВключается система подачи энергии, получив подтверждение от электронного ключа, означающее, что водитель находится внутри авто. Как только включается зажигание, осуществляется проверка системой исправности всех датчиков, мотора бензинового и электрического, батареи и генератора. Затем включаются различные компоненты системы высоковольтной – авто готово к работе. Отключение системыДо того, как салон покинет водитель, отключивший зажигание, все компоненты силовой утсановки отключаются – последним отключается компьютер, удостоверившись, что отключение компонентов завершено. Контроль торможения в гибридной силовой установкеСистема регенеративного торможения, которой управляет электроника, для оптимизации количества сохраняемой энергии, самостоятельно принимает решение о том, когда необходимо использовать тормоза гидравлические, а в каких случаях производить регенеративное торможение, которое она (система) по возможности применяет чаще. Управление мощностьюКонтроль за потребляемой энергией силовая установка осуществляет по всему автомобилю, определяя, отталкиваясь от текущего состояния гибрида, какой из двух моторов нужно включить в работу. То есть, исходит она из того, требуется ли ускорение, а также на подаваемых компьютером сигналах от батареи. Если заряда батареи достаточно, а температура не слишком низкая, то при первом запуске авто работает от электромотора, для чего вначале запускается от генератора мотор (сразу производится расчет энергии, которая нужна для всего авто). Далее производится расчет условий движения исходя из обеспечения максимальной эффективности, требующейся для выработки необходимой энергии. После этого, сигнал направляется к двигателю, чтобы получить требуемое количество оборотов, дальнейший контроль за которыми производит генератор. Интересные материалы: Что такое автомобиль с гибридным приводом? Делаем гибридный автомобиль своими руками примерная стоимостьmotocarrello.ru Гибридная силовая установка - принцип работыВ поисках современных решений существующих проблем производители создают новые виды двигателей, совершенствуют конструкции автомобилей и внедряют улучшенные технологии. Результатом подобной работы стало появление гибридного автомобиля. Сейчас многие с большой уверенностью говорят, что именно так будут выглядеть машины на дорогах в ближайшем будущем. Термин "гибридный" обозначает автомобиль, который имеет больше одного источника энергии. Мы привыкли к тому, что все автомобили используют двигатель внутреннего сгорания на бензиновом или дизельном топливе. Также раньше были известны так называемые электромобили. Сейчас же производители стараются привлечь покупателей, повышая экономию топлива, поэтому они объединяют двигатель внутреннего сгорания и электромотор в одном автомобиле. Особенности конструкции
Гибридная силовая установка действительно обладает рядом преимуществ перед традиционными автомобилями. Главная особенность гибридного двигателя заключается в том, что благодаря ему удается избежать работы двигателя при малых нагрузках, что в сочетании с рекуперацией кинетической энергии заметно повышает эффективность расхода топлива. Если рассмотреть такой автомобиль более детально, то удастся выделить несколько основных элементов:
Подобные идеи уже появлялись раньше в том числе в СССР в 70-х годах, часть из них даже находила свое воплощение в различных видах железнодорожного транспорта, карьерной техники и прототипах городских автомобилей. В частности это касается генератора и других. Используя преимущества электромоторов и ДВС гибридный автомобиль способен показать более высокий коэффициент полезного действия, что собственно и является главной целью создания подобных машин. Данные идеи стали особенно актуальны в наше время в условиях повышения цен на топливо. Подробнее о новинке Российского рынка — автомобиле с гибридной силовой установкой "Ё-мобиль": Преимущества и недостатки
Среди основных преимуществ отмечают следующие черты:
В то же время на данный момент имеются свои недостатки. В частности это высокая сложность конструкции, вследствие чего увеличивается себестоимость. Из-за этого многие мировые автомобильные компании отказываются или откладывают на неопределенный срок создание подобных образцов. Также усложняется техническое обслуживание, возникают трудности с утилизацией аккумуляторных батарей и т.д. Принцип работы
