Меню Закрыть

Система питания бензиновых двигателей: Система питания бензинового двигателя

Содержание

Система питания бензинового двигателя: характеристики, особенности, описание, предназначение

Система питания силового агрегата участвует непосредственно в образовании воздушно-топливной смеси. Система питания бензинового двигателя включает в себя достаточное количество элементов, которые имеют разные функции и предназначение.

Виды системы питания бензиновых двигателей

Среди всех возможных бензиновых двигателей различают две основополагающие системы питания силового агрегата — инжекторная и карбюраторная. Первой, оснащаются большинство современных транспортных средств. Вторая, считается морально устаревшей, но по сей день используется при эксплуатации старых автомобилей, таких как ВАЗ, Волги, Газоны и т.д.

Отличаются они пусковым механизмом закачки топлива во впускной коллектор и цилиндры. У карбюраторной системы — эту функцию выполняет карбюратор, а вот в инжекторе — электронная система впрыска топлива при помощи форсунок.

Элементы питания и их функции

Конструктивно сложилось так, что существует стандартный набор элементов топливной системы бензинового силового агрегата.

Разницу составляет непосредственно система впрыска топлива в коллектор или цилиндры. Рассмотрим, все элементы инжекторного и карбюраторного моторов.

Топливный бак

Неотъемлемый элемент любого транспортного средства. Именно в нём храниться горючее, которое поступает в камеры сгорания. В зависимости от конструктивных особенностей автомобиля, объём топливного резервуара может быть разный. Изготавливается данный элемент из стали, нержавейки, алюминия или пластика.

Трубопроводы

Топливопроводы служат транспортной системой между топливным баком и системой впрыска. Обычно они изготавливаются из пластика или металла. На старых автомобилях можно встретить их медными. Для соединения с остальными элементами топливной системы могут использоваться переходники, соединители или прочие элементы.

Топливный фильтр

В связи с не особо качественным топливом, для фильтрации используется фильтр горючего. Располагаться этот элемент может в топливном баке, подкапотном пространстве или под автомобилем, вмонтированным в топливопроводы. Для каждой группы автомобилей используется разный элемент.

Каждый производитель автомобилей использует свои фильтры. Они бывают разные за формою и материалом. Наиболее распространенными считаются волокнистые или хлопчатобумажные. Эти элементы наиболее лучше задерживают сторонние элементы и воду, которые засоряют цилиндры и форсунки.

Некоторые автомобилисты устанавливают два разных фильтра в топливную систему для более эффективной защиты. Замену элемента рекомендуется проводить каждое второе техническое обслуживание.

Бензонасос

Бензонасос — это насос прогоняющий топливо по всей системе. Так, они бывают двух типов — электрический и механический. Многие бывалые автолюбители помнят, что на старых «Жигулях» и «Волгах» устанавливались бензонасосы механического действия с лапкой, которой можно было подкачать недостающее топливо для запуска. Располагался этот элемент на блоке цилиндров, зачастую с левой стороны.

Все современные бензиновые силовые агрегаты оснащаются электрическими бензиновыми насосами. Располагаются элементы, зачастую, непосредственно в топливном баке, но бывает и такое, что данный элемент находится в подкапотном пространстве.

Карбюратор

На старых транспортных средствах устанавливались карбюраторы. Это элемент, который при помощи механических действий подавал топливо в камеры сгорания. Для каждого производителя, они имели разную структуру и строение, но принцип работы оставался не сменным.

Наиболее запомнившимися для отечественного автолюбителя, стали карбюраторы ОЗОН и серии К для Жигулей и Волги.

Форсунки

Форсунки — часть топливной системы инжекторного бензинового силового агрегата, который выполняет функцию дозированной подачи бензина в камеры сгорания. По форме и видам, форсунки бывают разные, это индивидуально для каждого автомобиля.

Располагаются эти элементы на топливной рампе. Обслуживание форсунок стоит проводить регулярно, поскольку если они слишком засоряться, их уже вычистить может, не представится возможным и придётся менять детали полностью.

Вывод

Топливная система бензинового автомобиля имеет простую структуру и конструкцию. Так, топливо, которое храниться в баке, при помощи бензонасоса попадает в цилиндры. При этом, оно проходит очистку в фильтре и распределяется при помощи карбюратора или форсунок.

Система питания двигателя

Самое важное, что следует помнить в отношении системы питания,— использование некачественного топлива несет серьезный риск повреждения и поломки двигателя из-за нарушения нормального процесса сгорания топлива. К сожалению, в настоящее время в России велика вероятность заправиться низкокачественным топливом, поэтому присадки-модификаторы (октан — и цетан-корректоры) — это насущная необходимость, особенно в дальнем путешествии, когда отсутствует возможность пользоваться только проверенными заправками. Другим важным фактором надежной работы двигателя является чистота системы питания. Основными ее загрязнителями являются:

    • содержащиеся в топливе смолы, которые при нагреве выделяются и осаждаются на различных элементах системы питания в виде мазеподобных, лаковых отложений и нагаров;
    • твердые частицы, проникающие через систему фильтрации;
    • продукты коррозии металлических частей системы питания.

Наибольшую опасность представляют загрязнения на форсунках. Загрязнения в системе питания дают знать о себе затрудненным пуском, неравномерностью работы цилиндров двигателя, снижением мощности и компрессии, увеличением расхода топлива, загрязнением моторного масла и увеличением токсичности отработавших газов. Выбор методики очистки и конкретных препаратов зависит от состояния и уровня загрязненности системы.

Октановое число характеризует стойкость бензина к детонации. При детонации двигатель автомобиля выходит из строя, так как не рассчитан на взрывное сгорание топлива. Микровзрывы приводят к разрушению свечей, поршневых колец и прогару впускных клапанов. Для предотвращения последствий использования низкокачественного бензина применяются такие препараты, как «Супероктан-корректор» HG3306 или «Октаноповышающая присадка к бензину» FN819N. Препараты стабилизируют характеристики бензина, замедляя динамику изменения его углеводородной структуры, устраняют детонацию и калильное зажигание и защищают систему впрыска, камеру сгорания и впускные клапаны от нагара и отложений.

К каким специфическим «зимним» проблемам должен быть готов автомобилист? Перечислим основные: образование конденсата в топливном баке и на элементах топливной системы из-за частого перепада температур и, как следствие, формирование ледяных пробок, загустевание, воздействие вредных углеродистых отложений на качество распыла и сгорание топлива, которое влечет затрудненный пуск, снижение мощности и перерасход топлива. Бороться с этим помогают специальные препараты автохимии. Предотвращение ледяных пробок в системе литания Для борьбы с влагой в топливном баке автомобилей с карбюраторными и инжекторными бензиновыми двигателями, а также дизелями для предотвращения образования ледяных пробок в системе питания и облегчения холодного пуска применяют присадку «Зимний очиститель-осушитель топлива» HG3325. Вопрос устранения влаги из топливной системы особенно актуален для автомобилей, долго стоящих в холодное время года с неполным баком.

Вредные отложения на элементах системы питания бензинового двигателя — это нерастворимые в бензине соединения, возникающие в результате взаимодействия углеродов с кислородом воздуха. Смолистые отложения на жиклерах карбюратора и форсунках инжекторного двигателя уменьшают эффективное проходное сечение топливных каналов и нарушают сбалансированную работу системы питания, вызывая падение мощности двигателя, ухудшение его топливной экономичности и повышение токсичности отработавших газов.

Моющие присадки редко вводят в топливо при его производстве, следовательно, каждый потребитель может выбрать и применять наиболее подходящую для его автомобиля присадку. Моющие присадки — это растворимые в топливе ПАВ, которые внедряются в частицы загрязнений и разрушают их структуру, переводя их во взвешенное состояние в топливе. Очистке подлежат топливные каналы и жиклеры карбюратора, форсунки (инжекторы), впускной коллектор, камеры сгорания. В каждом случае условия возникновения загрязнений различны, поэтому различна и результативность моющих присадок к бензину.[img1] Моющая присадка к бензину «Очиститель инжекторов» SP3211 поможет устранить проблемы с пуском, восстановить равномерность оборотов холостого хода, улучшить приемистость и динамику автомобиля, мягко и безопасно восстанавливая работоспособность инжекторов. Зимний очиститель инжекторов бензинового двигателя» FN963N предназначен для очистки инжекторов от нагара и отложений. Удаляет кристаллы воды из топлива и предотвращает его замерзание в холодное время. Обеспечивает снижение расхода топлива. Загрязнения на внутренних стенках становятся причиной нестабильности холостого хода, увеличенного расхода топлива, снижения мощности, «провалов» при разгоне, поэтому специалисты рекомендуют производить очистку впускного тракта инжекторных двигателей каждые 7-10 тыс. км или чаще, если автомобиль эксплуатируется в тяжелых условиях. «Очиститель впускного тракта для бензиновых двигателей с системой впрыска» HG3247 — аэрозольный препарат, быстро и без разборки удаляющий углеродистые отложения из впускного тракта двигателя. Восстанавливает обороты холостого хода, облегчает пуск, снижает расход топлива и токсичность отработавших газов. Позволяет размягчить и удалить вместе с выхлопными газами углеродистые отложения, осаждающиеся на рабочей поверхности нейтрализатора.

Тест на знание системы питания бензинового двигателя

Выберите номера всех правильных ответов

1. СИСТЕМА ПИТАНИЯ БЕНЗИНОВОГО ДВИГАТЕЛЯ СЛУЖИТ ДЛЯ:

1) хранения топлива;

2) воспламенения бензина;

3) хранения сжатого воздуха;

4) отвода отработавших газов;

5) приготовления горючей смеси;

6) подачи горючей смеси в цилиндр.

ОНА ВКЛЮЧАЕТ:

7) насос;

8) карбюратор;

9) топливный бак;

10) глушитель шума;

11) свечи зажигания;

12) топливные фильтры;

13) воздушный фильтр;

14) впускной трубопровод;

15) выпускной трубопровод.

2. ФИЛЬТРАЦИЯ БЕНЗИНА ПРОИСХОДИТ В:

1) бензонасосе;

2) карбюраторе;

3)трубопроводе;

4) топливозаборнике;

5) фильтре грубой очистки;

6) фильтре тонкой очистки;

7) фильтре жесткой очистки;

8) фильтре мягкой очистки.

3. ПРИВОД БЕНЗОНАСОСА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ОТ:

1) маховика;

2) коленчатого вала;

3) масляного насоса;

4) жидкостного насоса;

5) распределительного вала;

6) системы электроснабжения.

Установите правильную последовательность

4. РАБОТА СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ЗИЛ-131:

1)  бензонасос;

2)  карбюратор;

3)  топливный бак;

4)  фильтр грубой очистки;

5)  фильтр тонкой очистки.

Выберите номера всех правильных ответов

5. СОСТАВ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ ОЦЕНИВАЕТСЯ:

1) мощностью двигателя;

2) коэффициентом наполнения;

3) коэффициентом избытка воздуха;

4) коэффициентом остаточных газов.

6. КОЛИЧЕСТВО ПОДАВАЕМОЙ ИЗ КАРБЮРАТОРА ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ ЗАВИСИТ ОТ ПОЛОЖЕНИЯ:

1) воздушной заслонки;

2) дроссельной заслонки;

3) клапана экономайзера;

4) поршня ускорительного насоса;

5) уровня топлива в поплавковой камере.

Дополните

7. КОЭФФИЦИЕНТОМ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА НАЗЫВАЕТСЯ ОТНОШЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА_____ПОСТУПИВШЕГО В ЦИЛИНДР, К ЕГО НЕОБХОДИМОМУ КОЛИЧЕСТВУ ДЛЯ ПОЛНОГО СГОРАНИЯ ПОСТУПИВШЕГО В ЦИЛИНДР ТОПЛИВА.

Установите соответствие

8. ГОРЮЧАЯ СМЕСЬ КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА:

1) бедная;                    А. а = 0,4—0,7;

2) богатая;                    В. а = 1,0;

3) обедненная;                    С. а = 1,05…1,15;

4) нормальная;                    D. а = 1,2…1,25;

5) обогащенная.                    Е. а = 0,8…0,95.

9. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ

1) холостой ход;

2) средние нагрузки;

3) пуска холодного двигателя;

4) ускорение и полная мощность.

КОЭФФИЦИЕНТ ИЗБЫТКА ВОЗДУХА:

A. а = 0,3… 0,5;

B. а = 0,6…0,8;

C. а = 1,15…1,5;

D. а = 0,85…0,90.

Выберите номера всех правильных ответов

10. ПОВЫШЕННЫЙ УРОВЕНЬ ТОПЛИВА В ПОПЛАВКОВОЙ КАМЕРЕ КАРБЮРАТОРА ВЫЗОВЕТ:

1) хлопки в глушителе;

2) увеличение мощности;

3) хлопки в карбюраторе;

4) уменьшение мощности;

5) переобеднение горючей смеси;

6) переобогащение горючей смеси.

11. ПОДДЕРЖАНИЕ УРОВНЯ БЕНЗИНА В ПОПЛАВКОВОЙ КАМЕРЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ:

1) положением поплавка;

2) работой экономайзера;

3) работой ускорительного насоса;

4) положением воздушной заслонки;

5) положением дроссельной заслонки.

12. ПЕРЕОБЕДНЕНИЕ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ МОЖЕТ БЫТЬ ВЫЗВАНО:

1) засорением воздушного фильтра;

2)засорением топливного жиклера;

3) засорением воздушного жиклера;

4) низким уровнем топлива в поплавковой камере;

5) высоким уровнем топлива в поплавковой камере;

6) подсасыванием воздуха через неплотности впускной системы.

13. ПОЗИЦИЯ 10 НА РИС. 6.1 ОЗНАЧАЕТ КЛАПАН:

1) воздушный;

2) экономайзера;

3) нагнетательный;

4) поплавковой камеры;

5) обратный ускорительного насоса.

Рис. 6.1. Карбюратор K-88AM

Дополните и выберите номера всех правильных ответов

14. ПОЗИЦИЯ 6 НА РИС. 6.1 ОЗНАЧАЕТ ОН СЛУЖИТ ДЛЯ:

1) ускорения потока воздуха;

2) обогащения состава смеси;

3) увеличения разряжения перед распылителем;

4) поддержания уровня топлива в поплавковой камере.

15. В СИСТЕМУ ХОЛОСТОГО ХОДА ВХОДЯТ ПОЗИЦИИ НА РИС. 6.1:

a) 2;                    е) 8;

b) 3                    f) 13

c) 4                    g) /5;

d) 5;                    h) 27.

16. СИСТЕМА ПУСКА ХОЛОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ:

1) обедняет смесь;

2) обогащает смесь;

3) прикрывает воздушную заслонку;

4) открывает воздушную заслонку;

5) закрывает дроссельную заслонку;

6) приоткрывает дроссельную заслонку.

17. НА РИС. 6.2 ПОКАЗАН:

1) экономайзер;

2) ускорительный насос;

3) система холостого хода карбюратора;

4) ограничитель максимальной частоты вращения.

С ПРАВОЙ СТОРОНЫ ПОКАЗАН:

5) топливный насос;

6) топливный фильтр;

7) датчик частоты вращения;

8) исполнительный механизм.

ОН РАСПОЛАГАЕТСЯ:

9) на карбюраторе;

10) на носке коленвала;

11) на носке распредвала.

18. ЭКОНОМАЙЗЕР КАРБЮРАТОРА ГОРЮЧУЮ СМЕСЬ:

1) обогащает;

2) обедняет;

3) распыляет;

4) испаряет.

НА НАГРУЗКАХ:

5) полных;

6) частичных;

7) холостого хода;

8)ускорения.

19. ДВУХКАМЕРНЫЕ КАРБЮРАТОРЫ ИМЕЮТ:

1)два экономайзера;

2) две поплавковые камеры;

3) две смесительные камеры;

4) две дроссельные заслонки;

5) два ускорительных насоса.

20. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ БЕНЗОНАСОСА:

1) соответствует потребности двигателя;

2) превышает потребность двигателя в 3—5 раз;

3) превышает потребность двигателя в 2—3 раз;

4) превышает потребность двигателя в 2 раза.

21. НОМЕР ПОЗИЦИИ (РИС. 6.3) КЛАПАНА ЭКОНОМАЙЗЕРА ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ХОЛОСТОГО ХОДА:

a) 7;                    d) 18;

b) 3;                    е) 24.

c) 15;

22. ДЕТАЛИ УСКОРИТЕЛЬНОГО НАСОСА НА РИС. 6.3:

1)5 и 6;                    3) 13 и 15;

2) 9 и 10,                    4) 30 и 31.

23. ТИПЫ ВОЗДУШНЫХ ФИЛЬТРОВ:

1) сухой;                    5) двухступенчатый;

2) мокрый;                    6) трехступенчатый.