Электромотор используется для того, чтобы тронуться с места и дальнейшей езды на малых скоростях. При первичном разгоне батарея начинает отдавать свою энергию, направляя ее на блок управления электропитанием и затем непосредственно на электрические двигатели. Во время движения в обычном режиме используется одновременно бензиновый двигатель и электромотор. Нагрузка распределяется между ними равномерно. Генератор производит зарядку батареи во время движения, когда в работу вступает ДВС. Во время разгона основная нагрузка ложится на бензиновый двигатель. Если требуется улучшить динамику, то в дело вступает электромотор. В этом режиме вновь происходит зарядка батареи за счет энергии движения. Во время торможения гибридная силовая установка использует кинетическую энергию и преобразует ее в электрическую, которая в свою очередь направляется на блок управления электропитанием. Бензиновый двигатель функционирует в нормальном режиме. За счет преобразования кинетической энергии торможения происходит зарядка высоковольтной батареи. Отсюда можно понять, что гибридные автомобили гораздо более эффективны в работе, хотя бы за счет того, что используется кинетическая энергия, которая до этого просто расходовалась впустую. Кроме того производители устанавливают на свои машины самые современные двигатели внутреннего сгорания и сложные компьютерные системы. Используя только электрические моторы, можно проехать порядка 100 километров, что также является одним из преимуществ. Многие специалисты сейчас достаточно уверенно говорят, что это современная система расходования топлива и энергии, в которой так нуждались автомобили. В ближайшее время гибридные установки будут продолжать развиваться и совершенствоваться. Если удастся устранить существующие недостатки — сложность конструкции и более высокую стоимость — то подобные машины завоюют лидерство буквально за несколько лет. Остается только подождать новых шагов от мировых автомобильных компаний и посмотреть своими глазами, что же у них получится. Фото
ВидеоТакже вам будет интересно посмотреть следующее видео о гибридной силовой установке: auto-wiki.ru Силовая установка
Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам для преобразования механической энергии двигателей внутреннего сгорания в электрическую, и предназначено для использования преимущественно в качестве транспортных энергетических установок в гибридных автомобилях или аварийных источников электроэнергии. Задача, решаемая изобретением, заключается в создании простого устройства для преобразования механической энергии двигателя в электрическую энергию генератора. Силовая установка включает двигатель с камерой сгорания, головкой 3, системой зажигания и линейный генератор с неподвижным статором и ротором, кинематически связанным посредством жесткой тяги 7 с приводным звеном 8 двигателя. Камера сгорания выполнена в виде сильфона с неподвижным 9 и подвижным 10 фланцами, гофрами 11, дном 12 и снабжена компенсатором объема, выполненным в виде стакана 13. Неподвижный фланец 9 выполнен в виде кольца, герметично закрепленного на головке 3 и выступающего за контур 14 наружных поверхностей гофр 11. Подвижный фланец 10 выполнен в виде кольца, выступающего внутрь контура 15 внутренних поверхностей гофр 11. Дно 12 выполнено в виде герметичного соединения подвижного фланца 10, фланца 16 жесткой тяги 7 и стакана 13. Сильфонная камера 2 выполнена сварной с возможностью складывания гофр 11 в плотный пакет, при этом наружная поверхность сильфонной камеры 2 снабжена ребрами 17 для отвода тепла, которые выполнены невыступающими за высоту гофр 11 на величину сварных швов соседних гофр 11. 8 з.п.ф-лы, 7 ил. Изобретение относится к области энергетики, а именно к устройствам для преобразования механической энергии двигателей внутреннего сгорания в электрическую, и предназначено для использования преимущественно в качестве транспортных энергетических установок в гибридных автомобилях или аварийных источников электроэнергии. Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение призвано составить альтернативу существующим двигателям внутреннего сгорания, преобразующим преимущественно возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала, которое используется для привода разнообразных механизмов, включая электрогенераторы. Как известно, несмотря на техническое совершенство двигателей внутреннего сгорания всем им присущи "хронические" недостатки, среди которых высокая точность и сложность изготовления кривошипно-шатунного механизма, блока цилиндров, поршней и поршневых колец, сложные системы смазки и газораспределения и большие потери мощности, связанные с трением. Вследствие этого разрабатываются различные устройства, которые пытаются разрешить упомянутые выше технические противоречия. Известен линейный генератор переменного тока, содержащий неподвижную магнитную систему и якорь в виде пластины из электропроводного материала, помещенный в заполненную жидким металлом камеру, к которой примыкают электроды. Якорь приводится в движение при помощи теплового двигателя, поршни которого соединены с пластинами якоря посредством штоков, проходящих через герметизирующие уплотнения [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 752652, Н 02 К 35/00, опубл. 30.07.80, Бюл. 28], [Заявка РСТ 80/01744, Н 02 К 35/00, международная публикация 21.08.80]. В качестве жидкого металла, заполняющего камеру, используют, как правило, ртуть. Отсюда можно сделать вывод, что данный линейный генератор потенциально не может использоваться в быту, за исключением специальных целей, не имеющих ничего общего с широким потреблением. Известны поршневые машины (компрессор и насос) с рабочими полостями, выполненными в виде сильфонов, связанных с кривошипами через промежуточные звенья (компрессор) или непосредственно (насос) [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 315792, F 04 В 45/02, опубл. 