3) полусухой;

4) одноступенчатый;

24. НАДДУВ ДВИГАТЕЛЯ МОЖЕТ БЫТЬ:

1) механическим;

2) электрическим;

3) турбинным;

4) гидравлическим.

ОН ПРОИЗВОДИТСЯ ДЛЯ:

5) увеличении массы свежего заряда;

6) увеличения объема свежего заряда;

7) увеличения мощности двигателя;

8) охлаждения двигателя.

25. РАБОТА ФОРСУНКИ ИНЖЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ УПРАВЛЯЕТСЯ:

1) топливной рампой;

2) регулятором давления;

3) электронным блоком управления;

4) датчиком массового расхода воздуха;

5) датчиком скорости движения.

26. ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ ТИПА MOTRONIC:

1) управляет работой форсунок;

2) управляет работой бензонасоса;

3) управляет работой системы зажигания;

4) контролирует состояние топливного фильтра;

5) анализирует сигналы, полученные с датчиков;

6) информирует водителя об исправности системы;

7) получает сигналы с датчиков состояния двигателя.

27. РАЗМЕЩЕНИЕ ТОПЛИВНОГО НАСОСА СИТСЕМЫ ПИТАНИЯ ТИПА MOTRONIC:

1) на двигателе;

2) в топливном баке;

3) на топливном баке;

4) в топливном фильтре.

ЕГО ПРИВОД:

5) электрический;

6) механический от коленчатого вала;

7) механический от распределительного вала.

28. КАТАЛИТИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛИЗАТОР ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ:

1) ускоряет процесс выпуска ОГ;

2) изменяет химический состав газов;

3) переводит вредные компоненты газов в безвредные.

ДЕЛАЕТ ЭТО:

4) всегда;

5) только после прогрева до 300 «С;

6) только на холодном двигателе.

Дополните и выберите номера всех правильных ответов

29. ДЕТАЛЬ 5 НА РИС. 6.4 ОЗНАЧАЕТ_ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВА.

ОН ПОДДЕРЖИВАЕТ ДАВЛЕНИЕ В РАМПЕ, МПа:

1)0,13-0,18;                    3) 0,33-0,38;

2) 0,23-0,28;                    4) 0,53-0,58.

Рис. 6.4. Рампа форсунок впрыскового двигателя

30. ПОД ПОЗИЦИЕЙ 2 НА РИС. 6.4 УКАЗАНА ______________

ОНА УПРАВЛЯЕТСЯ:

1) водителем;

2) карбюратором;

3) электронным блоком управления.

           
ОТВЕТЫ

Система питания карбюраторных двигателей.


Система питания карбюраторного двигателя




Система питания карбюраторного бензинового двигателя с искровым зажиганием служит для хранения топлива, его очистки от механических примесей, приготовления горючей смеси, а также для подачи горючей смеси в цилиндры двигателя и отвода из них отработавших газов. Кроме того, в функции системы питания входит очистка воздуха, используемого для приготовления горючей смеси.

Горючая смесь состоит из топлива и воздуха, соединенных в определенной пропорции и тщательно перемешанных друг с другом. При сгорании горючей смеси в цилиндрах двигателя выделяется тепловая энергия, преобразуемая затем в механическую энергию.

Система питания карбюраторного двигателя (Рис. 1) состоит из топливного бака 6, топливного насоса 7, воздушного фильтра 1, карбюратора 4, топливопроводов 5, впускного 2 и выпускного 3 трубопроводов, приемной трубы 8 глушителей и собственно глушителей 9 и 10.

Основным топливом, используемым для работы карбюраторных двигателей с принудительным воспламенением, является бензин – жидкий продукт переработки нефти, горючая смесь лёгких углеводородов.

***



Схема работы карбюраторной системы питания

Топливо (бензин) из бака подается насосом 7 по топливопроводам 5 в карбюратор 4. Через воздушный фильтр 1 в карбюратор поступает воздух. Приготовленная в карбюраторе из топлива и воздуха горючая смесь подается в цилиндры двигателя по впускному трубопроводу 2. Отработавшие газы отводятся из цилиндров двигателя в окружающую среду через выпускной трубопровод 3, приемную трубу 8 глушителей, основной 10 и дополнительный 9 глушители.

В системе питания бензиновых двигателей автомобилей обязательными элементами являются фильтры очистки топлива (у двигателей грузовых автомобилей — фильтры грубой и тонкой очистки), а также воздушный фильтр.

Топливо из бака через фильтры насосом подается к карбюратору, где смешивается в определенной пропорции с воздухом, поступающим через воздухоочиститель. Полученная горючая смесь из-за разрежения в цилиндрах двигателя с большой скоростью перемещается по впускному трубопроводу, при этом дополнительно перемешиваясь, и попадает в цилиндры двигателя, где и сгорает посредством искрового воспламенения от электрической свечи.

За счет давления образовавшихся при сгорании горючей смеси газов, воздействующих на детали и узлы кривошипно-шатунного механизма, осуществляется работа двигателя.

***

Автомобильный бензин


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Ремонт системы питания карбюраторных и дизельных двигателей

Система питания ДВС отвечает за подачу топлива из бака, и направлении ее через элементы очистки, формированию смеси, и равномерного распределения ее по цилиндрам мотора. Неполадки приводят к нарушению функционирования силового агрегата и даже к его поломке. В данной статье разберем какие бывают поломки, что является причиной, и как выполнять ремонт системы питания двигателя самостоятельно.

Ремонт системы питания бензинового двигателя

Самые распространенные неисправности системы питания бензинового двигателя с карбюратором являются:

  • Прекращение поступления топлива в карбюратор;
  • Формирование слишком обедненной и обогащенной смеси;
  • Течь топлива;
  • Затруднительно запустить ДВС;
  • Перерасход топлива;
  • Запах бензина в салоне и снаружи авто;
  • Потеря мощности ДВС, нестабильная и неустойчивая его работа;
  • Увеличение токсичности выбросов в любых режимах работы.

Чтобы не допустить появление таких неполадок, важно знать, что ведет к этому, и каким образом качественно выполнять ремонт системы питания двигателя.

Диагностика и ремонт системы питания ДВС

Система питания ДВС вышла из строя? Доверьте задачи по выявлению причин сбоя и устранению неполадок мастерам техцентра «Анкар», и в скором времени вы получите исправный автомобиль! Мы работаем с автомобилями любых годов выпуска. Предоставляем гарантию на работы.

Заказать звонок

Диагностика форсунок на автомобиле ВАЗ:

Формирование бедной горючей смеси

Обедненная смесь имеет свои черты: мотор перегревается, временно теряет мощность, появляются «выстрелы» в карбюраторе.

Причины:

  • Низкое давление топлива – поступает через форсунки меньше необходимого;
  • Загрязненные форсунки. Происходит чаще всего из-за некачественного топлива;
  • Подсос воздуха в выпускной коллектор;
  • Мотор на обедненной смеси значительно теряет свою мощность, происходит это из-за долгого горения смеси, что приводит к понижению давления газов в цилиндрах мотора. Также случаются перегревания ДВС на такой смеси.

Воспользовавшись методом ручной подкачки горючего можно протестировать работу системы. Если проблем с этим нет, то проверяется на наличие подсоса воздуха. Необходимо запустить мотор и закрыть воздушную заслонку. Затем заглушить мотор и осмотреть внимательно места соединения карбюратора и выпускного трубопровода. При недостаточно плотных соединениях будут видны подтеки. Устраняется путем подтягивания гаек.

Если все с этим хорошо, система герметична, подтеков нет, проверяется уровень бензина в поплавковой камере, если нужно проводиться регулировка.

Производится осмотр жиклеров, при засорении продуваются воздухом.

Образование богатой горючей смеси

Нарушение состава смеси может привести к чрезмерному ее обогащению.

Формирование обогащенной топливной смеси проявляется в следующем:

  • Черный дым из трубы;
  • Перерасход бензина;
  • Перегревания ДВС;
  • Появление нагара в камере сгорания.

Что способствует возникновению богатой горючей смеси:

  • Повышенное давление топлива. Проблема либо в бензонасосе, либо в регуляторе давления горючего, которая стоит на топливной рампе. Время открытия форсунок остается тем же, но из-за того, что давление повышается через них проходит больше топлива;
  • Неисправность датчика массового расхода воздуха;
  • Неисправен адсорбер. Не работает система улавливания паров бензина;
  • Выход из строя форсунок. Форсунки не удерживают топливо под давлением, протекают;
  • Забитый воздушный фильтр;
  • Уровень горючего в поплавковой камере выше необходимого;
  • Неполадки в работе воздушной заслонки;
  • Повреждения диафрагм.

Проверка и ремонт системы питания двигателя в таком случае осуществляется путем осмотра поплавковой камеры. Необходимо осмотреть поплавковый механизм, если есть заклинивания – проблему устранить. Уменьшить уровень горючего до необходимых показателей. Обязательно выполняется осмотр клапана на герметичность. Все другие неполадки, которые приводят к формированию обогащенной смеси топлива можно устранить только ремонтом карбюратора.

Увеличение расхода топлива

Выход из строя карбюратора – одна из причин перерасхода. Обнаружить причину данной проблемы можно только путем осмотра и диагностики топливоподающих элементов системы питания двигателя.

Течь топлива

Подтеки появляются в случае:

  • Наличия неплотных соединений;
  • Повреждений топливной магистрали;
  • Негерметичности диафрагм насоса.

Подтеки, особенно, если это бензин, нужно сразу же ликвидировать, это ведет не только к перерасходу, но и большая вероятность возникновения пожара в автомобиле.

Топливо не поступает в карбюратор

Ремонт системы питания двигателя необходим в ситуации, когда бензин не доходит до карбюратора. Происходит это, когда горючее не может пройти по трубкам из-за того, что забиты мусором топливопровода, насос неисправен, загрязнены фильтры очистки.

Проверка топливной магистрали на засор

Поиск причины этого, в данной ситуации, заключается в следующем:

  1. Отсоединяется от карбюратора шланг подачи топлива.
  2. Данный конец шланга необходимо поместить в какую-либо емкость.
  3. Прокачать топливо с помощью рычага ручной подкачки, либо провернуть коленчатый вал стартером.

Если в результате данных действий топливо течет не с нужным напором, или не течет вообще, в таком случае необходимо прочистить топливную магистраль от мусора. Либо же имеется неисправность в насосе.

Проверку насоса для достоверности лучше выполнять как минимум 2 раза.

Если в результате ручной прокачки нет сопротивления на рычаге, и горючее не течет, в таком случае имеет место поломка топливного насоса. Если же сопротивление имеется, и оно значительное, то вероятнее всего засорена сама магистраль. Данная проблема решается путем продува. Сделать это можно специальным насосом или компрессором.

Для продувки топливной магистрали, первым делом надо отсоединить ее от насоса, а после этого продуть. Если сделать это не получается, даже под высоким давлением, ее придется заменить.

Помимо топливной магистрали может быть засорена топливоприемная трубка с сетчатым фильтром бака. Трубку нужно извлечь и прочистить. После очистки магистрали, рекомендуется промыть бак теплой водой, чтобы убрать в полной мере все загрязнения.

Если же, в результате проделанной работы засор не был обнаружен, либо устранен, а топливо, как и прежде не поступает, необходимо проверить на исправность насос.

Осмотр и ремонт топливного насоса

Выделяют самые распространенные проблемы:

  • Разрыв диафрагмы;
  • Выход из строя пружины диафрагмы;
  • Износ рычага;
  • Выход из строя пружин, держащих клапана;
  • Повреждения корпуса бензонасоса.

Диагностика начинается с визуального осмотра. Первым делом необходимо осмотреть имеются ли подтеки горючего. Появится они могут, если есть повреждения корпуса, негерметичные соединения, поломка диафрагмы.

В случае, если подтеки выявлены в местах соединений трубок и частей насоса, то нужно подкрутить гайки. Далее снимается крышка, и производится очистка сетчатого фильтра.

При выходе из строя диафрагм будут наблюдаться подтеки через нижнее отверстие в корпусе, соответственно повышенный расход топлива, увеличение давления и уровня масла. Стоит учесть, что при таких неполадках топливный насос будет продолжать работать. Вышедшие из строя диафрагмы отремонтировать невозможно, их необходимо заменить на новые.

Осмотр сетчатого фильтра карбюратора

В ситуации, когда топливная магистраль не загрязнена, насос работает исправно, производится смотр сетчатого фильтра. При необходимости прочистить и продуть его воздухом.

Ремонт карбюратора

Надежность работы карбюратора достигается за счет выполнения:

  • Регулярной очисткой и промывкой;
  • Регулярной проверкой герметичности;

Чтобы выполнить ремонт карбюратора необходимо сначала демонтировать его. После этого выполняется разборка и чистка. Сжатым воздухом продуваются все детали. Поврежденные детали нужно обязательно заменить. Затем карбюратор собирается и монтируется на свое место.

Бывают ситуации, когда устранить неисправности карбюратора возможно и не снимая его с машины. Разбирается при этом он не полностью.

Ремонт системы питания дизельного двигателя

У автомобилей, оснащенных дизельным мотором, система питания функционирует совсем иначе, чем у карбюраторных авто. Работа ее заключается в подаче воздуха и нужных порций топлива в цилиндры силового агрегата.

Главнейшая задача системы питания дизельных двигателей в том, чтобы в нужный момент обеспечивать силовой агрегат рабочей смесью, преобразовывая энергию топлива в механическую энергию. В отличие от системы питания карбюраторного двигателя, формирование горючей топливной смеси происходит в самом цилиндре. Воздух и топливо поступают раздельно.

Питание дизельных моторов состоит их большого количество узлов, взаимосвязанных и отвечающих друг за друга. Чтобы не возникали сбои, нужно проводить своевременную диагностику и ремонт системы питания двигателя.

Неполадки в работе в системе питания дизельных автомобилей зависит от:

  • ТНВД;
  • Форсунок;
  • Топливоподающего насоса;
  • Фильтров.

На основании статистики нашего автосервиса, большего всего неисправности случаются в механизмах, которые работают под высоким давлением.

Признаки неполадок топливоподающей системы:

  1. Затруднительный пуск мотора;
  2. Неравномерная работа ДВС на любых режимах работы;
  3. Дымность;
  4. Стуки и посторонний шум в работе ДВС;
  5. Снижение мощности;
  6. Увеличение расхода солярки.

Диагностика системы питания дизельного мотора начинается с тех узлов, влияющие на расход дизельного топлива. Таким образом осматриваются фильтра, форсунки, насос подкачки топлива.

Смотрите видео, как найти подсос воздуха:

Причины выхода из строя насоса низкого давления:

  • Использование некачественной солярки;
  • Несвоевременное техническое обслуживание;

Механическое повреждение керамических шеек ТННД, в результате халатного обращения, приводит к его отказу и восстановление уже невозможно. В такой ситуации возможно только замена.

Своевременное обслуживание ремонт системы питания мотора помогает избежать непредвиденных поломок в дороге.

Техническое обслуживание системы питания двигателя

Регулярное ТО позволит избежать непредвиденных поломок. ТО состоит в следующем:

  • Осмотр мест соединения, проверка на герметичность;
  • Каждые 10-15 тыс км:
    • Промывка фильтра грубой очистки и замена фильтрующих элементов;
    • Проверка уровня масла в ТНВД;
  • Каждые 100 тыс км проверка и регулировка ТНВД;
  • Раз в год замена воздушного фильтра.
  • Каждые 20 тыс км проводится очистка карбюратора и проверяется его работа.

И в заключение…

Ремонт системы питания двигателя – важный и ответственный процесс. Такую задачу мы рекомендуем доверять специалистам, которые обладают должными знаниями и современным инструментом. Мастера автотехцентра «Анкар» с высоким качеством проведут диагностику и ремонт системы питания как бензиновых, так и дизельных двигателей автомобилей любых марок и годов выпуска.

У нас работаю специалисты, которые обладают многолетним опытом в ремонте систем питания двигателей. Неполадки в работе приводят к нарушению работы ДВС, увеличению расхода топлива и снижения уровня безопасности, Ваш авто просто в один момент может не завестись.

Система питания двигателя (топливная система)

Главным предназначением топливной системы автомобиля являются подача топлива из бака, фильтрация, образование горючей смеси и подача ее в цилиндры. Существует несколько типов топливных систем для автомобильных двигателей. Самая распространенная в 20-ом веке была карбюраторная система подачи смеси топлива. Следующим этапом стало развитие впрыска топлива при помощи одной форсунки, так называемый моновпрыск. Применение этой системы позволило уменьшить расход топлива. В настоящее время используется третья система подачи топлива – инжекторная. В этой системе топливо под давлением подается непосредственно в впускной коллектор. Количество форсунок равно количеству цилиндров.