01.11.1971, Бюл. 29] и [Описание изобретения к патенту США 4302163, Н. Кл. 417/473, опубл. 24.11.1981]. Несмотря на то что потенциально такие поршневые машины могут работать в режиме реверса, как двигатели внутреннего сгорания, наличие сильфонных камер не упрощает, а наоборот усложняет конструкцию машин, поскольку, например, в итоге сохраняется кривошипный механизм с системой смазки. В большей (компрессор) или меньшей (насос) степени сохраняются потери на трение и отвод избытков тепла, а сложный изгиб камер в случае с насосом сделает их работу при высокой температуре недолговечной. Известен свободнопоршневой двухтактный двигатель-электрогенератор с противоположно движущимися поршнями, содержащий корпус с цилиндром двигателя внутреннего сгорания и двумя разнесенными по оси цилиндра обмотками статора линейного электрогенератора, два блока поршней, снабженных в своей средней части рабочими элементами роторов линейного электрогенератора и размещенных в цилиндре двигателя с возможностью осевого перемещения и образования двух наружных и одной внутренней камер сгорания с петлевой схемой газообмена, а также системы электрической синхронизации движения блоков поршней, воздухоснабжения и топливопитания [Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1740727, F 02 В 71/04, опубл. 15.06.92, Бюл. 22]. Недостатками известного устройства являются трудности в получении больших мощностей (более 10 киловатт) в относительно малых габаритах свободнопоршневого двигателя и его охлаждении, для чего, как правило, используется принудительная вентиляция. Кроме этого, подвод тока возбуждения к ротору осуществляется через контактный щеточный аппарат, что приводит к дополнительным электрическим потерям при протекании тока и механическим потерям на трение. Наиболее близким по совокупности существенных признаков заявляемому техническому решению является силовая установка (гибридный двигатель), работа которой оптимизирована с помощью компьютера и которая включает двигатель внутреннего сгорания с, по меньшей мере, одной камерой сгорания, одной головкой и системой зажигания, и линейный генератор с неподвижным статором и ротором, кинематически связанным посредством, по меньшей мере, одной жесткой тяги с приводным звеном двигателя [Описание изобретения к патенту США 5002020, Н. Кл. 123/46 Е, опубл. 26.03.1991]. К несомненным достоинствам силовой установки следует отнести расположение линейного генератора за пределами камер сгорания. Несмотря на оптимизацию работы силовой установки с помощью компьютера это не снимает проблем, связанных со сложностью изготовления блока цилиндров, поршней и поршневых колец, с наличием систем смазки и тонкой очистки воздуха, сложностью регулировок и большими потерями мощности, связанными с трением. В случае с оппозитно расположенными цилиндрами возникают трудности с обеспечением их соосности. Задача, решаемая изобретением, заключается в создании очередного устройства для преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию генератора. Техническим результатом будет создание силовой установки, отличающейся простотой конструкции, небольшим весом, незначительными потерями на трение в двигателе, его высокой ремонтоспособностью и расширенными эксплуатационными возможностями, такими, например, как возможность изменения в процессе работы степени сжатия и рабочего хода. В результате решения поставленной задачи в силовой установке, включающей двигатель внутреннего сгорания с, по меньшей мере, одной камерой сгорания, одной головкой и системой зажигания, и линейный генератор с неподвижным статором и ротором, кинематически связанным посредством, по меньшей мере, одной жесткой тяги с приводным звеном двигателя, камера сгорания выполнена в виде сильфона с неподвижным и подвижным фланцами, гофрами и дном и снабжена компенсатором объема, выполненным в виде стакана, при этом неподвижный фланец выполнен в виде кольца, герметично закрепленного на головке и выступающего за контур наружных поверхностей гофр, подвижный фланец выполнен в виде кольца, выступающего внутрь контура внутренних поверхностей гофр, а дно выполнено в виде герметичного соединения подвижного фланца, фланца жесткой тяги и стакана. Кроме этого: - сильфонная камера выполнена сварной с возможностью складывания гофр в плотный пакет; - наружная поверхность сильфонной камеры снабжена ребрами для отвода тепла, при этом высота ребер выполнена невыступающей за высоту гофр, по меньшей мере, на величину сварного шва соседних гофр; - внутренние диаметры соседних гофр сильфонной камеры выполнены различающимися на величину, равную, по меньшей мере, двум высотам сварного шва; - жесткая тяга выполнена регулируемой длины с возможностью перемещения в неподвижных направляющих; - силовая установка снабжена устройством регулирования степени сжатия и рабочего хода, выполненным с возможностью изменения и фиксации расстояния между головкой и статором генератора; - силовая установка снабжена устройством динамической балансировки инерционных масс, выполненным в виде, по меньшей мере, двух симметрично расположенных массивных опахал, связанных с инерционной массой через рычаги первого рода; - ротор и статор линейного генератора выполнены разделенными на отдельные секции с возможностью последовательного или параллельного соединения их обмоток между собой; - обмотки ротора снабжены гибким токоподводом. Изобретение иллюстрируется чертежами, где: на фиг.1 показан общий вид силовой установки; на фиг.2 - вид сильфонной камеры сгорания в сжатом состоянии; на фиг.3 - вид сильфонной камеры сгорания в разжатом состоянии; на фиг.4 - фрагмент А на фиг.3 - конструкция сварной сильфонной камеры; на фиг.5 - вид Б на фиг.1 - вид линейного генератора сверху; на фиг. 6 показано сечение В-В на фиг.5 - конструкция линейного генератора с удвоенной частотой вырабатываемого тока; на фиг. 7 показан вариант сечения В-В на фиг.5 - конструкция линейного генератора с синхронной частотой вырабатываемого тока. Силовая установка включает двигатель 1 внутреннего сгорания с, по меньшей мере, одной камерой 2 сгорания, одной головкой 3 и системой зажигания (условно не показана) и линейный генератор 4 с неподвижным статором 5 и ротором 6, кинематически связанным посредством, по меньшей мере, одной жесткой тяги 7 с приводным звеном 8 двигателя 1, при этом камера 2 сгорания выполнена в виде сильфона с неподвижным 9 и подвижным 10 фланцами, гофрами 11 и дном 12 и снабжена компенсатором объема, выполненным в виде стакана 13, при этом неподвижный фланец 9 выполнен в виде кольца, герметично закрепленного на головке 3 и выступающего за контур 14 наружных поверхностей гофр 11, подвижный фланец 10, выполнен в виде кольца, выступающего внутрь контура 15 внутренних поверхностей гофр 11, а дно 12 выполнено в виде герметичного соединения подвижного фланца 10, фланца 16 жесткой тяги 7 и стакана 13. Сильфонная камера 2 выполнена сварной с возможностью складывания гофр 11 в плотный пакет, при этом наружная поверхность сильфонной камеры 2 снабжена ребрами 17 для отвода тепла, которые выполнены невыступающими за высоту гофр 11, по меньшей мере, на величину сварных швов 18 соседних гофр 11, а внутренние диаметры d и D соседних гофр 11 сильфонной камеры 2 выполнены различающимися на величину, равную, по меньшей мере, двум высотам сварного шва 19. Жесткая тяга 7 (или жесткие тяги 7, если двигатель внутреннего сгорания выполнен многокамерным) выполнена регулируемой длины с возможностью перемещения в неподвижных направляющих 20. Силовая установка снабжена устройством (условно не показано) регулирования степени сжатия и рабочего хода, выполненным с возможностью изменения и фиксации расстояния между головкой 3 и статором 5 генератора 4, и устройством (также условно не показано) динамической балансировки инерционных масс, выполненным в виде, по меньшей мере, двух массивных опахал, связанных с инерционной массой через рычаги первого рода. Статор 5 и ротор 6 линейного генератора 4 выполнены разделенными на отдельные секции 21 и 22 с возможностью последовательного или параллельного соединения их обмоток между собой, при этом обмотки ротора 6 снабжены гибким токоподводом (из-за его типовой конструкции условно не показан). Выполнение камеры 2 сгорания в виде сильфона позволяет свести процессы трения, которые характерны для "классических" поршневых двигателей внутреннего сгорания, к упругим деформациям тонкостенной оболочки. Это упрощает требования к системе смазки двигателя 1, сводя ее к упрощенной схеме подачи к втулкам электромагнитных клапанов и направляющих 20 жестких тяг 7. Также, отсутствие трения в камере 2 не требует тонкой очистки воздуха. Существенно уменьшается масса двигателя 1. Ограничение (включая и оперативное в процессе работы) максимальной деформации растяжения сильфона позволяет менять рабочий ход и степень сжатия в камере 2 сгорания, что позволяет не только использовать разнообразное топливо (дизельное, бензин и т.д.), но также автоматически оптимизировать работу двигателя 1, наиболее явным проявлением чего будет экономия топлива. Ремонт камер 2 сгорания такого двигателя 1 сводится к их простой замене, для чего их отсоединяют от головок 3 и жестких тяг 7 и в обратном порядке меняют на новые. Существующие на сегодняшний день материалы, из которых можно изготовить сварные сильфонные камеры 2, способны работать при высоких температурах с принудительным воздушным охлаждением, что обеспечивает ресурс работы 107 циклов. При рабочей частоте линейного генератора 4, например, 20 Гц общее время работы сильфонной камеры 2 составит около 140 часов. Для случая аварийного источника электроснабжения этого времени вполне достаточно для устранения неполадок или перевода на более долговечный источник питания. Для случая эксплуатации в качестве энергетической установки гибридного автомобиля, средняя скорость движения которого в условиях города составляет 30 км/ч пробег сильфонной камеры 2 до замены составит более 4000 км. При этом надо учесть, что при появлении потребности в сильфонных камерах 2 сгорания начнутся интенсивные исследования в этой области и соответствующие материалы