 

Схема топливной системы: инжекторный и карбюраторный вариант

Устройство топливной системы

Все cистемы питания двигателя похожи, отличаются только способами смесеобразования. В состав топливной системы входят следующие элементы:

  1. Топливный бак, предназначен для хранения топлива и представляет собой компактную емкость с устройством забора топлива (насос) и, в некоторых случаях, элементами грубой фильтрации.
  2. Топливопроводы представляют собой комплекс топливных трубок, шлангов и предназначены для транспортировки топлива к устройству смесеобразования.
  3. Устройства смесеобразования (карбюратор, моновпрыск, инжектор) – это механизм в котором происходит соединение топлива и воздуха (эмульсии) для дальнейшей подачи в цилиндры в такт работы двигателя (такт впуска).
  4. Блок управления работой устройства смесеобразования (инжекторные системы питания) – сложное электронное устройство для управления работой топливных форсунок, клапанов отсечки, датчиков контроля.
  5. Топливный насос, обычно погружной, предназначен для закачивания топлива в топливопровод. Представляет собой электродвигатель, соединенный с жидкостным насосом, в герметичном корпусе. Смазывается непосредственно топливом и длительная эксплуатация с минимальным количеством топлива, приводит к выходу из строя двигателя. В некоторых двигателях топливный насос крепился непосредственно к двигателю и приводился в действие вращением промежуточного вала, или распредвала.
  6. Дополнительные фильтры грубой и тонкой очистки. Установленные фильтрующие элементы в цепь подачи топлива.

 

Принцип работы топливной системы

Рассмотрим работу всей системы в целом. Топливо из бака всасывается насосом и по топливопроводу через фильтры очистки подается в устройство смесеобразования. В карбюраторе топливо попадает в поплавковую камеру, где потом через калиброванные жиклеры подается в камеру смесеобразования. Смешавшись с воздухом смесь через дроссельную заслонку поступает в впускной коллектор. После открытия впускного клапана подается в цилиндр. В системе моно впрыска топливо подается на форсунку, которая управляется электронным блоком. В нужное время форсунка открывается, и топливо попадает в камеру смесеобразования, где, как и в карбюраторной системе смешивается с воздухом. Дальше процесс такой же, как и в карбюраторе.

В инжекторной системе топливо подается к форсункам, которые открываются управляющими сигналами от блока управления. Форсунки соединены между собой топливопроводом, в котором всегда находится топливо. Во всех топливных системах существует обратный топливопровод, по нему сливается излишек топлива в бак.

Система питания дизельного двигателя похожа на бензиновую. Правда, впрыск топлива происходит непосредственно в камеру сгорания цилиндра, под большим давлением. Смесеобразование происходит в цилиндре. Для подачи топлива под большим давлением применяется насос высокого давления (ТНВД).

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

Системы питания дизельных двигателей

ВМТ – верхняя мертвая точка
ГБЦ – головка блока цилиндров
КШМ – кривошипно-шатунный механизм
ТНВД – топливный насос высокого давления

Отличие бензинового и дизельного двигателей

На современных автомобилях могут устанавливаться бензиновые и дизельные двигатели. Раньше дизельные двигатели в основном применялись на грузовиках большой грузоподъемности и на тракторах. При их работе можно было наблюдать клубы черного дыма, которые вырывались из выхлопной трубы. Двигатель издавал довольно громкий звук, сопровождающийся стуком. Повышенный шум и вибрации были основными недостатками дизелей. Поэтому такие моторы не устанавливали на легковые автомобили. Современные дизельные двигатели по многим показателям способны конкурировать с бензиновыми моторами. По некоторым характеристикам дизеля серьезно превосходят бензиновые двигатели.

По конструкции бензиновые и дизельные двигатели почти одинаковы. Основное отличие дизеля от бензинового мотора – это использование более прочных материалов при изготовлении его деталей. Это необходимо потому, что дизельный двигатель во время работы испытывает более сильные нагрузки в отличие от своего бензинового собрата. Для повышения прочности некоторые детали изготавливают более массивными, что увеличивает вес мотора.

На дизельном двигателе степень сжатия несколько выше, чем на бензиновом. Поэтому блок цилиндров на дизеле выше, чем на аналогичном бензиновом моторе. С увеличением высоты блока цилиндров увеличивается высота кривошипа коленчатого вала и длина шатунов, что так же сказывается на утяжелении двигателя. Самым главным конструктивным отличием является система питания. На дизеле она кардинально отличается от системы питания бензинового мотора.

На бензиновом моторе топливовоздушная смесь готовится посредством смешивания паров бензина и воздуха. После этого смесь сжимается поршнем в цилиндре при его движении вверх, в ВМТ на свечу зажигания подается электрический ток, искра воспламеняет топливовоздушную смесь, и происходит рабочий ход. Во время работы бензинового двигателя для регулирования мощности нужно изменять количество топлива и количество воздуха, которые подаются для приготовления топливовоздушной смеси. При этом их пропорции должны строго соблюдаться. При недостатке или переизбытке одного из компонентов невозможна нормальная работа двигателя.

Для регулирования подачи воздуха в бензиновом двигателе во впускном воздушном тракте устанавливается дроссельная заслонка (на некоторых моторах подача регулируется другим способом). Подача топлива на современных бензиновых двигателях регулируется электронным блоком управления посредством увеличения или уменьшения времени открытия топливных форсунок. В результате чего изменяется количество топлива, которое впрыскивается за это время.

В дизельный двигатель топливо и воздух подаются раздельно. В воздушном тракте дроссельной заслонки нет (но иногда используется для аварийного отключения подачи воздуха). Чем больше подать воздуха в цилиндр, тем лучше и полнее произойдет сгорание дизтоплива. Топливо в дизельный двигатель подается через форсунки. Смешивания воздуха и топлива как такового не происходит. Воздух необходим для поддержания горения дизтоплива. Как же происходит воспламенение в дизеле? А вот тут самое интересное.

По каким-то причинам во многих источниках этот вопрос затрагивается поверхностно или раскрывается не достаточно точно, а в некоторых случаях не совсем верно. Простому обывателю не так просто понять, что же происходит в процессе воспламенения топлива в дизеле. Некоторые люди пишут, что топливо в дизеле воспламеняется от его сжатия. Если налить на поршень дизтоплива и вращать дизель стартером, в цилиндре воздух в такте сжатия начнет сжиматься и давить на эту «лужицу», но топливо никогда не загорится в цилиндре, хоть весь день крутите. Некоторые люди пишут, что топливо воспламеняется от сжатия воздуха в цилиндре. Пример выше… При таких условиях дизтопливо никогда не воспламенится.

В дизельном двигателе во время такта сжатия воздух в цилиндре разогревается до высокой температуры. Это происходит во время его работы или при запуске в идеальных условиях при плюсовой температуре окружающего воздуха. Некоторые ссылаются именно на высокую температуру сжатого воздуха в цилиндре. Что именно из-за высокой температуры сжатого воздуха дизтопливо самовоспламеняется. В этом есть доля правды, но процесс не раскрыт полностью. Попробуем разобраться в этом более подробно.

Дизтопливо, распыленное форсункой на мелкие частички в дизельном двигателе, воспламеняется в результате его нагрева от трения об сжатый воздух. Чем мельче частички топлива при его распылении, тем больше точек трения и, соответственно, легче воспламенение. Если же в цилиндр под большим давлением подать струю дизтоплива, воспламенения не произойдет, ибо точек трения очень мало. Разогретый воздух в цилиндре способствует лучшему воспламенению дизтоплива за счет более быстрого разогрева частичек топлива от трения. Но нужно понимать, что воспламенение происходит именно от трения. Для примера вспомните спичку и как её поджигают. Оказывается, все просто, достаточно вспомнить физические процессы, которые известны из школьного курса физики.

Плотность воздуха в цилиндре так же влияет на процесс воспламенения. Чем плотнее среда, которая образуется в такте сжатия, тем сильнее происходит трение. Если впрыснуть дозу дизтоплива в объем воздуха с атмосферным давлением, и, соответственно, с недостаточной плотностью, воспламенения не произойдет. И не произойдет воспламенения, если впрыснуть дизтопливо в бензиновый мотор. Степень сжатия в бензиновом моторе ниже, чем в дизеле. Существует некий порог, ниже которого дизтопливо не способно воспламеняться. Поэтому в дизелях степень сжатия выше по отношению к бензиновым моторам.

Системы подачи воздуха

Система питания дизельного двигателя включает в себя систему подачи воздуха и систему подачи топлива в двигатель. В зависимости от способа подачи воздуха в двигатель различают атмосферные дизеля и турбодизеля. В атмосферных моторах воздух поступает в цилиндры посредством всасывания во время такта впуска, то есть за счет естественного разряжения. В турбодизелях используется нагнетатель воздуха, в основном это турбокомпрессор, работающий от выхлопных газов.

На одном валу находится две крыльчатки. За счет выхода выхлопных газов одна из крыльчаток раскручивается и через общий вал вращение передаётся на вторую крыльчатку, которая создает поток воздуха и нагнетает его во впускной тракт двигателя. Так как во время прохождения горячих выхлопных газов через турбину нагнетаемый воздух может нагреваться, между турбиной и впускным коллектором иногда устанавливают интеркулер. Это теплообменник, который позволяет охладить нагнетаемый в двигатель воздух, что еще больше увеличивает его объем. Перед использованием воздух на любом двигателе очищается системой очистки. Это фильтры разных видов и конструкций.

Турбодизеля обладают большей мощностью в отличие от атмосферных моторов. За счет большего объема воздуха, который нагнетается в цилиндры, происходит более полное и быстрое сгорание топлива. Это способствует снижению расхода топлива и повышению мощности мотора. Так же снижается токсичность выхлопных газов. Так как скорость сгорания топлива в турбированном моторе выше, это позволяет увеличить максимальные обороты вращения двигателя, что положительно сказывается на его характеристиках.

Есть и несколько минусов при использовании турбин на дизелях. Сам турбокомпрессор подвергается воздействию высоких температур от выхлопных газов. Что требует использовать дорогостоящие термостойкие материалы при изготовлении турбины. На некоторых моделях дизелей турбина охлаждается жидкостью из основной системы охлаждения двигателя. Во время работы вал турбины раскручивается до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту. Для увеличения срока службы пары трения используют износостойкие материалы, способные выдерживать огромные скорости вращения. Узлы вращения вала турбины обычно смазывают моторным маслом из общей системы смазки двигателя, что предъявляет серьезные требования к качеству моторных масел.

При использовании турбокомпрессора на двигателе его ресурс несколько сокращается по отношению к атмосферному двигателю. Это происходит из-за повышения нагрузок на основные механизмы двигателя. Так же повышается стоимость двигателя в целом. Этому способствует высокая стоимость самого турбокомпрессора, конструктивное усложнение систем охлаждения и смазки двигателя и увеличению воздушных трубопроводов. Несмотря на свои недостатки из-за большей экономичности и мощности турбодизеля все чаще устанавливаются на автомобили.

Камера сгорания

В зависимости от вида камеры сгорания различают камеры раздельного типа и камеры нераздельного типа. Раздельная камера сгорания представляет собой дополнительную камеру небольшого объема, которая соединяется каналом с верхней частью цилиндра. Эта камера обычно находится в полости ГБЦ. Топливо через форсунку впрыскивается именно в эту, так называемую, предкамеру. В момент воспламенения топлива продукты горения распространяются по соединительному каналу в цилиндр и давят на поршень.

Основным плюсом таких моторов является мягкость работы. То есть во время работы такого двигателя почти не слышен характерный «дизельный стук». Это обусловлено тем, что взрывная волна при воспламенении топлива образуется внутри предкамеры и не воздействует непосредственно на поршень. На таких моторах в распылителях форсунок было, как правило, одно отверстие, что упрощало и удешевляло их изготовление. Но были и минусы в такой конструкции. Это сложность изготовления самой предкамеры и её рубашки охлаждения.

Моторы с раздельными камерами сгорания обладали довольно высоким расходом топлива.
Двигатели с нераздельными камерами сгорания получили большее распространение. Такие моторы чаще называют двигатели с непосредственным впрыском. То есть на них топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в надпоршневое пространство. Камера сгорания может быть выполнена в днище поршня, в полости ГБЦ или частично там и там. По геометрической форме камеры сгорания могут быть разные. В некоторой степени это зависит от формы факела распыла топлива форсункой. Некоторые формы камеры сгорания способствуют образованию завихрений внутри цилиндра, что улучшает сгорание топлива.

Двигатели с непосредственным впрыском обладают рядом преимуществ по отношению к моторам с раздельными камерами сгорания. Самый главный показатель – это экономичность. Нераздельная камера сгорания имеет компактную форму, поэтому обладает малыми тепловыми потерями при работе двигателя. Это позволяет мотору быстрее выходить на рабочий тепловой режим и соответственно меньше тратить топлива. При нераздельной камере сгорания уменьшается высота ГБЦ и сложность её изготовления. Одним из минусов таких моторов является высокие ударные нагрузки, которые действуют на КШМ.

При использовании в форсунках распылителей с несколькими отверстиями малого диаметра удалось обеспечить более плавное горение топлива. Что послужило снижению ударных нагрузок, действующих на КШМ. Но производство таких форсунок довольно трудоемко и предъявляет к себе высокую точность изготовления, что сказывается на их стоимости. Тем не менее, именно моторы с непосредственным впрыском получили большое распространение в современном автомобилестроении. Такие моторы постоянно модернизируются и получают новые технологии, в частности по повышению прочности материалов КШМ.

Системы подачи топлива

На дорогах всего мира можно встретить автомобили с различными по конструкции системами подачи топлива. Некоторые из них устарели морально и физически. Эти системы не отвечают экологическим нормам по содержанию вредных выбросов в выхлопных газах. Тем не менее, такие автомобили выполняют свои функции. Существует несколько видов систем подачи топлива в дизельный двигатель.

Топливо из бака подается к ТНВД подкачивающим насосом. В подающем топливопроводе устанавливаются фильтры очистки топлива. Как правило, это двухступенчатая система очистки. На первом этапе топливо очищается от крупных примесей в виде мелких камешков, металлических обломков и так далее. Второй этап – это фильтр тонкой очистки, который улавливает все остальное, в том числе и воду. От ТНВД топливо подается к форсункам через трубки, которые способны выдерживать высокое давление.

ТНВД могут быть рядными и распределительными. Иногда встречаются V- образные, они схожи по конструкции с рядными насосами. Так же существуют так называемые магистральные насосы, о них чуть ниже… Рядные ТНВД могут иметь несколько плунжеров, которые создают давление топлива для индивидуальной форсунки. Насосы работают от вращения, имеют привод от двигателя, и вращение строго синхронизировано с положением поршней в ВМТ. Во время работы каждый плунжер обеспечивает повышение давления в подающей магистрали в нужный момент для каждого цилиндра двигателя. Форсунка имеет запорную иглу в распылителе, которая открывается от возросшего давления топлива. После открытия и впрыска топлива, давление в магистрали падает, и игла запирает отверстия распылителя. Все довольно просто устроено и работает механически.

Для увеличения подачи топлива в плунжере увеличивается давление, что увеличивает время впрыска топлива, а в итоге и его количество. Чтобы увеличить давление в плунжере насоса имеется специальная зубчатая рейка, которая при линейном перемещении поворачивает специальные втулки плунжеров относительно вертикальной оси. Тем самым отсечка происходит позже, в итоге повышается давление в топливной магистрали. Рейка соединяется с педалью газа механически или электроприводом. Такие ТНВД также имеют механический регулятор холостых оборотов и регулятор опережения момента впрыска топлива, который необходим при увеличении оборотов двигателя.

Насосы такого типа смазываются моторным маслом из общей системы смазки двигателя, поэтому могут работать на топливе низкого качества.

Системы питания топливом такого типа очень надежны. Они хорошо зарекомендовали себя за многолетнее применение и до сих пор могут применяться на дизелях. Но такие системы не обладают потенциалом в дальнейшем развитии. Для более мягкой работы дизеля и повышения экономичности следует повысить давление впрыска топлива. На таких системах повышать давление неограниченно нет возможности. Во время работы в определенный момент происходит резонанс в трубопроводах высокого давления. Поэтому увеличение давления может привести к разрушению трубок. Так же есть зависимость производительности насоса от оборотов работы двигателя, что негативно сказывается на тонкости распыления топлива в этом режиме.

Распределительный насос отличается от рядного насоса количеством плунжерных секций. Такие насосы могут иметь одну или несколько плунжеров, но их количество может не соответствовать количеству цилиндров двигателя, на которые они устанавливаются. Подача топлива распределяется специальным механизмом. В нужный момент топливо под высоким давлением подается на нужную форсунку в соответствии с тактом работы двигателя. Форсунки при этом могут использоваться такой же конструкции, которая описана выше. Насосы такого типа компактнее рядных насосов, поэтому чаще применяются на легковых дизелях. Механизм распределения подачи топлива довольно точно работает, что увеличивает мягкость работы двигателя. В отличие от рядных насосов производительность распределительных почти не зависит от оборотов двигателя.

Но есть в таких насосах и недостаток. Все детали внутри насоса смазываются дизтопливом, которое он подает к форсункам. Точность изготовления прецизионных пар довольно высока. Поэтому качество топлива влияет на долговечность работы насосов такого типа. При недостаточной смазке ускоряется износ деталей, а присутствие влаги в топливе достаточно серьезно уменьшает его ресурс.

Существуют системы, в которых насос высокого давления и форсунка объединены в один элемент. Что исключает применение трубопроводов высокого давления. Подкачивающий насос подает топливо сразу на насос-форсунку. На каждый цилиндр устанавливается индивидуальная насос-форсунка. В таких системах давление впрыска топлива может достигать нескольких сотен МПа, что увеличивает экономичность и уменьшает содержание вредных выбросов в выхлопных газах. Насос-форсунка приводится в работу от кулачков распределительного вала, что упрощает конструкцию двигателя в целом. Современные топливные системы такого типа, а существуют они довольно давно, имеют ряд новшеств.

Например, на некоторых двигателях с такой системой впрыск топлива разделен на несколько фаз. То есть топливо впрыскивается не одной порцией, а несколькими. Каждая из порций может отличаться по объему, что позволяет контролировать процесс сгорания топлива. В результате воспламенение происходит более мягко, снижая ударные нагрузки на КШМ, а токсичность выхлопных газов снижается за счет более полного сгорания топлива в цилиндрах. Минусом же являются высокая стоимость насос-форсунки и необходимость использовать топливо высокого качества.

Еще одна система питания топливом на дизельном моторе – это система Common Rail. В переводе с английского означает общая магистраль. На легковых двигателях разные бренды называют эту систему по-своему, но принцип работы у них схож. В роли общей магистрали выступает топливная рампа, в которой накапливается энергия давления. Из топливной рампы топливо подается на форсунки, открывающиеся электрическим импульсом. Чем-то напоминает топливную рампу бензинового мотора, но в дизеле давление в рампе составляет несколько сотен МПа. Такое давление создает магистральный насос высокого давления. Электрический импульс подается в нужный момент из блока управления двигателем.

Во время запуска двигателя магистральный насос начинает качать топливо и создается высокое давление в топливной рампе. На рампе расположен датчик давления, который измеряет давление топлива в ней. Блок управления считывает показания с этого датчика, и только при достижении определенного давления он подает импульс на открытие форсунок. Происходит запуск дизеля и дальнейшая его работа. Во время работы двигателя насос постоянно поддерживает высокое давление в топливной рампе, поэтому обороты двигателя не влияют на давление впрыска топлива, рампа выступает в роли накопителя. Электронный блок управления позволяет контролировать угол опережения впрыска и поддерживает обороты холостого хода мотора, что упрощает конструкцию насоса в отличие от ТНВД рядного типа.

Высокое давление впрыска позволяет добиться наилучшего распыления топлива и уменьшить его расход до феноменально малых показателей, сохраняя при этом высокую мощность двигателя. Легковой дизель объемом в 3 литра может потреблять топлива в городском режиме всего около 8-10 литров на 100 километров пробега. Крутящий момент дизельных двигателей выше, чем на аналогичных бензиновых моторах, он приближается к расчетным максимальным показателям почти с холостых оборотов. Бензиновые же достигают этого момента на максимально допустимых оборотах вращения коленвала.

В настоящее время легковые автомобили с системой впрыска Common Rail способны конкурировать по динамике разгона с бензиновыми моторами. Но потреблять при этом намного меньше топлива. Всю картину портит качество дизтоплива в нашей стране. В итоге выходят из строя насосы высокого давления и форсунки. Стоимость этих деталей довольно высока, поэтому экономия на расходе топлива сходит на нет при наступлении очередного ремонта топливной аппаратуры. Возможно, в скором будущем наши нефтеперерабатывающие заводы повысят качество выпускаемого дизтоплива. И каждый потенциальный клиент сможет выбрать для себя автомобиль именно с экономичным дизельным двигателем…

Автор: Александр Назаров

Решения для генераторов

от EPS — источник энергии для двигателей

Как производитель дизельных генераторов EPS более 20 лет производит надежные, сверхмощные дизельные генераторы. Сегодня мы предлагаем широкий выбор моделей дизельных генераторов различных размеров и мощностей, как для мобильных, так и для резервных приложений:

  • Передвижные дизельные электрогенераторы от 9 кВт до 45 кВт.
  • Дизель-генераторы по индивидуальному заказу для более требовательных требований, в том числе резервные дизельные генераторы мощностью до 100 кВт.В некоторых случаях доступна опция 50 Гц.
  • Дизель-генераторы Kubota мощностью от 6,5 кВт до 14 кВт в одно- и трехфазной конфигурации.

К настоящему времени вы, возможно, задаетесь вопросом, как выбрать подходящий дизельный электрогенератор для ваших нужд. Следующая информация предназначена для того, чтобы помочь вам сузить круг выбора. Или, если хотите, свяжитесь с нами, и мы поможем вам в этом процессе.

Генератор какого размера мне нужен?

Правильный выбор дизельного электрогенератора требует согласования технических характеристик с реальными рабочими ограничениями.Если вы не примете во внимание эксплуатационные ограничения, вы с большей вероятностью столкнетесь с такими проблемами, как ложное отключение и сокращение срока службы генератора, даже если спецификации дизельного генератора могут показаться адекватными (на бумаге) для выдерживания нагрузки. Чтобы избежать проблем, следует учитывать три важных критерия:

  • Условия окружающей среды
  • Физическая установка
  • Подключенное оборудование

Условия окружающей среды

На производительность дизельного электрогенератора может серьезно повлиять среда, в которой он работает.По мере увеличения окружающей температуры, высоты и влажности доступная мощность любого двигателя уменьшается. Это, в свою очередь, снижает мощность генератора. Повышенная температура воздуха выше 104 градусов по Фаренгейту также снизит мощность самого генератора переменного тока. Для большинства применений переход на дизельный электрогенератор следующего более крупного размера обеспечит наличие достаточной мощности для любых условий, но это не всегда так.

Физическая установка

Надлежащие потоки охлаждающего и вытяжного воздуха являются наиболее важным аспектом при физической установке.Недостаточный воздушный поток является наиболее частой причиной плохой работы дизельного электрогенератора и в некоторых случаях может привести к полному отказу генератора. Неинформированные пользователи часто совершают ошибку, непреднамеренно ограничивая поток воздуха в корпус генератора и из него, чтобы уменьшить шум. В результате они ограничивают производительность и возможности устройства. Очень важно, чтобы тепло от генератора переменного тока и системы охлаждения двигателя отводилось и не могло рециркулировать обратно в кожух.

Подключенное оборудование (нагрузки)

После рассмотрения условий окружающей среды и расхода воздуха следует проверить нагрузки, подключенные к генератору. Примеры типичных нагрузок включают кондиционеры, холодильники, освещение, зарядные устройства / инверторы аккумуляторов, аудио / видео оборудование и обогреватели. Простого сложения всех значений тока, указанных на паспортной табличке каждой нагрузки, недостаточно для правильного определения размера генератора. Например, «пусковой» ток двигателя и компрессора кондиционера будет намного выше, чем «рабочий» ток.Если учитывается только «рабочий» ток, выбранный дизельный электрогенератор может быть слишком мал для работы с нагрузкой. Требуются сложные инженерные расчеты, чтобы определить общую электрическую и механическую нагрузку, необходимую для того, чтобы все подключенное оборудование работало должным образом.

Как мне выбрать подходящий генератор?

Выбор подходящего дизельного электрогенератора может быть сложным процессом. В EPS мы хотим, чтобы у вас был лучший генератор для ваших нужд, и мы стремимся облегчить вам задачу.Наши специалисты по генераторам готовы помочь вам выбрать подходящий размер агрегата для вашего применения. Для получения помощи просто свяжитесь с нами или позвоните по телефону 1-800-374-7522.

Нужна замена более старому устройству? Позвоните нам, и мы объясним ваши варианты замены.

Генератор с приводом от двигателя

— обзор

Вспомогательная выработка энергии

Стоимость вспомогательной выработки энергии может серьезно повлиять на выбор основного оборудования. Разработки были направлены на максимальное использование утилизации отработанного тепла для дополнения электроснабжения на море, для облегчения использования генераторов переменного тока, приводимых в действие главным двигателем через повышающую скорость передачи или установленных непосредственно на валопроводе, а также для питания другого оборудования от главного двигателя. .

Приводы генератора постоянной частоты с зубчатой ​​передачей позволяют валовому генератору приводиться в движение тихоходным двигателем в винтовой установке фиксированного шага, при этом полная выходная мощность генератора доступна в диапазоне от 70% до 104% скорости гребного винта. Возможны различные варианты компоновки с генератором переменного тока, расположенным рядом или на любом конце основного двигателя, оборудованного компактным встроенным механизмом отбора мощности (ВОМ). В качестве альтернативы может быть указана система преобразователя частоты для обслуживания генератора переменного тока с регулируемой входной частотой вращения главного вала двигателя в установках с фиксированным шагом или пропеллером CP.

Экономическая привлекательность главного генератора с приводом от двигателя для электроснабжения на море заключается в том, что он использует высокий тепловой КПД, низкий удельный расход топлива и способность сжигания топлива низкого качества судового дизельного двигателя. Другие преимущества заключаются в том, что вспомогательные дизельные генераторы могут быть отключены, что дает преимущества за счет сокращения часов работы с точки зрения снижения расхода топлива и смазочного масла, требований к техническому обслуживанию и затрат на запасные части.

Системные возможности для выработки электроэнергии были расширены за счет появления силовых турбин, которые, питаясь избытком выхлопных газов для нужд современных высокоэффективных турбокомпрессоров, могут быть приспособлены для привода генераторов переменного тока вместе с главным двигателем или независимо.

Эти небольшие газовые турбины также используются в интегрированных системах, соединяющих паровые турбогенераторы, валовые генераторы и дизельные генераторы; различные источники энергии, применяемые по отдельности или в комбинации, обещают оптимальное экономичное производство электроэнергии для любого режима работы судна. Некоторая избыточная электрическая мощность также может быть использована для поддержки тягового усилия с помощью генератора на валу, переключенного на работу в качестве тягового двигателя.

Такая установка используется в классе больших тихоходных контейнеровозов с двигателем и значительной рефрижераторной емкостью, общий профиль электрической нагрузки которых является значительным и изменчивым.Решающее значение для его эффективности имеет компьютерная система управления энергопотреблением, которая координирует соответствующие вклады различных источников энергии для достижения наиболее экономичного режима при заданной нагрузке.

Комплексные энергосберегающие генерирующие установки разрабатывались на протяжении многих лет для применения в основном на крупных контейнеровозах. В системах обычно используется отработанное тепло (выхлопных газов низкоскоростного двигателя, продувочного воздуха и охлаждающей воды) для обслуживания парового турбогенератора, установки кондиционирования воздуха, нагревателей и дистилляторов.Усовершенствования системы были вызваны уменьшением количества энергии, выделяемой выхлопными газами низкооборотных двигателей, с точки зрения как температуры, так и объемов, с постепенным увеличением теплового КПД. Способность обычного котла-утилизатора / турбогенератора удовлетворять потребности в электроэнергии в море была поставлена ​​под угрозу, любой недостаток приходилось устранять дополнительным сжиганием жидкого топлива вспомогательного котла или запуском дизельной генераторной установки и / или валового генератора. Новые интегрированные системы, некоторые из которых также включают силовые газовые турбины, максимально используют отработанное тепло, имеющееся на судах, рабочие характеристики и доходы которых могут оправдать дополнительные расходы и сложность.

Более широкое применение «холодной глажки» — отключение дизельных генераторов в порту и отключение береговых источников электроэнергии — будет стимулироваться опасениями по поводу выбросов в густонаселенных районах, тенденция, возникшая на контейнерных терминалах западного побережья США.

Газовая турбина / Дизельные двигатели / Газовые двигатели | Ресурсы, энергия и окружающая среда | Продукция | IHI Corporation

IHI ​​предлагает широкий спектр продукции для выработки электроэнергии, включая газовые турбины, дизельные двигатели и газовые двигатели с энергосистемами простого цикла, когенерации и комбинированного цикла.Мы также предоставляем удаленный мониторинг, техническое обслуживание двигателя и другие услуги на протяжении всего жизненного цикла продукта. Мы добиваемся сокращения выбросов NOx и CO2 за счет использования газовых турбин с высоким КПД и низким уровнем выбросов. Поставляем газовые турбины для скоростных судов и других морских судов. Мы также поставляем полный спектр дизельных двигателей, от больших двигателей, способных работать на средних и низких скоростях, до моделей малых и средних размеров, обеспечивающих низкие, средние и высокие скорости. В наш разнообразный модельный ряд входят дизельные двигатели для наземных генераторов.


Газотурбинные установки для выработки электроэнергии

Газотурбинная электростанция «LM6000»

Это электростанции класса 100 МВт, которые сочетают в себе две газовые турбины LM6000, два парогенератора с рекуперацией тепла и одну паровую турбину, чтобы производить самую эффективную в мире выработку электроэнергии, а также обеспечивать наилучшие экологические характеристики и надежность.

Газотурбинная электростанция «ЛМ2500»

Это электростанции класса 20–30 МВт, в которых используется высокоэффективная и очень надежная газовая турбина LM2500, созданная на основе легкого и компактного авиадвигателя.


Системы когенерации

Газотурбинная когенерационная установка «IM270»

Это типичные энергосберегающие системы, которые вырабатывают 2 МВт мощности и 6 тонн пара в час за счет комбинации нашей оригинальной спроектированной и разработанной газовой турбины IM270 с высоким КПД и низким уровнем выбросов NOx и парогенератора-утилизатора.

Когенерационная система «IM400 IHI-FLECS»

Это системы когенерации класса 4–6 МВт и оригинальные системы когенерации IHI, которые могут изменять выработку как электроэнергии, так и тепла (пара) в соответствии с потребностями.Если есть избыток пара, он может быть преобразован в выработку электроэнергии для рекуперации энергии.


Двигатели среднего / большого размера

Двухтопливный двигатель «DU-WinGD 6X72DF»

Это двухтопливный двигатель, использующий технологии сгорания с предварительным смешиванием и обедненной смесью, которые считались технически сложными для низкооборотного двухтактного двигателя.
Это большая особенность, позволяющая существенно снизить количество выбросов NOx двигателем.

«Дизельный двигатель DU-Win GD 9X82»

Двигатели X — это двигатели нового поколения, которые разработаны и спроектированы с высокой эксплуатационной гибкостью, чтобы адаптироваться к различным условиям работы двигателя и удовлетворять требованиям более низкого расхода топлива.Двигатели 9X82 устанавливаются на контейнеровозы компании NYK 14 000 TEU в качестве главного двигателя. Эти двигатели 9X82 оснащены «двойной рейтинговой системой», которая включает функции оптимизации двух диапазонов мощности для работы с высокой и низкой нагрузкой. Эта «Двойная рейтинговая система» — лучшая в мире технология, которая позволяет судам значительно снизить потребление топлива и снизить выбросы CO2 для обоих диапазонов, что значительно способствует экономии эксплуатационной энергии при эксплуатации судна.

DU-S.E.M.T. Дизельный двигатель Pielstick

Четырехтактный среднеоборотный двигатель, используемый в качестве основного двигателя для больших паромов и патрульных катеров береговой охраны, а также в качестве генератора для наземных электростанций.

Дизельный двигатель НИИГАТА «28AHX»

Дизельный двигатель — это «экологичный» среднеоборотный дизельный двигатель (от 2070 до 6660 кВт) следующего поколения, который, очевидно, соответствует нормам IMO Tier II NOx, а также ориентирован на будущее судовых двигателей.

Используемый на земле для генераторов (от 2000 до 6300 кВт), дизельный двигатель обеспечивает высокий КПД и низкий расход топлива мирового класса, используя как DO, так и HFO.

Двухтопливный двигатель NIIGATA «28AHX-DF»

28AHX-DF — это экологически чистый двигатель, соответствующий нормам IMO Tier III NOx в газовом режиме.В нем используется сжигание чистого газа, что позволяет соблюдать новые правила без селективного каталитического восстановления (SCR).