будут разработаны. При сжатии сильфона его гофры 11 должны складываться в плотный пакет. Таким образом обеспечивается минимально возможный объем камеры 2 сгорания, который корректируется в сторону уменьшения путем введения специальной детали - стакана 13, отводящего также излишки тепла к другим массивным деталям, например, таким как фланец 16 жесткой тяги 7. Технология получения сварных сильфонов должна учитывать возможность появления разнообразных наплывов на кромках гофр 11, которые, не являясь дефектами сварки, могут оказывать влияние на плотность пакета и приводить к посторонним стукам работающего двигателя 1. Для устранения этого в конструкции сильфона предусмотрено шахматное расположение кромок гофр 11 относительно друг друга и относительно кромок соседних деталей - ребер 17. В этом случае возможные отклонения формы сварных швов 18 и 19 компенсируются технологическими зазорами между ними. Что касается сварного шва 23, соответствующего внутреннему диаметру D, то возможные отклонения его формы надо будет устранять в процессе изготовления сильфона, например осадкой заготовок, идущих на его изготовление и т.д. Ребра 17 предназначены для отвода тепла от камеры 2 в окружающую среду. Такая конструкция камеры 2 обеспечивает теплоотвод с использованием принудительного обдува, например с использованием массивных опахал. Эти же опахала обеспечивают динамическую балансировку инерционных масс, с которыми они связаны через рычаги первого рода. Учитывая возможные отклонения движений приводных звеньев 8 двигателя 1 и соответственно жестких тяг 7 от прямолинейного, что вступает в противоречие с необходимостью обеспечить постоянство зазоров в обмотках линейного генератора 4, жесткие тяги 7 помещают в неподвижные направляющие 20. В отличие от распространенного в линейных генераторах свободно-поршневых двигателей щеточного соединения движущихся токопроводящих частей в заявляемой силовой установке для соединения с обмотками ротора 6 применен гибкий токоподвод. В числе прочего, это позволяет при запуске двигателя 1 использовать достаточно мощный источник электроэнергии, например, такой как низковольтный аккумулятор. Выполнение статора 5 и ротора 6 линейного генератора 4 разделенными на отдельные секции 21 и 22 позволяет соединять их последовательно или параллельно в зависимости от технологических требований к получаемой электроэнергии - соответствующему напряжению или силе тока. Необходимое умножение частоты тока обеспечивается за счет использования в конструкции генератора определенного соотношения в количестве обмоток статора 5 и ротора 6 и их рядности. Работу силовой установки рассмотрим на примере комбинации линейного генератора 4 и четырехтактного восьмицилиндрового двигателя 1 с камерами 2 сгорания, выполненными в виде сварных сильфонов с наружными ребрами 17. У такого двигателя 1 две головки 3 расположены оппозитно и симметрично друг против друга. Восемь сильфонных камер 2 своими неподвижными фланцами 9 закреплены на головках 3 с созданием герметичных соединений - по четыре с каждой стороны. Следует отметить, что камеры 2 могут быть расположены на головке 3 как в один ряд, так и в два. Все донья 12 сильфонных камер 2 своими жесткими тягами 7 связаны между собой подвижной прочной рамой 24, внутри которой преимущественно на оси симметрии силовой установки расположен (хотя не исключены и другие варианты местоположения, например за пределами головок 3) линейный генератор 4. Жесткие тяги 7 (или некие элементы рамы 24) расположены в направляющих 20, чем обеспечивается их гарантированное возвратно-поступательное движение. Устройство регулирования степени сжатия и рабочего хода на двигателе 1 может иметь разнообразные варианты исполнения, например в виде четырех резьбовых шпилек с лево- и правосторонней резьбами, ввернутыми в соответствующие места головок 3 и объединенными с возможностью синхронного вращения при помощи специального привода, управляющее воздействие на который передается от блока управления. В результате этого воздействия оппозитно расположенные головки 3 начинают сдвигаться или раздвигаться. В отличие от компенсаторов объема (стаканов 13) камер 2, устанавливаемых при сборке камер 2, которые служат для обеспечения их минимально необходимого объема, т.е. определяют начальную работоспособность сильфонного двигателя 1, устройство регулирования степени сжатия и рабочего хода позволяет менять эксплуатационные параметры двигателя 1 (или влиять на них) непосредственно в процессе работы в зависимости от типа применяемого топлива, температуры двигателя 1, частоты вырабатываемого тока и т.