Системы выработки энергии на газовых двигателях

НИИГАТА Газовый двигатель «28АГС»

Газовый двигатель вносит значительный вклад в сокращение выбросов CO2 за счет высокоэффективной работы с использованием природного и городского газа, а также низкокалорийных газов, таких как те, которые образуются в плавильных печах с газификацией.
2000–6000 кВтэ, серия AGS с зажиганием от свечи зажигания и серия AG с микропилотным зажиганием поставляются как в пределах Японии, так и за границу в качестве стационарных электрогенераторов.


Силовые установки

Азимутальное подруливающее устройство NIIGATA «Z-PELLER®»

Z-PELLER® — самая популярная силовая установка на мировом рынке буксиров.Заказчики высоко оценивают этот силовой агрегат за его высокое качество и долговечность.
Наша линейка Z-PELLER® предлагает непрерывную мощность от 735 кВт (1000 л.с.) до 3310 кВт (4500 л.с.), что позволяет нам реагировать на различные потребности клиентов.


Оборудование для впрыска топлива

Оборудование для впрыска топлива

NICO производит и поставляет так называемое оборудование для впрыска топлива, клапан впрыска топлива и насос впрыска топлива для 4-тактного двигателя Deisel для производителей двигателей, таких как отечественные производители двигателей, европейцы, корейцы и китайцы, а также компания Niigatra Power Systems, которая занимается производством двигателей. Материнская компания NICO.NICO также разрабатывает FIE с электрическим управлением (то есть CRS: Common Rail System), а также обычные механические FIE.

Ссылки

Запросы на продукцию

Другие товары

Продукты

Заменит ли природный газ дизельное топливо в качестве источника питания центра обработки данных?

Йигит Булут, партнер и технический директор EYP Mission Critical Services, также способствовал написанию этой статьи.

Во всем мире большинство центров обработки данных спроектировано и построено с основной целью создания высоконадежных объектов, которые спроектированы так, чтобы оставаться в сети и работать в любых предсказуемых или непредвиденных обстоятельствах.

Центры обработки данных, в силу характера оборудования информационных технологий (ИТ), которое они поддерживают, и процессов, которые в них выполняются, считаются критически важными и должны оставаться в рабочем состоянии как можно дольше.

Необходимость работы системы аварийного электроснабжения (EPSS) в течение 120 минут (обычно требующих хранения топлива на месте) или дольше для большинства операторов центров обработки данных привела к выбору дизельных двигателей-генераторов в качестве основного и наиболее распространенного выбора. резервной энергии для критических систем.

Типичная топология состоит из различных комбинаций и уровней резервирования ИБП, поддерживаемого дизельными генераторами, с хранением топлива на месте от 12 до 72 часов или более

Но с точки зрения его будущего в качестве резервного источника питания для центров обработки данных, Дорожная карта для дизельного топлива выглядит как один из ужесточающихся ограничений на использование, более жестких налоговых режимов, разрешений, более низких целей по выбросам, улучшенных требований к качеству воздуха и более низких норм шума.

Возникает интригующий вопрос: переключится ли основное или аварийное питание центра обработки данных на двигатели, работающие на природном газе?

Корпус для газа

Одно из основных преимуществ сжигания газа перед сжиганием дизельного топлива — это меньшие выбросы — меньше NOx и CO2.

Двигатели, работающие на природном газе (ПГ), имеют лучшие характеристики выбросов по сравнению с дизельными двигателями-генераторами того же размера. В зависимости от типа используемой системы зажигания генераторы природного газа в более высоком диапазоне номинальных мощностей обычно работают на обедненной смеси; соотношение воздух-топливо выше, чем стехиометрическое соотношение воздух-топливо (16: 1), что приводит к более низкой температуре сгорания, что сводит к минимуму выбросы NOx — или богатому сгоранию, когда соотношение воздух-топливо ниже.

Компромисс в выборе типа сжигания номинально сводится к двум конкурирующим соображениям; Двигатель, работающий на обедненной смеси, хотя и имеет лучший профиль выбросов и КПД, не имеет возможности нагружать блоки или допускать нагрузку, как двигатель богатого горения.Это объясняет, почему исторически двигатели с обогащенным топливом предпочитались двигателям с низким сгоранием топлива для работы в режиме ожидания.

По сравнению с дизельными генераторами уровня 2 Агентства по охране окружающей среды США, генераторы природного газа, работающие на обедненной и обогащенной смеси, производят меньше NOx и CO2 на кВт, но при более высоких начальных затратах.

Некоторым это может показаться достаточно веским аргументом в пользу перехода.

Дело против газа

Какие проблемы возникают при использовании газа?

  • Местное хранилище топлива
  • Плохое подключение к инженерным сетям
  • Высокие начальные капитальные затраты, но совокупная стоимость владения сокращается
  • Соображения по проекту

Местное хранилище топлива исторически было одним из основных препятствий для использования генераторов ПГ в аварийных операциях поскольку для этого требуется местное хранилище топлива в количестве, которое является проблемой для большинства кодексов.Для того чтобы центр обработки данных прошел сертификацию уровня Tier, требуется минимум 12 часов работы в режиме ожидания с хранением топлива на месте. Даже если центр обработки данных на объекте не будет иметь сертификат Tier, большинство операторов центров обработки данных не будут чувствовать себя комфортно из-за отсутствия местного хранилища топлива.

В прошлом приводился аргумент, что система распределения природного газа по своей сути является надежной, главным образом потому, что она почти полностью находится под землей и потому что это система на основе сетки. Однако это не всегда так, о чем свидетельствует прекращение подачи природного газа во время отключения электричества в Техасе зимой 2021 года.

Как указано выше, по сравнению с дизельными генераторами уровня 2 Агентства по охране окружающей среды, установки на природном газе представляют более высокие начальные капитальные затраты. Учтите, однако, что действующие в США требования к выбросам для двигателей, сертифицированных Tier 4 final, значительно увеличивают стоимость дизельных генераторов. Они обеспечат более низкие уровни выбросов, которые ближе к их аналогам на природном газе. С точки зрения выбросов это сужает преимущество генераторов ПГ, но из-за дополнительных затрат на дизельную инфраструктуру это также делает генераторы ПГ более конкурентоспособными по стоимости.

Конструктивные соображения для двигателей, работающих на природном газе

С учетом достижений в конструкции и возможностях генераторов природного газа, а также их благоприятных профилей выбросов по сравнению с дизельными генераторами, если будет принято решение о включении их в электростанцию ​​для центра обработки данных, они будут соображения дизайна, которые необходимо оценить. Генераторы природного газа не могут быть просто заменены их дизельными аналогами в большинстве конструкций.

Профиль принятия нагрузки генераторов природного газа требует тщательной оценки проектной топологии и взаимодействия различных нагрузок с генераторами.Учитывая, что за последние несколько лет большинство аккумуляторных установок ИБП в центрах обработки данных были оптимизированы для более короткого и короткого времени работы, некоторые из которых составляют всего от 1 до 3 минут, необходимо оценить это на основе решения о включении двигателей с обедненным или обогащенным газом. . Время включения ИБП, а также оценка профиля запуска механической нагрузки должны быть оценены для согласования с профилем приема нагрузки выбранного генератора природного газа.

Для более глубокого взгляда на производство электроэнергии в режиме ожидания, которое обеспечивает технический анализ газовых поршневых двигателей, прочтите информационный документ i3 Solutions / EYP: «Дело для генераторов природного газа », в котором сравниваются выбросы профили и рабочие характеристики дизельных и газовых генераторов, а также обрисовывают доводы и проблемы, связанные с внедрением газовых поршневых двигателей для использования в центрах обработки данных.

Электросистема вашего автомобиля | Полное средство для ухода за автомобилем Firestone

Электрическая система вашего автомобиля состоит из аккумулятора, стартера и генератора. Аккумулятор питает стартер энергией. Затем генератор дает этой батарее энергию, необходимую для питания вашего автомобиля. Если одна из этих частей не работает должным образом, ваш автомобиль не заведется и не будет работать правильно. Наши опытные техники могут выполнить проверку электрической системы, чтобы убедиться, что все работает должным образом.Он определяет любые проблемы, которые могут возникнуть с вашей электрической системой. Если наши технические специалисты обнаружат проблему, они сообщат вам, что они могут сделать, чтобы ее исправить. Мы можем решить любую проблему еще до ее запуска, чтобы вы не остались в затруднительном положении с не заводным автомобилем.

Аккумулятор

Пока ваш автомобиль не заведется, ваш аккумулятор обеспечивает весь электрический ток автомобиля. Это включает ток в систему зажигания и топливную систему, которые отвечают за создание сгорания, необходимого для работы вашего двигателя.

Стартер

В то время как аккумулятор обеспечивает питание для запуска вашего автомобиля, стартер действительно запускает двигатель. Аккумулятор подает небольшое количество энергии на стартер. Затем стартер вращает маховик, который вращает коленчатый вал и начинает движение поршней двигателя. Именно из-за этого сложного процесса важно убедиться, что стартер работает.

Трудно определить, когда именно стартер выйдет из строя, но проверка электрической системы в Firestone Complete Auto Care может помочь распознать предупреждающие знаки.Мы проверяем, потребляет ли стартер необходимое количество тока. Чрезмерное потребление тока будет указывать на изношенный стартер, в то время как низкое потребление тока указывает на корродированные кабели или соединения. Не беспокоиться! Это проблема, которую могут решить наши опытные специалисты.

Генератор

При работающем двигателе генератор поддерживает заряд аккумулятора и работу электрической системы. Ваш автомобиль может завестись с неисправным генератором переменного тока, но он не сможет работать в течение длительного периода времени.Если генератор требует замены, электрическая система вашего автомобиля будет работать нестабильно, его аккумулятор разрядится, и в конечном итоге ваш двигатель потеряет мощность. Полная проверка электрической системы, проведенная Firestone Complete Auto Care, покажет вам, вырабатывает ли генератор необходимое количество тока и напряжения. Таким образом, у вас будет предупреждение, прежде чем ваш генератор выйдет из строя.

Увидеть в действии

Итак, вы поворачиваете ключ, и электрическая система вашего автомобиля начинает работать.Батарея обеспечивает питание стартера, стартер вращается, а генератор дает батарее энергию, необходимую для питания ваших фар, обогревателя, дворников и аксессуаров. Посмотрите, как это работает:

Здоровая электрическая система для надежной езды

Электрическая система вашего автомобиля очень важна. Действительно важно. Так что остается в курсе его работоспособности. Если не проверить, слабая или разряженная батарея может нанести ущерб другим частям электрической системы, например генераторам и стартерам.Если ваша электрическая система подает признаки неисправности (см. Симптомы здесь), не откладывайте. Отнесите свой автомобиль в местный сервисный центр Firestone Complete Auto Care, чтобы они могли оценить ситуацию, убедиться в правильности напряжения и предотвратить дальнейшее возможное повреждение. Вы никогда не хотите, чтобы неудача была вариантом.

  • Ознакомьтесь с нашими текущими предложениями по аккумуляторным батареям и специальными предложениями.
  • Проверьте срок службы автомобильного аккумулятора с помощью нашего виртуального тестера аккумулятора.
  • Подберите аккумулятор, подходящий именно для вашего автомобиля — по разумной цене.
  • Введите свой почтовый индекс, чтобы найти ближайший к вам магазин.
  • Что такое генераторная установка и для чего она используется?

    Проще говоря, генераторная установка или «генераторная установка» — это портативное оборудование, состоящее из двигателя и генератора переменного тока / электрического генератора, используемого для выработки энергии. Генераторы часто используются в развивающихся районах и других областях, не подключенных к электросети; места, где часты отключения электроэнергии; и / или где отключение питания может вызвать особенно серьезные или опасные проблемы, например, глубоко в шахте.Они могут служить основным источником энергии или дополнительным источником энергии, возможно, в часы пиковой нагрузки.

    APR Energy предлагает один из крупнейших парков мобильных контейнерных генераторов в мире. Вот их более подробный взгляд.

    Как работает генераторная установка?

    Генераторная установка представляет собой комбинацию первичного двигателя (обычно двигателя) и генератора переменного тока. Двигатель преобразует химическую энергию топлива в механическую. Эта механическая энергия используется для вращения ротора генератора переменного тока; преобразование механической энергии в электрическую.Генератор состоит из двух основных частей; ротор и статор. Вращение ротора генератора переменного тока через магнитное поле между ротором и статором создает напряжение на статоре генератора за счет явления электромагнитной индукции. Когда напряжение на статоре подключено к нагрузке, течет электрический ток, и генератор вырабатывает энергию.

    В итоге генераторная установка создает портативные источники энергии. Когда генератор используется вместе с дизельным двигателем, как только один пример, это создает дизельный генератор.

    Дополнительные элементы генераторной установки

    Генераторная установка обычно размещается в шумопоглощающем корпусе для уменьшения шума в окружающих областях и обычно изготавливается из стали, нержавеющей стали или алюминия. Эта кабина должна выдерживать коррозию и эффективно управлять процессом охлаждения двигателя. Базовая рама содержит антивибрационную систему; он также может содержать топливный бак или бак может быть отдельным. Другие элементы включают в себя панель управления и автоматический переключатель на случай, если необходимо чередовать энергию между основным источником и вспомогательным.

    Преимущества генераторной установки

    Преимущества хорошо построенной генераторной установки промышленного качества многочисленны, в том числе:

    • Надежность
    • Топливная эффективность
    • Масштабируемый дизайн
    • Прочная конструкция
    • Автоматическое или ручное параллельное подключение
    • Автоматический контроль загрузки
    • Местное или дистанционное управление
    • Низкие выбросы

    Вот подробности. Выбирая генераторный модуль APR Energy, вы можете рассчитывать на дизельные и газовые модули, в которых используются новейшие технологии поршневых двигателей с превосходной эффективностью и значительной экономией топлива, а также улучшенной стабильностью частоты и напряжения.Наши генераторные установки легко транспортировать по суше, морю или воздуху, они размещаются в стандартном контейнере ISO 12,2 м (40 футов). Чтобы обеспечить быструю установку и ввод в эксплуатацию по всему миру, наша конструкция упаковки имеет минимальное количество интерфейсов. Эти блоки могут быть объединены в масштабируемые блоки мощностью 5,5 МВт и могут облегчить быструю установку до 300 МВт или более.

    Дополнительные преимущества генераторных установок APR Energy:

    • Наши модули поддерживают широкий спектр коммунальных / промышленных приложений для выработки электроэнергии
    • Эти прочные и надежные модули имеют минимальный вес
    • Распределительное устройство для параллельного подключения к электросети позволяет выполнять параллельное подключение в автоматическом или ручном режиме
    • В наших модулях есть система автоматического управления нагрузкой для:
      • Основная нагрузка
      • Мягкая загрузка / разгрузка
      • Коэффициент мощности или регулировка VAR
      • Поддержка напряжения в режиме энергоснабжения
    • Автоматическая работа может быть запущена локально или удаленно с помощью системы SCADA
    • Эти модули генераторной установки имеют постоянную регистрацию данных двигателя, которая:
        • Служит важным элементом системы управления
        • Определяет график работ по техобслуживанию на месте
        • Предлагает параллельную работу в автономном режиме с другими силовыми модулями
        • Имеет автономные рабочие возможности с локальным или дистанционным запуском, управлением мощностью и синхронизацией

    Генераторная установка, работающая на природном газе, и дизельная установка

    Газовый силовой модуль APR Energy — это высокоэффективный выбор, установка и ввод в эксплуатацию возможны всего за 30 дней.Технические характеристики при 50 Гц включают:

    • Длительная выходная мощность 1475 кВт
    • Частота вращения двигателя 1500 об / мин
    • Трехфазное напряжение: 400 В / 230 В
    • Размер: 12,2 x 2,5 x 2,9 м (ДхШхВ)
    • Газовый двигатель CAT (R) G3516C с низким уровнем выбросов
    • Разработан для диапазона метанового числа 55-100

    Этот модуль, работающий на природном газе, обеспечивает высоконадежную и экономичную энергию для поддержки быстрой подачи электроэнергии с автоматическим контролем нагрузки. Вы можете использовать энергию несколькими способами: непрерывно при базовой нагрузке или только в часы пик, используя автоматическое или ручное параллельное подключение через наше распределительное устройство для параллельного подключения к электросети.

    Этот модуль может поддерживать широкий спектр приложений по производству электроэнергии для промышленных и коммунальных нужд, даже в экстремальных условиях и / или в удаленных местах. Эта система была разработана для оптимальной работы с природным газом из трубопроводов низкого давления с низкими выбросами. Вы можете найти значительно больше информации о характеристиках и преимуществах наших газовых генераторов.