д. Впускные 25 и выпускные 26 электромагнитные клапаны и свечи зажигания расположены в головках 3 блоков в камерах 2 сгорания каждого сильфона. Ротор 6 генератора 4 также жестко связан с рамой 24. Статор 5 закреплен неподвижно относительно ротора 6. При запуске силовой установки в обмотку ротора 6 от пускового преобразователя подается постоянный ток возбуждения, а в обмотку статора 5 переменный ток с частотой 1-5 Гц пониженного напряжения. Линейный генератор 4 начинает работать в режиме линейного двигателя и совершает возвратно-поступательные движения, которые через раму 24 передаются на донья 12 сильфонных камер 2. При опускании дна 12 одного из сильфонов открывается впускной клапан 25. Выпускной клапан 26 закрыт. Горючая смесь (или воздух - при внутреннем смесеобразовании) поступает в полость камеры 2. При подъеме дна 12 впускной клапан 25 закрывается и происходит такт сжатия поступившей в полость камеры 2 смеси (или воздуха). В определенный момент происходит зажигание смеси (или впрыск топлива). Топливо сгорает, и под действием увеличившегося давления газа сильфонная камера 2 растягивается, происходит опускание дна 12. Благодаря наличию ребер 17 стабилизируется форма сильфона, снижается вероятность раздувания камер 2 и их необратимой деформации. В конце хода дна 12 открывается выпускной клапан 26, отработавший газ начинает выходить и при дальнейшем движении дна 12 вверх происходит выталкивание отработавших газов. Выпускной клапан 26 закрывается, после чего рабочий процесс повторяется. После первых устойчивых вспышек топлива в сильфонных камерах 2 сгорания блок управления автоматически переводит работу линейного двигателя обратно в режим линейного генератора 4. При возвратно-поступательном движении ротора 6 относительно сердечника статора 5 силовые линии магнитного поля ротора 6, пересекая сердечник статора 5, создают в нем переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, наводит в обмотках статора 5 переменную электродвижущую силу, создающую переменный ток в нагрузке, подключенной к статору 5 генератора 4. В связи с необходимостью генерации значительных мощностей (десятки киловатт при частотах не выше 50 Гц), улучшения охлаждения и упрощения конструкции ротор 6 и статор 5 выполнены разделенными на отдельные секции 21 и 22, которые могут быть соединены параллельно или последовательно. Каждая секция 22 ротора 6 расположена напротив своей секции 21 статора 5. При необходимости вырабатываемый генератором 4 переменный ток выпрямляется через блок диодов в постоянный ток. Система охлаждения силовой установки может быть ограничена принудительной циркуляцией воздуха от двух симметрично расположенных опахал, которые благодаря своей массивности и связью с инерционными массами двигателя 1 через рычаги первого рода выполняют функцию их динамического уравновешивания. Блок управления (в данной заявке не рассматривается) осуществляет управление силовой установки в режимах пуска, холостого хода, номинальной мощности двигателя 1 и в зависимости от вида топлива, температурного режима выдает управляющие импульсы на системы подачи топлива, зажигания, устройство регулирования степени сжатия, а также регулирует ток возбуждения ротора 6 и выходную мощность линейного генератора 4. Основная (рекомендуемая) компоновочная схема силовой установки, при которой обеспечиваются минимальные потери на трение в направляющих 20, - вертикальное расположение головок 3 (одна над другой) и размещение линейного генератора между головками 3 на оси симметрии установки. В случае исчерпания камерами 2 своего ресурса работы приводные звенья 8 отсоединяют от головок 3 и от жестких тяг 7, разбирают, ставят новые сильфоны и далее осуществляют сборку в обратном порядке. После регулировки длины жестких тяг 7 двигатель 1 способен совершить очередной пробег до следующего ремонта. Линейный генератор 4 обладает большим по сравнению с двигателем 1 ресурсом наработки до отказа, поэтому не требует к себе особого внимания. В результате решения поставленной задачи создано очередное устройство для преобразования механической энергии двигателя внутреннего сгорания в электрическую энергию линейного генератора. Силовая установка, спроектированная на основе изобретения, отличается простотой конструкции, небольшим весом, существенно меньшими потерями на трение в двигателе, его высокой ремонтоспособностью и расширенными эксплуатационными возможностями, такими, например, как изменением в процессе работы степени сжатия в камерах сгорания и использованием разнообразного топлива.Формула изобретения 1. Силовая установка, включающая двигатель внутреннего сгорания с, по меньшей мере, одной камерой сгорания, одной головкой и системой зажигания, и линейный генератор с неподвижным статором и ротором, кинематически связанным посредством, по меньшей мере, одной жесткой тяги с приводным звеном двигателя, отличающаяся тем, что камера сгорания выполнена в виде сильфона с неподвижным и подвижным фланцами, гофрами и дном, и снабжена компенсатором объема, выполненным в виде стакана, при этом неподвижный фланец выполнен в виде кольца, герметично закрепленного на головке и выступающего за контур наружных поверхностей гофр, подвижный фланец выполнен в виде кольца, выступающего внутрь контура поверхностей гофр, а дно выполнено в виде герметичного соединения подвижного фланца, фланца жесткой тяги и стакана. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что сильфонная камера выполнена сварной с возможностью складывания гофр в плотный пакет. 3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что наружная поверхность сильфонной камеры снабжена ребрами для отвода тепла, при этом высота ребер выполнена невыступающей за высоту гофр, по меньшей мере, на величину сварного шва соседних гофр. 4. Установка по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что внутренние диаметры соседних гофр сильфонной камеры выполнены различающимися на величину, равную, по меньшей мере, двум высотам сварного шва. 5. Установка по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что жесткая тяга выполнена регулируемой длины с возможностью перемещения в неподвижных направляющих. 6. Установка по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что она снабжена устройством регулирования степени сжатия и рабочего хода, выполненным с возможностью изменения и фиксации расстояния между головкой и статором генератора. 7. Установка по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что она снабжена устройством динамической балансировки инерционных масс, выполненным в виде, по меньшей мере, двух симметрично расположенных массивных опахал, связанных с инерционной массой через рычаги первого рода. 8. Установка по любому из пп. 1-7, отличающаяся тем, что ротор и статор линейного генератора выполнены разделенными на отдельные секции с возможностью последовательного или параллельного соединения их обмоток между собой. 9. Установка по п. 8, отличающаяся тем, что обмотки ротора снабжены гибким токоподводом.РИСУНКИ Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7www.findpatent.ru Схемы генераторных установок. » Портал инженераСоединение генератора с регулятором напряжения и элементами контроля работоспособности генераторной установки выполняются, в основном, по схемам, приведенным на рис.6. Обозначения выводов на схемах 6а, бсоответствует принятому фирмой Bosch, а 6в - Nippon Dense. Однако другие фирмы могут применять отличные от этих обозначения.Схема 6а применяется наиболее широко особенно на автомобилях европейского производства Volvo, Audi, Mercedes и др. В зависимости от типа генератора, его мощности, фирмы изготовителя и особенно от времени начала его выпуска, силовой выпрямитель может не содержать дополнительного плеча выпрямителя, соединенного с нулевой точкой обмотки статора, т. е. иметь не 8, а 6 диодов, собираться на силовых стабилитронах как показано на рис.6 б,вВ генераторах повышенной мощности применяют параллельное включение диодов выпрямителя или параллельное включение выпрямительных блоков. Это объясняется тем, что ток через диод равен трети тока, отдаваемого генератором, поэтому, например, если применяются диоды, на максимально допустимый ток 25 А, то генератор может иметь максимальный ток только 75 А. При больших токах диоды приходится включать параллельно. Конденсатор 11 вводится в схему для подавления радиопомех, источником которых служит генераторная установка. Резистор 8 , включенный параллельно лампе контроля заряда, обеспечивает под-возбуждение генератора даже в случае перегорания этой лампы. Резистор 6, расширяющий, как было показано выше, диагностические способности лампы 9 контроля работоспособного состояния генераторной установки, применяется далеко не всеми фирмами. Фирма Toyota, например, применяет включение лампы контроля работоспособного состояния генераторной установки через разделительный диод. Ею же применяется на некоторых марках автомобилей включение этой лампы через контакты реле. В этом случае обмотка реле установлена на место контрольной лампы 9 по схеме 6а, а сама лампа включается через нормально разомкнутые контакты этого реле на "массу". Иногда вывод "D+" используется там, где для управления включением или отключением потребителя постоянного тока требуется напряжение, появляющееся только после пуска двигателя автомобиля. Однако величина тока, которую может отдать дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения, подсоединенный к этому выводу, весьма ограничена и не превышает обычно 6 А из которых до 5 А забирает сама обмотка возбуждения. На выводе "W" напряжение тоже появляется только после пуска двигателя, но это напряжение пульсирующее, частота пульсации которого, как было показано выше, связана с частотой вращения коленчатого вала двигателя.Этот вывод используется для питания устройств, реагирующих на частоту вращения, например, тахометра. Рис.6. Принципиальные схемы генераторных установок: 1 - генератор; 2 - обмотка статора генератора; 3 -обмотка возбуждения генератора; 4 - силовой выпрямитель: 5 - регулятор напряжения; 6, 8 -резисторы в системе контроля работоспособности генераторной установки; 7 - дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения; 9 - лампа контроля работоспособного состояния генераторной установки; 10-выключатель зажигания; II -конденсатор; 12 - аккумуляторная батарея Недостатком схемы по рис.6.а является то, что регулятор поддерживает напряжение на выводе "D+" генератора, а потребители, в том числе, аккумуляторная батарея, включены навывод "В+". Кроме того, при таком включении регулятор не воспринимает падения напряжения в соединительных проводах между генератором и аккумуляторной батареей и не вносит корректировок в напряжение генератора, чтобы компенсировать это падение.