    Дизельный силовой модуль APR Energy также является высокоэффективным выбором, поскольку его установка и ввод в эксплуатацию также возможны всего за 30 дней.Технические характеристики при 50 Гц включают:

    • длительная выходная мощность: 1400 кВт
    • частота вращения двигателя: 1500 об / мин
    • Трехфазное напряжение: 400 В / 230 В
    • Размер: 12,2 x 2,5 x 2,9 м (ДхШхВ)
    • компактный четырехтактный дизельный двигатель CAT® 3516B с турбонаддувом

    Технические характеристики при 60 Гц включают:

    • длительная выходная мощность: 1640 кВт
    • частота вращения двигателя: 1800 об / мин
    • Трехфазное напряжение: 480 В / 277 В
    • Размер: 12,2 x 2,5 x 2,9 м (ДхШхВ)
    • компактный четырехтактный дизельный двигатель CAT® 3516B с турбонаддувом

    Наши дизельные генераторы обладают всеми преимуществами газовых генераторов: они экономичны, высоконадежны и способны обеспечивать быстрое энергоснабжение для промышленных и коммунальных нужд в экстремальных условиях и / или в удаленных местах.Здесь вы найдете дополнительную информацию об особенностях и преимуществах наших дизельных генераторов.

    Пример использования генераторной установки № 1: временное энергоснабжение в коммунальном секторе Мьянмы

    APR Energy была первой компанией, поставляющей электроэнергию в Мьянму после введения санкций. Эта страна, второй по величине производитель природного газа в Юго-Восточной Азии, столкнулась с трудностями из-за сочетания санкций и нехватки иностранных инвестиций. Это привело к неразвитой инфраструктуре, а также к стареющим электростанциям. Семьдесят пять процентов населения не имели доступа к электричеству, и потенциал страны по производству энергии не использовался.

    Соединенные Штаты и несколько стран Европейского Союза сняли санкции в 2012 году, а в 2014 году APR Energy подписала соглашение о производстве электроэнергии с правительством Мьянмы. В течение 90 дней мы установили одну из крупнейших в стране тепловых станций, 70 процентов рабочих которой были получены из местных источников. Это получило награду Top Plants 2015.

    Причины, по которым Myanmar Electric Power Enterprise выбрало нашу компанию для оказания услуг по генераторным установкам, включают нашу способность:

    • быстрое проектирование и крупномасштабное развертывание электростанций
    • эффективно оптимизировать внутренние ресурсы
    • нанимает местных рабочих и обеспечивает ценное обучение
    • способствует экономическому развитию общины

    Дополнительную информацию об этом примере использования генераторной установки, работающей на природном газе, можно найти здесь.

    Genset Case Study № 2: Промышленная горнодобывающая промышленность в Гватемале

    Используя дизельные генераторы, APR Energy обеспечила надежным энергоснабжением второй по величине серебряный рудник в мире, получив признание безопасности 2015 года, поскольку мы предоставили масштабируемое решение от разработки до эксплуатации. Проблемы, с которыми мы столкнулись, включали сельский, горный район расположения рудника, а также строгие требования по охране окружающей среды и безопасности, поскольку мы спроектировали и установили систему, обеспечивающую бесперебойную подачу электроэнергии в жизненно важной ситуации.На руднике Эскобаль в Минера-Сан-Рафаэль потребовались ускоренные решения по энергоснабжению отчасти из-за проблем с полосой отвода.
    Причины, по которым были выбраны наши услуги по обслуживанию генераторов, включали нашу способность:

    • первоначально обеспечивают 2-3 МВт, которые требовались для строительства шахты
    • увеличить мощность до 15,5 МВт надежного электроснабжения, что крайне важно для шахтеров, работающих под землей, которым нужны жизнеобеспечивающие системы водоснабжения и вентиляции
    • поддерживать строгие стандарты
    • обучить рабочих лучшим практикам в области охраны труда, техники безопасности и охраны окружающей среды

    Подробнее об этом примере использования дизельной генераторной установки.

    Энергетические потребности генераторной установки широко варьируются в зависимости от географических и промышленных потребностей, а также других факторов. Чтобы обсудить свои собственные уникальные требования, свяжитесь с APR Energy в Интернете, чтобы обсудить наши услуги по генераторным установкам, или позвоните по телефону +1 (904) 223 2278.

    Всесторонний обзор источников энергии для беспилотных летательных аппаратов, их недостатков и возможностей для усовершенствований

    Аннотация

    Беспилотные летательные аппараты были впервые представлены почти 40 лет назад, и с тех пор их применение значительно расширилось и диверсифицировалось как в коммерческом, так и в частном использовании .Когда дело доходит до мобильности, одна из основных проблем, связанных с беспилотными летательными аппаратами, заключается в том, что доступные источники питания неадекватны, что указывает на область, требующую улучшений, поскольку интерес к беспилотным летательным аппаратам растет. Существует множество различных типов источников питания, применяемых в БПЛА, однако каждый из них имеет свои ограничения и сильные стороны, которые относятся к вкладу веса, времени зарядки и разрядки, размеру, возможностям полезной нагрузки, плотности энергии и удельной мощности. Целью данной статьи является обзор основных источников питания, доступных для БПЛА, определение их недостатков, сравнение источников питания друг с другом и предложение предложений относительно того, как их можно улучшить, — следовательно, определение пробелов для разработки более совершенных альтернативных источников энергии. .

    Ключевые слова: Аэрокосмическая техника, Электротехника, Энергия, Передача электроэнергии, Топливный элемент, Технология накопления энергии, Водородная энергия, Топливная технология (FC), Литий-полимерный (Li-Po), Суперконденсатор (SC), Беспилотный летательный аппарат (БПЛА)

    1. Введение

    По мере того, как мир становится все более зависимым от технологий, потребность в автономных и более механизированных операциях, исключающих возможность человеческой ошибки, также возрастает [1]. Операции, включающие визуальный контроль состояния в местах, недоступных для людей, требуют скрытности, соображений безопасности и жизнеспособности, что, в свою очередь, требует, чтобы объект, используемый для этой цели, был тихим и небольшим [2].Автономные моторизованные транспортные средства обладают этими характеристиками, однако они ограничены в отношении мобильности, поскольку им требуется поверхность для работы, а такие поверхности часто недоступны. Это приводит к дополнительным требованиям к транспортному средству, которому не требуется рабочая поверхность, которая находится в воздухе, смещая акцент на беспилотные летательные аппараты (БПЛА).

    БПЛА могут быть относительно небольшими, очень мобильными и бесшумными, при этом верхняя часть диапазона менее подвержена влиянию внешних факторов, таких как изменение направления ветра или скорости.Помимо всех этих преимуществ, они также имеют широкий спектр применения; однако БЛА меньшего размера не решают полностью проблему механизации, поскольку у них есть один преобладающий недостаток — недостаточное энергоснабжение [3]. Более крупные беспилотные летательные аппараты, например те, которые в основном используются в военных целях, обладают преимуществом в виде адекватных (а во многих случаях более чем адекватных) источников питания, однако это преимущество делает их намного крупнее, менее мобильными и достаточно шумными. Аспект адекватного источника питания является обязательным, так как он обеспечивает длительную продолжительность полета, также важно, чтобы дрон был очень мобильным и минимально влиял на окружающую среду [4].

    В последние годы потребность в беспилотных летательных аппаратах в различных областях применения, будь то коммерческое, развлекательное или общественное, увеличилась в десять раз, в настоящее время этот спрос в основном потребляется в военных целях, но ожидается, что он экспоненциально переместится в большую часть рекреационного и общественного использования. [5, 6]. Одно из основных приложений — использование слежки за преступностью, воровством и браконьерством [7]. Существует также очень большой рынок их использования для целей научного мониторинга (отбор проб воды, оползней и вулканической активности), а также для наблюдения за линиями электропередачи [8, 9, 10, 11].

    Двигатели внутреннего сгорания в настоящее время остаются одним из излюбленных источников питания для большинства военных и коммерческих БПЛА, однако электрические системы обладают более высокой эффективностью и, как правило, более надежными, с дополнительным преимуществом, заключающимся в низком уровне выбросов парниковых газов или их отсутствии и низком уровне шума [ 2]. Вот почему электрические системы для приложений БПЛА становятся все более распространенными. Область электрических систем распространяется на батареи, топливные элементы (ТЭ) и солнечную энергию, среди прочего, эти системы будут дополнительно обсуждаться в статье.Все упомянутые электрические системы используют батарею (как правило, для увеличения плотности энергии системы во время пиковых энергозатрат), однако батареи не обладают плотностью энергии намного выше, чем у основного источника питания, поскольку они имеют высокую удельную мощность. но с низкой плотностью энергии. Таким образом, добавление батареи может увеличить срок службы системы и ее пиковую мощность, но это не увеличивает их до желаемой точки и, следовательно, по-прежнему значительно истощает оба источника питания в этих случаях, по-прежнему ограничивая схему полета система.

    С тех пор, как дроны появились на свет, многие создатели начали оценивать и переоценивать их эффективность и, в частности, варианты увеличения времени полета [12, 13]. Существуют два основных варианта: изменить источник питания таким образом, чтобы увеличить его мощность, или периодически дозаправлять источник энергии [14]. Последний вариант требует наличия внешней заправочной станции. Это само по себе создает больше ограничений: дрону потребуется периодически приземляться и дозаправляться, что сокращает фактическое полезное время полета; станции потребуются вдоль траектории полета — ограничение траектории, уменьшение мобильности и увеличение сложности; наконец, этот метод излишне увеличивает общие затраты.

    Первый упомянутый вариант имеет гораздо больше возможностей, которые могут быть намного проще и экономичнее, чем последний, например: увеличение мощности источника питания путем его замены на более крупный (или другой тип источника питания) или объединение существующего источника питания с другим, чтобы использовать преимущества комбинации. Все варианты [15] имеют свои преимущества и недостатки, которые будут обсуждаться далее в этой статье. В этом документе кратко обсуждаются три основных типа дронов, более подробно рассказывается об их основных источниках питания и их недостатках, с акцентом на возможные решения в виде гибридных систем и то, как они могут повлиять на каждый тип дронов.

    2. Типы БПЛА

    Перед тем, как обсуждать различные источники энергии, мы кратко обсудим два основных типа БПЛА (показаны на). Есть два основных типа БЛА: винтокрылые и неподвижные. Первый состоит из корпуса, который движется с использованием нескольких несущих винтов, а второй имеет вид обычного самолета, имеющего неподвижное крыло с обеих сторон корпуса.

    Типы дронов. Вверху (а) — беспилотный летательный аппарат с неподвижным крылом, а вверху (б) — винтокрылый дрон.

    Типы винтокрылых аппаратов имеют тенденцию быть более популярными, поскольку они могут взлетать и приземляться вертикально, таким образом, не требуя пусковой установки или взлетно-посадочной полосы, они могут зависать и очень маневренны, что делает их наиболее подходящими для приложений с более высокой точностью маневрирования.Однако эти типы БПЛА требуют большей механической и электронной сложности, что ведет к более сложному обслуживанию, сокращению времени эксплуатации и увеличению затрат. Винтокрылые типы также имеют недостаток, заключающийся в меньшей нагрузочной способности, увеличении требований к мощности, уменьшении продолжительности эксплуатации и еще большем увеличении затрат.

    Самолеты имеют преимущество в более простой конструкции по сравнению с вращающимися типами, что позволяет упростить техническое обслуживание и улучшить аэродинамику, снизить эксплуатационные расходы и увеличить время полета.Неподвижные крылья также придают летательному аппарату естественную способность к планированию, снижая энергопотребление, в то время как сам самолет может нести большие грузы на большие расстояния, используя меньшую мощность, что еще раз снижает затраты и повышает эффективность. К недостаткам этого типа относится необходимость наличия взлетно-посадочной полосы или пускового устройства для взлета и посадки, они должны находиться в постоянном поступательном движении и, таким образом, не могут зависать, как вращающийся тип, и они, как правило, намного больше и крупнее по сравнению с ними. Все это снижает маневренность БПЛА [16].

    Среди всех беспилотных летательных аппаратов с вращающимся и неподвижным крылом существует уникальный тип беспилотного летательного аппарата, сочетающий в себе оба типа беспилотных летательных аппаратов. В сочетании он обеспечивает устойчивость и маневренность вертолетного дрона с большой дальностью полета беспилотного летательного аппарата. Кроме того, для взлета не требуется взлетно-посадочная полоса или дополнительное оборудование [17]. Пример комбинированного дрона можно увидеть на. Все три типа имеют соответствующие области применения, соответствующие их достоинствам и недостаткам, а также существует множество различных источников энергии, используемых в этих дронах.

    3. Источники энергии для БПЛА

    На рынке доступно множество различных источников энергии, таких как батареи, солнечная энергия, ТЭ, двигатели внутреннего сгорания и т. Д., Большинство из которых можно применять в дронах. На протяжении многих лет некоторые из этих источников энергии игнорировались, поскольку они имели больше недостатков, чем преимуществ в отношении конкретного применения, некоторые из них включают слишком большой вес или размер, ограниченность определенных перемещений или просто недостаточную плотность энергии.Большинство источников энергии определяются с использованием их соответствующих плотностей энергии и мощности.

    Плотность мощности относится к количеству энергии, которое источник может обеспечить в конкретном случае, тогда как плотность энергии относится к энергии, которая может храниться в источнике, следовательно, как долго это количество энергии может быть доставлено. Со ссылкой на график Рагона из [18] суперконденсаторы (SC) имеют большую плотность мощности (80–75 000 Вт / кг), но небольшую плотность энергии (0,09–0,10 Втч / кг), что позволяет им обеспечивать большое количество энергии, но на короткий период времени.ТЭ имеют большую плотность энергии (200–3 000 Вт / кг), но низкую удельную мощность (1,5–20 Вт / кг), что позволяет им обеспечивать среднее (низкое) количество энергии в течение длительного периода времени. Литий-ионные конденсаторы располагаются посередине, обеспечивая сравнительно большое количество энергии (плотность мощности, 1 000–55 000 Вт / кг) в течение предположительно длительного периода времени (плотность энергии, 18–350 Втч / кг) [18].

    Для определения недостатков различных БПЛА, имеющихся на рынке, требуется более глубокое исследование различных источников энергии.В этом разделе основное внимание будет уделено основным типам источников питания, используемых в дронах.

    3.1. Аккумуляторы

    На борту БПЛА используется много различных типов аккумуляторов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. К типам относятся: свинцово-кислотный (Pb-кислота), никель-кадмиевый (NiCad), никель-металлогидридный (NiMH), щелочной, литий-полимерный (Li-Po), литий-ионный (литий-ионный), оксид цинка (Zn-O ). 2 ), литий-воздушный (Li-air) и литий-тионилхлоридный (Li-SOCl 2 ) [19].Самые распространенные аккумуляторы для дронов — Li-Po и Li-Ion. Li-SOCl 2 — батареи имеют в два раза более высокую плотность энергии на кг по сравнению с вышеупомянутыми, а литий-воздушные батареи могут быть до семи раз выше, однако, к сожалению, они не так широко доступны и намного дороже, чем литий-ионные. По и литий-ионный. Другой вариант литий-ионных аккумуляторов, литий-сера (Li-S), также предлагает более высокую плотность по сравнению с литий-ионными при меньшей стоимости, что делает их очевидным выбором для замены литий-ионных аккумуляторов в ближайшем будущем.

    Наиболее подходящий тип батареи определяется путем сравнения плотности мощности, плотности энергии, веса, объема, срока службы, стоимости, безопасности и обслуживания (и это лишь несколько критериев) различных вариантов. Каждый из критериев влияет на разные аспекты дрона, плотность мощности влияет на возможности ускорения, плотность энергии определяет диапазон, срок службы определяет, как часто нужно будет заменять батарею, вес и объем влияют на дальность действия системы, а стоимость влияет на доступность. [20].Свинцово-кислотные, никель-металлгидридные и литий-ионные батареи являются наиболее популярными для электромобилей (EV), поскольку они способны удовлетворить требования электромобилей.

    Литий-ионные аккумуляторы способны обеспечивать высокую энергию и мощность на единицу массы аккумулятора; они также легче и компактнее, чем другие аккумуляторные батареи. Другие преимущества включают высокую энергоэффективность, отсутствие эффекта памяти и сравнительно долгий срок службы. Одним из основных недостатков этих аккумуляторов является их стоимость, значительно превышающая стоимость двух других [21].

    Воздушно-литиевые батареи могут привести к значительному увеличению дальности действия электромобилей, поскольку они имеют очень высокую плотность энергии, почти сопоставимую с плотностью бензина. Они могут удерживать в 5–10 раз больше энергии, чем литий-ионный аккумулятор, при том же весе или в два раза больше энергии для того же объема. Для сравнения, их расчетная плотность энергии составляет около 2000–3500 Втч / кг, что намного выше, чем у любой другой известной батареи. Небольшая литий-воздушная батарея уже разработана с плотностью 600 мАч / г по сравнению с плотностью 100–150 мАч / г литий-ионной батареи того же размера [22, 23].Среди всех этих преимуществ есть несколько недостатков, перезаряжаемая версия этой батареи представляет собой проблему, поскольку она имеет очень ограниченное количество циклов перезарядки / разрядки, у них очень низкая скорость перезарядки и они чрезвычайно опасны, если в ней присутствует водяной пар. кислород, так как литий бурно с ним реагирует.

    , ниже, сравнивает удельную энергию / мощность и срок службы упомянутых типов батарей. Чтобы сравнение затрат между различными типами было актуальным, необходимо выбрать контрольную точку, выбранную как емкость аккумулятора, а именно: 2 Ач.Из-за доступности были использованы значения, наиболее близкие к этому выбранному значению, а в случае батареи Zn-O 2 было использовано наибольшее значение. Сайты, на которых получены соответствующие рейтинги аккумуляторов, указаны под таблицей.

    Таблица 1

    Сравнение различных характеристик батарей разных типов (комбинированные из [20, 22, 23, 24, 25, 26]).

    O 80905 8090 9055 904 2 Ач мАч
    Тип батареи
    Свинцово-кислотная NiMH Литий-ионная NiCad Щелочная Li-Po Zn воздух Zn Li-SOCl 2
    Номинальное напряжение элемента (В) 2.1 1,2 3,6–3,85 1,2 1,3–1,5 2,7–3 1,45–1,65 2,91 3,5
    Плотность энергии (Вт · ч / кг) 60–120 100–265 40–60 85–190 100–265 442 11 140 500–700
    Плотность мощности (Вт / кг) 250–1000 250–340 150 50 245–430 100 11 400 18
    Жизненный цикл <350 1200 2000 NA, неперезаряжаемый 500 100 700 NA
    Эффективность заряда / разряда (%) 50–95 66–92 70–90 45–85 90 60–70 93 6–94
    Скорость саморазряда (%) 3–20 13.9–70,6 0,35–2,5 10 <0,30 0,3 0,17 1–2 0,08
    Рейтинг 12 V 12 V 12 555 905 905 9055 1,5 В 3,7 В 1,4 В НЕТ 3,6 В
    2 Ач 2 Ач 2 Ач 1,8 Ач 2,2 Ач 2,2 Ач
    Стоимость (долл. США / Втч) 0.6975 0,8546 0,9361 2,6778 1,6727 2,3095 0,3095 НЕТ 0,5492
    TRL 9055 955 9055 955 99055 9 9 9 6 9

    Li-Po аккумуляторы предпочтительнее большинства других аккумуляторов в портативных устройствах и электротранспорте (электромобили и их гибридные аналоги) из-за их превосходной плотности энергии, мощности к энергетическому балансу и долгому жизненному циклу [20, 24, 25].

    Основные преимущества беспилотных летательных аппаратов с батарейным питанием заключаются в том, что они способны заряжаться практически в любом месте, обычно транспортируются без ограничений и легко заряжаются путем простой замены батарейного блока. К недостаткам можно отнести небольшое количество циклов перезарядки и сравнительно низкую плотность энергии.

    3.2. Водородные ТЭ

    По мере того, как автомобили, работающие на возобновляемых источниках топлива, становятся все более популярными, исследуются альтернативные источники энергии батареям, один из которых имеет отношение к ТЭ. FC можно разделить на разные категории, т.е.е., протонообменная мембрана (PEM) FC (также известный как топливный элемент с полимерным электролитом , [36]), FC с фосфорной кислотой (PAFC), Solid Acid FC (SAFC), щелочной FC (AFC), High-temperature FC (HTFC). ) и Электроаккумуляторная FC (ESFC).

    PEMFC работает аналогично батарее, есть два электрода, анод и катод, разделенные мембраной и соединенные с помощью электролита. Топливо подается на анод, а окислитель — на катод, который затем вступает в реакцию с электролитом, а также друг с другом, заставляя электроны течь во внешней цепи от одного электрода к другому, создавая напряжение.Этот химический процесс дает два типа побочных продуктов: один из топлива, а другой из окислителя. Топливом водородного ТЭ является водород и окислитель воздуха, в результате чего в качестве побочных продуктов образуются вода и воздух. Эти FC имеют плотность энергии в 150 раз больше, чем у литий-полимерных аккумуляторов. В последнее время разработан БЛА с ручным запуском и неподвижным крылом, способный совершать 10-часовой полет на расстояние 500 км. Другая конструкция дрона использует полую структуру своего тела для хранения водорода вместо воздуха, что позволяет избежать веса, вносимого обычным хранением водорода [37].Для применения водородных ТЭ в транспортных средствах ТЭ должны иметь высокую удельную мощность, быструю реакцию на нагрузки и инфраструктуру подачи водорода. В PAFC в качестве топлива используется водород, а в качестве электролита — жидкая фосфорная кислота [38]. Этот FC имеет несколько недостатков, в том числе: фосфат-ион, поглощаемый на поверхности катализатора, препятствующий электрохимической реакции, потеря кислоты при работе при высоких температурах в течение продолжительных периодов времени, частицы платинового катализатора мигрируют и образуют более крупные частицы на электроде, уменьшая на их активной поверхности, а при высоких напряжениях появляется постепенная углеродная коррозия [39].

    SAFCs используют твердый кислотный материал в качестве электролита. Твердые кислоты представляют собой химические промежуточные соединения между солями и кислотами, при низких температурах они действуют как соли, а при более высоких температурах они претерпевают фазовый переход, чтобы действовать как кислоты. Это увеличивает проводимость и позволяет повысить эффективность FC. Электролит PEMFC представляет собой кислотную полимерную мембрану на водной основе (постоянно в жидком состоянии), тогда как SAFC содержит кислоту, которая при необходимости переходит из твердого состояния в жидкое.Этот тип ТЭ может работать с использованием газообразного водорода, полученного из различных видов топлива, что расширяет области их применения [40, 41].

    AFC — одна из первых разработанных технологий FC, в которых в качестве электролита используется жидкий раствор гидроксида калия (KOH) [42]. Этот FC выгоден тем, что имеет высокую эффективность, более низкую стоимость и простую конструкцию, однако их недостатки включают довольно короткий срок службы из-за того, что KOH разрушает детали FC, и в системе требуется очищенный кислород, поскольку он очень нетерпим к углероду. диоксид [42].

    HTFC бывают двух основных типов: твердооксидные FC (SOFC) и жидкие карбонатные FC (MCFC). В первом в качестве электролита используется твердый керамический неорганический оксид [43]. Последний использует смесь расплавленного калия и карбоната лития в качестве электролита [44], но не имеет отношения к использованию в беспилотных летательных аппаратах и ​​не будет обсуждаться далее. ТОТЭ не ограничиваются более распространенной плоской формой и часто имеют форму свернутой трубы, они работают только при высоких температурах, что позволяет использовать более недорогие катализаторы, и могут работать на различных видах топлива без необходимости очистки. [45].Последний FC — это ESFC, который представляет собой обычную батарею, которая использует водород и кислород в качестве альтернативных источников для зарядки батареи.

    PEMFC требуют относительно низких рабочих температур при сохранении высокой эффективности, плотности мощности и быстрой реакции на изменения нагрузки, что делает их предпочтительным вариантом для электромобилей или других приложений, требующих легкого источника питания небольшого размера [46, 47, 48 , 49]. FC, используемые на борту дронов, содержат буферную (Li-Po) батарею, которая используется для дополнения мощности, когда требуется пиковая мощность.Это позволяет FC использовать более длительное время на рейс, поскольку он не разряжается во время пиковых нагрузок. Однако из-за этих батарей система становится тяжелее и сокращается срок службы летательного аппарата, поскольку срок службы батарей ограничен. Срок службы этого цикла меньше, чем у FC. Другая проблема заключается в том, что FC постоянно заряжает батарею, когда она разряжается ниже оптимального напряжения, что затем уменьшает общий диапазон FC.

    Преимущества FC на дронах включают отсутствие прямого загрязнения, отсутствие звука, большую плотность энергии и почти мгновенную подзарядку.Недостатки связаны с тем, что размер значительно больше, чем у обычных дронов с батарейным питанием, эксплуатационные расходы зависят от наличия водородного газа [50], а размер газового баллона с водородом ограничивает конструкцию беспилотного летательного аппарата. При балансировке дрона необходимо учитывать резервуар с водородом, имея в виду, что вес уменьшается по мере опустошения резервуара.

    3.3. Двигатель внутреннего сгорания

    И бензиновые, и дизельные двигатели подпадают под термин «двигатели внутреннего сгорания» и состоят из относительно одних и тех же компонентов, блока двигателя, содержащего (среди прочего) камеру сгорания, поршни, топливные форсунки, а также впускной и выпускной клапаны.Двухтактный двигатель, наиболее часто используемый двигатель внутреннего сгорания, состоит из двухтактных и четырехступенчатых двигателей: впуска, сжатия, мощности и выпуска. Одно из основных различий между бензиновыми и дизельными двигателями заключается в том, что первые имеют свечи зажигания, тогда как последние не требуют этого из-за самовоспламенения дизеля при экстремальном давлении. Дизельным двигателям иногда требуется свеча накаливания, чтобы нагреть дизельное топливо до того, как оно попадет в камеру, поскольку у дизельных двигателей могут возникнуть проблемы при запуске в холодную погоду.Другие отличия заключаются в том, что бензиновые двигатели имеют более высокую скорость вращения по сравнению с дизельными, поскольку они имеют более легкие поршни, шатуны и коленчатый вал (более низкие степени сжатия) и из-за того, что бензин воспламеняется легче, чем дизель. Однако бензиновые двигатели имеют более низкий КПД, чем дизельные; сюда входит тепловой КПД [51].

    Керосин, метанол, этанол и пропан для сжиженного нефтяного газа — все это варианты доступных решений с бензиновым двигателем, и некоторые из них обладают замечательными характеристиками, одна из характеристик БПЛА с неподвижным крылом с бензиновым двигателем составляет более 20 часов с одним полным баком бензин [51].Вес дрона в полете постоянно уменьшается за счет уменьшения веса топлива, что увеличивает дальность полета. Дизельные двигатели имеют самый высокий КПД среди всех двигателей внутреннего сгорания, они также могут работать на различных видах топлива, некоторые из которых имеют более высокую плотность энергии и более безопасны для окружающей среды, а для внешней системы требуется более низкое напряжение, что позволяет лучше адаптироваться к окружающей среде [52 , 53]. Дизельные двигатели в целом более надежны, чем бензиновые, но это также приводит к тому, что они тяжелее и громоздче, что контрпродуктивно при использовании на борту дрона.

    Преимущества беспилотных летательных аппаратов с двигателями внутреннего сгорания заключаются в увеличении времени полета, надежности, компактности, легкости и хорошем удельном расходе топлива. Недостатки заключаются в том, что они тяжелее по сравнению с дронами с батарейным питанием и требуют более сложного обслуживания [54].

    3.4. Солнечная энергия

    Преобразование солнечного света в электричество чаще всего осуществляется путем преобразования света в электрический ток с помощью фотоэлектрического эффекта. Затем этот ток либо напрямую используется, либо накапливается в батарее, а батарея обеспечивает питание системы.Для солнечной энергии используются две основные технологии: фотоэлектрические системы или концентрированная солнечная энергия (CSP). Первый представляет собой прямое преобразование солнечного света в электричество, а второй используется для производства пара, который позволяет турбине вырабатывать электричество [55, 56, 57]. Солнечные панели обычно используются на борту беспилотных летательных аппаратов с неподвижным крылом, поскольку для них требуется большая поверхность, но они также могут использоваться для увеличения дальности действия беспилотного летательного аппарата роторного типа (используемого для обеспечения основной мощности роторного типа). Дроны на солнечных батареях работают бесшумно, имеют низкие эксплуатационные расходы, низкие затраты на обслуживание и имеют отличный углеродный след, однако для их эффективности требуется большая площадь панелей, что значительно увеличивает размер дрона и панелей. для работы требуется солнечный свет.

    3.5. Краткое описание недостатков источника питания

    Для каждого из соответствующих источников питания, упомянутых выше, было дано описание с некоторыми из их основных преимуществ и недостатков. В этом разделе будут подробно рассмотрены недостатки каждого источника питания, чтобы показать, где есть возможности для улучшения, как это кратко изложено ниже.

    Таблица 2

    Краткое описание недостатков каждого источника энергии.

    Источник питания Дефицит
    Батареи Низкие циклы перезарядки; низкая плотность энергии; сравнительно небольшое время полета; период подзарядки значительно дольше, чем у других; опасны для окружающей среды и / или операторов; ограниченное время полета, таким образом, ограничивало применение [58, 59, 60].
    Водородные ТЭ Больший размер; ограничено наличием водородного газа и размером газового баллона; довольно дорого; более низкая энергоэффективность по сравнению с батареями из-за сложных требований к управлению питанием [61]; процесс извлечения водорода увеличивает время дозаправки [62];
    Двигатель внутреннего сгорания Тяжелее; больший размер; шумный; комплексное обслуживание;
    Солнечная энергия Для солнечных панелей требуется большая площадь; требует солнечного света; намного тяжелее других; значительно большая стоимость, чем у других; Требуется алгоритм отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) [63].

    3.6. Сравнение основных источников питания

    Каждый из источников питания в предыдущем разделе имеет свои преимущества и недостатки, они будут обсуждаться в этом разделе с особым акцентом на следующих аспектах: удельная энергия, время полета, вес, полезная нагрузка, подзарядка / время и стоимость разряда. Для этого сравнения будут оценены наиболее распространенные источники энергии, используемые в дронах. Беспилотные летательные аппараты с литий-полимерными батареями будут оцениваться на предмет различных типов батарей, поскольку они, как правило, дают наилучшие результаты [64] и в настоящее время являются наиболее распространенными аккумуляторами, используемыми в дронах.

    Для достаточного сравнения источников была выбрана контрольная точка грузоподъемности около 5 кг для каждого дрона, что позволяет провести более разумное сравнение между источниками. Следует отметить, что время полета беспилотного летательного аппарата с двигателем внутреннего сгорания и двигателем FC зависит от размера топливного бака. Вышеупомянутые аспекты кратко изложены ниже.

    Таблица 3

    Сравнение различных характеристик различных источников питания.

    кВт
    Название продукта Li-Po аккумулятор
    Hydrogen FC
    Бензин
    Solar
    DJI Matrice 600 5 BMPower Airbus Zephyr 8
    Удельная энергия (Втч / кг) 9,99 646 2600 435
    Время полета (мин) ∗ 20160
    Масса (кг) 10 6.5 4,9 60
    Полезная нагрузка (кг) 5 5 5 5
    Время зарядки / разрядки (мин) 92 Время заправки 4 Постоянная подзарядка через панели
    Стоимость (в долларах США по данным на 2019 год) 5699 13410 1 550 3000000

    Для сравнения различных дронов будет обязательный.В этом документе за основу будут взяты отношения времени полета к весу, полезной нагрузки к времени полета, полезной нагрузки к весу, времени полета к стоимости и времени полета до времени перезарядки. Эти значения представлены в. Для первого отношения предпочтительнее значение больше 1, и чем оно больше, тем лучше, поскольку это указывает на то, что время полета БПЛА меньше зависит от его веса, следовательно, меньше потерь. Второе соотношение предпочитает меньшие значения, но близкие к 1, поскольку это отражает хорошее время полета, но при этом учитывает полезную нагрузку, что является преимуществом, поскольку может иметь более широкую область применения.Значения выше 0 для третьего отношения показывают, что БПЛА способен нести вес, превышающий его собственный, что опять же увеличивает область его применения, чем больше — тем лучше. Для четвертого соотношения желательно, чтобы дрон имел большое время полета и меньшую сопоставимую стоимость, поскольку это указывает на хорошее соотношение цены и качества, поэтому желательно значение ближе или больше, чем единица. И для окончательного коэффициента предпочтительно, чтобы время полета было намного больше, чем время перезарядки, поскольку это указывает на очень хорошую эффективность и еще раз позволяет использовать БПЛА во многих других областях, поэтому желательно значение больше 1.

    Таблица 4

    Сравнение соотношений источников питания.