Эти недостатки устранены в схеме рис.6,б, где на входную цепь регулятора напряжение подается от того места, где его следует стабилизировать — либо это вывод аккумуляторной батареи, либо вывод "В+" генератора, а иногда, как показано на рис.6,б, сразу от двух этих точек, чем предотвращается возможность возникновения аварийного режима при обрыве этого соединения.Соединение регулятора напряжения с аккумуляторной батареей обычно осуществляется, минуя выключатель зажигания. В этом случае сила тока в этом соединении не превышает нескольких миллиампер, что не опасно с точки зрения разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля.Генераторные установки без дополнительного выпрямителя, применение которых расширяется, особенно японскими и американскими фирмами выполняются по схеме рис.бв. В этом случае схема генератора упрощается, но усложняется схема регулятора напряжения, т. к. на него переносятся функции предотвращения разряда аккумуляторной батареи на цепь возбуждения генератора при неработающем двигателе автомобиля и управления лампой контроля работоспособного состояния генераторной установки.В некоторых случаях на автомобилях находят применение двухуровневые системы напряжения, при которых вся бортовая сеть выполняется на номинальное напряжение (у легковых автомобилей на 12В), а отдельные потребители включаются на повышенное напряжение. К числу таких последних относятся стеклообогреватели, выполняемые напылением токопроводящего слоя на стекло. Повышенное сопротивление стеклообогревателя требует подведения к нему и повышенного напряжения для обеспечения нужной мощности для оттаивания стекла. Например, на американских автомобилях Ford Taurus и Sable, на питание обогревателя подводится напряжение 75 В. При включении стеклообогревателя все потребители, кроме стеклообогревателя, переходят на питание от аккумуляторной батареи, генератор же питает только обогрев стекла, причем регулятор напряжения отключается. Применяются и варианты питания стеклообогревателей переменным током, забираемым с обмоток фаз генератора. Цепи генераторной установки снабжаются предохранителями и переходными колодками. В частности, предохранители обычно устанавливаются в цепь контрольной лампы 9 (см. рис.б), а также в цепях, соединяющих регулятор с аккумуляторной батареей и в цепи питания самой аккумуляторной батареи. Соединение генератора с аккумуляторной батареей у европейских автомобилей в большинстве случаев производится на выводе стартера, однако встречаются и соединения на переходных колодках. Если регулятор напряжения расположен вне генератора, то их "массы" должны соединяться проводом.На некоторых генераторах, например, у автомобилей Chrysler, Mercedes с целью максимального исключения влияний вибрации двигателя, посадочные места в крепежных лапах снабжены резиновыми втулками. В таком случае генератор соединяется с "массой" автомобиля специальным проводом. Кроме приведенных на рис.6 выводов генераторные установки некоторых фирм имеют выводы или гнезда, используемые для диагностирования или управления от бортового компьютера, а также соединения обмотки возбуждения непосредственно с "массой".Редактор М.И. БирюковАкимов А.В. и др.A38 Генераторы зарубежных автомобилей/Акимов А.В., Акимов С.В., Лейкин Л.П.— М.: Издательство«За рулем», 1998. — 80 с., ил. ISBN 5-85907-093-4 Обсудить на форумеingeneryi.info |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Еще одно направление для мобильных электростанций – туризм, экспедиции и выполнение работ с помощью электроинструмента в автономном режиме.
Рекомендуется собрать максимально много технической информации о компонентах, прежде чем рассчитывать их совместимость.
В такой схеме есть как преимущества, так и недостатки. С одной стороны вас не беспокоит вопрос, какое масло заливать в бензогенератор (оно добавляется в бензин, как на старых мопедах). Техническое обслуживание фактически отсутствует, как класс.
Мощность более 25 л/с позволяет смело подключать генерирующую установку 5 кВт. Это полноценный источник питания для частного дома. Если использовать еще и коробку передач, вы получите относительно экономичную установку. Обкатка генератора позволит выяснить, на какой скорости вырабатывается мощность с эффективной нагрузкой.
Переделка такого мотора в привод для бензогенератора своими руками, не представляет сложности. Установить на прочный фундамент, вывести педаль газа и сцепления на ручной привод, и можно использовать даже коробку передач.
Ничего не надо изобретать. Достаточно посмотреть мощностные характеристики, и подобрать небольшой двигатель из перечисленных выше.
Единственный недостаток, правда, существенный – напряжение 12-14 вольт. Освещение, зарядка мобильных устройств, подключение музыки и компьютера – без проблем. Но для дома необходимо 220 вольт. Выручит преобразователь напряжения, например, от старого бесперебойника.
Toyota Yaris Hybrid
Toyota FT-Bh концепт гибрид
Toyota FT-Bh концепт гибрид 2
Салон Toyota FT-Bh на гибридной силовой установке
Концепт автомобиля будущего