    Передаточные числа
    Время полета (мин) Вес (кг) Полезная нагрузка (кг) Время полета (мин) Полезная нагрузка (кг) Вес (кг) Время полета (мин) Стоимость (долл. США) ) Время полета (мин) Время перезарядки (мин)
    Батарея 2 0,25 0,5 0,003509 0,217391
    46154 0,02 0,769231 0,018643 <250
    Горение 24,4898 0,041667 1,020408

    9055 9055 9055 9055 9055 9055 0,014881
    0,083333 0,000112 <336

    Значения, выделенные жирным шрифтом, показывают, где было получено наилучшее значение для каждого отношения, таким образом, из изучения результатов кажется, что дроны для сжигания являются лучшим вариантом.Батареи имеют лучшее соотношение полезной нагрузки и времени полета, в то время как другие отношения намного отстают от других источников питания. Водородные ТЭ занимают второе место по сравнению с Combustion, поскольку у них лучшее соотношение времени полета к весу и либо второе, либо третье место по всем остальным соотношениям. Это позволяет FC склоняться к тому, чтобы стать лучшим вариантом для использования бортовых дронов, поскольку FC отстают только в том, что касается стоимости. Они довольно легкие, имеют отличное время полета, могут нести большое отношение полезной нагрузки к весу и очень быстро перезаряжаться, что позволяет им иметь гораздо больше применений, чем большинство других вариантов.Дроны с водородным двигателем FC в основном ограничены в отношении стоимости, размера топливного бака и приобретения водородного топлива. суммирует содержание раздела 3.1 данной статьи.

    Таблица 5

    Сводка представленной информации об источниках питания.

    01 Легкий вес .
    Не может обеспечить пиковую мощность.
    Источник питания Преимущества против недостатков Возможные комбинации Время полета Пиковая мощность Размер Шум Скорость заряда / разряда
    Hydrogen FC
    Солнечная панель
    S / HCs
    4 2 1 3 4
    Hydrogen FC Без загрязнения, тише, быстрая подзарядка.
    Более крупный, не может обеспечить пиковую мощность, эксплуатационные расходы зависят от наличия водорода.
    Аккумуляторы
    S / HC
    2 3 2 1 1
    Двигатель внутреннего сгорания Надежный.
    Тяжелый, громоздкий, ограниченный дроном с неподвижным крылом.
    Solar
    Electric
    3 1 3 4 2
    Солнечные панели Тихая работа, низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание.
    Больший размер из-за требований к пространству на панели, ограничен дроном с неподвижным крылом.
    Батареи
    Laser
    1 4 4 2 3

    Были перечислены некоторые преимущества и недостатки каждого источника питания, а также возможные комбинации для каждого источника.Основными критериями для определения эффективности каждого источника являются время полета, пиковая мощность, размер, шум, скорость заряда / разряда и количество комбинаций, частью которых может быть каждый источник. Каждому источнику была дана оценка из 4 баллов, 4 из которых были худшими, а 1 — лучшими, просто для того, чтобы сравнить источники друг с другом. Эти значения были оценены либо из литературы по каждому источнику питания, либо из. Из таблицы видно, что батареи являются лучшими, если учитывать только размер, поскольку их не хватает во всех других категориях, водородные ТЭ кажутся хорошим вариантом, поскольку они входят в тройку лучших во всех категориях, двигатели внутреннего сгорания — хороший вариант, если размер и шум не являются минимальными. проблема и солнечные батареи являются самым большим вариантом и имеют самую низкую пиковую мощность.

    Дроны Hydrogen FC работают с использованием буферной батареи, что по сути делает их гибридной системой. Эта батарея обычно представляет собой Li-Po аккумулятор и в некоторой степени решает проблему плохой пиковой мощности. Однако, как упоминалось в этой статье, Li-Po аккумуляторы долго перезаряжаются, имеют короткий срок службы и низкую удельную мощность. Хотя это увеличивает эффективность FC, это в некоторой степени также снижает общий срок службы FC и не дает такого большого увеличения общей плотности мощности системы.Это открывает окно для дальнейшего исследования решения проблемы плотности мощности, которая будет обсуждаться в следующем разделе.

    3,7. Возможные решения по сокращению времени полета

    Есть несколько возможных решений для уменьшения времени полета дронов, питаемых от этих различных источников энергии, например,

    • 1. Методы беспроводной зарядки, которые включают, порывы ветра, фотоэлектрические массивы, лазер и Разгрузка аккумулятора

    • 2. Методы на основе электромагнитного поля (ЭМП)

    • 3.Методы беспроводной зарядки, которые включают в себя порывы ветра, фотоэлектрические массивы, лазер и сброс аккумуляторов.

    • 4. Гибридизация

    Первые три метода относятся к дронам с батарейным питанием или дронам, содержащим батареи. Четвертый метод может быть применен ко всем упомянутым источникам питания и поэтому будет единственным решением, обсуждаемым далее.

    3.7.1. Гибридизация

    Гибридные системы содержат два или более типов источников энергии, обычно один используется для генерации другого или один предпочтительнее, а другой используется в определенное время для повышения эффективности.Принцип, лежащий в основе этого, заключается в том, что один из источников энергии имеет больше преимуществ, чем другой в нормальных условиях, тогда как другой обеспечивает специальные преимущества, которые полезны в определенные моменты во время работы. Это помогает улучшить энергетическую и топливную эффективность системы [69, 70, 71]. Из раздела 3.1 очевидно, что некоторые источники питания имеют преимущества перед другими и наоборот. У некоторых источников есть недостатки, которые можно устранить или улучшить, используя альтернативные источники.Здесь необходимо учитывать концепцию гибридизации. Комбинируя два или более источников питания, можно объединить их преимущества и свести к минимуму их недостатки. Однако особого внимания требует метод гибридизации.

    Обычно существует пять категорий гибридных транспортных средств: параллельные (PH), умеренно параллельные (MPH), разделенные по мощности или последовательно-параллельные (SPH), последовательные (SH) и гибридные (PIH). PH может функционировать с использованием любого из источников, используемых в гибриде, или одного индивидуального; когда используются оба, использование делится поровну.MPH предпочитает использовать один и использует другой, когда требуется помощь. SPH может использовать оба в различных соотношениях, то есть 100% обоих или 60% одного и 40% другого; следовательно, можно регулировать эффективность. Обычно SPH также использует только один источник питания, либо когда требуется помощь, либо когда требования к мощности действительно низкие, чтобы уменьшить расход топлива. SH использует один источник питания (электроэнергию) в качестве основного источника питания, а другой (бензиновый / дизельный генератор) использует для подзарядки основного источника, таким образом, второй источник питания не подключен к основной энергосистеме.PIH постоянно использует основной источник питания и использует сетевое питание через вилку для подзарядки, что позволяет избежать использования двигателя внутреннего сгорания для этой цели. Тогда использование двигателя внутреннего сгорания остается на усмотрение водителя, что делает этот вариант более чистым из пяти [72, 73, 74, 75, 76].

    Тип используемого гибридного метода зависит от многих аспектов, включая стоимость, доступность, предпочтения пользователя и применение. Некоторые районы мира далеки от надежных источников энергии, поэтому использование возобновляемых источников энергии становится обязательным, но эти источники, как правило, имеют низкую плотность энергии и плохую стабильность.Для борьбы с этим возобновляемый источник комбинируется с чем-то менее возобновляемым или другим возобновляемым источником [77]. Еще одним преимуществом гибридных систем может быть сокращение выбросов углекислого газа. Чтобы удовлетворить потребности как в энергии, так и в мощности, гибридные источники питания становятся все более популярными. Некоторые из этих гибридных источников питания, солнечные гибриды, бензино-электрические гибриды, подключаемые гибридные электрические (PHE) и гибриды, содержащие SC, описаны ниже.

    Гибридные солнечные системы включают комбинацию фотоэлектрических систем и систем CSP друг с другом или других форм выработки энергии, таких как дизельное топливо, ветер или биогаз.Эта гибридизация позволяет системе модулировать выходную мощность в зависимости от спроса или уменьшать колебания, вызванные солнечной энергией [78]. Гибридные дроны на солнечной энергии обладают невероятной выносливостью. К этим типам дронов относятся и привязные системы. Это системы, которые позволяют неограниченное время полета в небольшом радиусе. Эти типы БПЛА используются больше в военных или промышленных целях и поэтому не представляют интереса для данной статьи.

    Бензин-электрические гибриды в основном используются для рекуперативного торможения, двойной мощности или меньшего холостого хода.Когда транспортное средство замедляется для разрушения, энергия используется для подзарядки аккумуляторов, в зависимости от условий вождения мощность может быть разделена между двумя источниками, или транспортное средство может быть выключено и перезапущено легче с помощью электродвигателя, когда транспортное средство подъезжает к стоп [79]. Для приложений БПЛА эти типы сочетают в себе быстрые реакции электродвигателя с преимуществами полета с бензиновым двигателем. Системы Plug-in Hybrid Electric (PHE) используют двигатель внутреннего сгорания в качестве дополнения к электрическому двигателю, когда уровень заряда батареи слишком низкий.Электродвигатель питается в основном от фотоэлектрических батарей. Основным недостатком этой гибридной системы является необходимость двигателя внутреннего сгорания [80].

    Конденсатор состоит из электродов (анода и катода), разделенных электролитом [81]. Варианты конденсаторов различаются по типу используемых электродов и электролита. Электростатические конденсаторы накапливают заряды за счет диэлектрической поляризации, их плотность энергии не очень высока, но плотность энергии высокая, что делает их хорошими для приложений, требующих короткой продолжительности, высокой эффективности и высокой выходной мощности.SC можно разделить на две категории: конденсаторы с двойным слоем (DLC) и электрохимические конденсаторы (EC). Первый включает разделение зарядов на границе раздела электродов и электролитов; емкость пропорциональна площади материала электрода. Последний функционирует по принципу быстрых окислительно-восстановительных реакций Фарадея, поэтому полагаясь на сильные обратимые окислительно-восстановительные реакции, происходящие на поверхности электродов или внутри электродов, для создания удельной емкости.Пробойный потенциал электролита ограничивает напряжение конденсаторов до 3 В; поэтому требуется последовательное соединение для увеличения рабочего напряжения, которое одновременно снижает эффективную емкость.

    SC основан на высоком рабочем напряжении электролитического конденсатора и сочетает в себе электролитический и EC, чтобы иметь лучшие характеристики с высоким рабочим напряжением, удельной емкостью и плотностью энергии [81]. У SC есть преимущество быстрой зарядки, большой удельной мощности и длительного срока службы, а основным недостатком является их низкая удельная энергия.Их преимущества делают их наиболее подходящим вариантом для дополнения другого источника питания, требующего увеличения пиковой мощности. SC обладают способностью доставлять быстрые всплески энергии во время пиковых нагрузок и накапливать энергию и избыточную мощность, которые в противном случае были бы потеряны. У них гораздо меньшая плотность энергии, чем у батарей, но они отлично восполняют эту нехватку энергии [82, 83, 84, 85].

    Использование SC на беспилотных летательных аппаратах все еще находится на начальных этапах реализации, и поэтому ресурсы, подробно описывающие их эффективность, очень ограничены.Заряд и разряд СЭ происходит очень быстро по сравнению с аккумуляторами, они имеют высокую удельную мощность и практически неограниченные циклы перезарядки. С другой стороны, они могут быть большими и громоздкими, должны использоваться в качестве дополнения к основному источнику питания и не могут эффективно функционировать в качестве основного источника питания. Использование SC на беспилотных летательных аппаратах обычно связано с дополнительными возможностями, они используются в качестве вторичного источника для дополнения первичного источника, когда требуется пиковая мощность, и поэтому существует множество различных гибридных систем, содержащих SC.

    Алюминиевый воздушный FC (AAFC) может быть объединен с суперконденсаторами для образования источника питания. AAFC имеют более высокую плотность энергии, чем большинство других батарей, но имеют более низкую удельную мощность, поэтому сам по себе AAFC не является жизнеспособным источником питания. Как упоминалось выше, SC имеют высокую плотность мощности, быструю зарядку и разрядку, но низкую плотность энергии. Это делает их идеальными для дополнения AAFC. Эта система состоит из трех этапов источника питания: этап 1 предполагает использование только AAFC, когда требуется низкая мощность, этап 2 использует как AAFC, так и SC для более высоких требований к мощности, а этап 3 — это тот, который происходит непрерывно, известный как рекуперативное прерывание, при котором SC заряжается за счет использования энергии, которая обычно теряется при простое системы [86].

    Литий-ионный аккумулятор имеет множество преимуществ по сравнению с другими аккумуляторами, включая высокое напряжение, легкий вес, низкий уровень саморазряда и длительный срок службы. Недостатком литий-ионных аккумуляторов является то, что если они используются в приложениях с высоким энергопотреблением, их характеристики с точки зрения веса, стоимости и срока службы значительно ухудшаются. Добавляя SC, батарея может удовлетворить среднюю потребность в мощности, в то время как SC удовлетворяет пиковую потребность в мощности во время разгона или торможения [87].

    3.7.2.Сравнение гибридных решений

    Сравнивая различные гибридные методы, представленные в этом разделе, можно будет определить, насколько они актуальны и эффективны. Это сравнение преимуществ и недостатков каждого из них приведено ниже. Согласно данным, гибриды FC и SC обладают лучшими преимуществами и имеют более желательные недостатки по сравнению с другими гибридными методами, гибриды Li-ion и SC занимают второе место, поскольку они имеют недостаток в ограниченном сроке службы по сравнению с другими гибридными методами. гибрид FC и SC.Другие гибридные методы также очень полезны, однако их недостаток состоит в том, что они немного крупнее и сложнее, чем два последних.

    Таблица 6

    Сравнение различных гибридных решений.

    Метод Преимущества Недостатки
    Солнечный гибрид Снижает колебания чистой солнечной энергии, увеличивает время полета. Ограниченная дальность полета и область применения.
    Бензиновый электрический гибрид Быстрая реакция электродвигателя, длительный срок службы двигателя внутреннего сгорания. Сложная схемотехника, громоздкие, загрязнения.
    Подключаемый гибрид В основном полагается на солнечную энергию, поэтому более эффективен. Загрязнение, громоздкая, сложная схемотехника.
    Гибрид FC и SC Экологичность, высокая энергоемкость и удельная мощность. Громоздкие, зависящие от наличия водорода, изначально дорогие.
    Гибрид Li-ion и SC Высокая энергия и удельная мощность, увеличенный срок службы. Ограничено скоростью перезарядки и циклами батарей.

    4. Заключение

    БПЛА быстро становятся повсеместным ресурсом для промышленного и коммерческого использования, поскольку они предлагают множество технологических преимуществ и преимуществ безопасности. Однако для расширения области применения необходимо модернизировать систему питания, чтобы увеличить ее срок службы. Существует множество различных источников питания для дронов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, некоторые из них больше, чем другие, в зависимости от области применения.В настоящее время наиболее популярными источниками энергии являются двигатели внутреннего сгорания, ТЭ и аккумуляторы.

    Целью данной статьи было рассмотреть различные источники энергии, доступные в настоящее время для БПЛА, определить их недостатки и какие решения в настоящее время существуют для устранения этих недостатков. Обзор был сделан, чтобы помочь выявить недостатки, относящиеся к конкретным источникам. Из этого можно сделать следующие выводы:

    4.1. Источники питания

    • • Беспилотные летательные аппараты с двигателями внутреннего сгорания обладают лучшими характеристиками по всем направлениям, их самым большим недостатком является их загрязнение.
    • • Солнечные системы, хотя и чрезвычайно экологичны с предпочтительным временем полета, намного дороже других вариантов.
    • • Если стоимость может быть оправдана преимуществами, водородные топливные элементы предлагают отличную альтернативу двигателям внутреннего сгорания, поскольку они имеют длительное время полета, малый вес и значительно короткое время дозаправки. К тому же они очень экологичны.
    • • СЭ имеют обратные преимущества и недостатки по сравнению с другими источниками питания.

    4.2. Возможные решения

    • • Большинство решений увеличивают сложность системы.
    • • Лучшие решения — гибриды FC и SC, а также гибриды Li-ion и SC.
    • • Гибридные системы позволяют уменьшить нехватку источника питания путем объединения его с другим источником питания, который имеет эти аспекты в качестве преимуществ. Это позволяет пользователю или разработчику решить, с какими недостатками можно мириться.

    Двигатели внутреннего сгорания надежны, но намного тяжелее и имеют ограниченное применение, поскольку они применяются в основном с самолетами с неподвижным крылом.FC и батареи предлагают большое время полета и больший диапазон, поскольку они более маневренны, но оба из них не могут обеспечить пиковый ток, когда это необходимо, и их подача истощает источник с большой скоростью.

    Гибридные системы имеют очень хорошее преимущество перед всеми другими системами. Они могут использовать более одного источника питания, чтобы получить определенные преимущества, которые может предложить каждый источник питания. Эти системы также стремятся устранить мелкие проблемы, такие как длительное время зарядки, короткое время полета, плохой пиковый источник питания и т. Д.Наиболее распространенным источником питания, используемым в гибридных системах, являются SC, поскольку они, как правило, имеют преимущества, которые преодолевают недостатки других источников питания.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *