Использовать генератор как стартер
Люди, интересующиеся авиацией, да и не только, давно знают, что самолет SSJ -100 в основном состоит из иностранных агрегатов и деталей. Я думаю, это и есть основная проблема этого самолета – зависимость от других стран.
Для решения этой проблемы, уже в будущих лайнерах, появилась программа импортозамещения. Так, уже успевший приятно нашуметь самолет МС-21, состоит преимущественно из отечественных деталей, агрегатов.
Однако, про самолет SSJ -100 не стали забывать, ведь он занимает основную нишу региональных перевозок в стране и ближайшие годы, маршрутная сеть только будет разрастаться, а новые самолеты будут выкатываться из цехов окончательной сборки, поэтому есть смысл насыщать его российскими разработками.
Так, ученые института НГТУ НЭТИ ведут работу над проектом стартера-генератора, который может быть использован, как для уже имеющихся самолетов МС-21 и SSJ -100, так и для перспективных проектов.
Самое интересное, ученые данного института предложили применять для запуска двигателя генератор особой конструкции, естественно, это позволит, во-первых заменить устаревшую технику, а во-вторых, уменьшить, как вес самолета, так и его габариты.
То есть ученые нацелены применять генератор для запуска двигателя. Для этого необходимо использовать генератор в режиме стартера. Естественно, потребуется применить специальный преобразователь и компьютерный алгоритм. Век цифровой техники и это круто!
Более подробную информацию можно почитать на официальном сайте института НГТУ НЭТИ, ссылку прикреплю в источниках.
На самом деле, это очень перспективный проект. Представьте себе, вместо большого количества агрегатов, стартера, пусковых механизмов, использовать только генератор. Многофункциональность, всегда более выгодный продукт.
Компания Ford создала новый интегрированный стартер-генератор (integrated starter-generator — ISG) и электрическую систему с рабочим напряжением 42 В, которая будет использоваться в автомобиле Explorer в последующие несколько лет. Автомобиль обещает достичь потрясающего уровня экономии топлива и предоставит больше комфорта на основе высоких технологий и разработок. На нем предполагается использовать новую электрическую систему с повышенным напряжением, которая позволяет реализовать несколько сберегающих топливо функций, в том числе способность отключать двигатель, когда транспортное средство останавливается, и мгновенно запускать по малейшему требованию.
Интегрированный стартер-генератор, как подразумевается в названии, совмещает обычный стартер и генератор переменного тока в одном электрическом устройстве. Транспортное средство, оборудованное системой ISG, могло бы считаться умеренным гибридом, потому что способно осуществлять большинство функций гибридного электрического транспортного средства.
Рис. Двигатель, оборудованный интегрированным стартер-генератором (источник: Ford)
Помимо трех функций, общих и для полногибридного электрического автомобиля (HEV), и для умеренного гибрида (ISG), есть еще четыре функции, характерные только для полного HEV:
Рис. Сравнение систем HEV и ISG (источник: Ford)
Рис. Интегрированный стартер-генератор (ISG) на 42 В (источник: Ford)
Рис. Энергетическая установка ISG с напряжением 42 В в автомобиле с универсальным приводом (источник: Ford)
Помимо 42-вольтовой батареи и интегрированного стартер-генератора, машина снабжена еще тремя главными компонентами:
При возобновлении движении энергия постоянного тока от батареи преобразуется контроллером в энергию переменного тока регулируемой частоты и подается на ISG. Управление частотой мощного источника переменного тока позволяет запустить двигатель за доли секунды.
Рекуперативное торможение сохраняет энергию, обычно теряемую во время торможения в виде тепла. ISG во время замедления транспортного средства поглощает энергию, преобразуя ее в постоянный ток, и подзаряжает батарею. Электро-гидравлические тормоза заменяют тормоза с вакуумным гидроусилителем, а микропроцессоры управляют действием передних и задних тормозов так, чтобы сохранять устойчивость транспортного средства при торможении. Механические тормоза автомобиля действуют совместно с ISG, так что разница между механическим и рекуперативным торможением будет незаметна водителю.
ISG также обеспечивает дополнительную мощность и улучшенное качество работы, помогая двигателю при старте автомобиля. ISG иногда упоминается как интегрированный стартер-генератор-демпфер (integrated starter alternator damper — ISAD.
Вопрос : Добрый день. У меня бензогенератор с ручным стартером. Иногда меня нет дома, и в случаях отключения света (что бывает часто) генератор запускает моя жена. Ей тяжело управляться с ручным запуском, поэтому хочу сделать электростартер для бензогенератора своими руками. Как это сделать?
Ответ : Здравствуйте. Разберем 2 варианта: полноценный электростартер и запуск шуруповертом.
Полноценный электростартер – вещь сложная. Вы не сможете его установить, если: а) есть гарантийные пломбы (чтобы вмонтировать электростартер, их придется сорвать); б) вы не разбираетесь в технике (установка электростартера на бензогенератор без оного – не самая простая задача). Если гарантия истекла (или вы готовы ей пожертвовать) и если вы понимаете, как устроен двигатель внутреннего сгорания/стартер, то нужно сделать следующее:
Запуск шуруповертом – это обходной путь для тех, у кого нет возможности сделать нормальный электростартер. Что нужно:
- любой шуруповерт;
- головка, которая подойдет к распредвалу.
Все, что нужно двигателю для запуска – это пусковая частота. Для бензиновых двигателей она равна 40-50 оборотам в минуту. Вот что можно сделать:
- снять защитный кожух двигателя;
- одеть головку на шуруповерт, затем присоединить ее к коленвалу;
- нажать на кнопку.
Шуруповерт раскрутит коленвал до заветных 50 оборотов, после чего двигатель заработает самостоятельно. Конечно, этот метод выглядит немного странно, но по сути запуск двигателя производится нажатием одной кнопки – так же, как и у кнопочных электростартеров.
Современные высокопроизводительные стартер-генераторы могут экономить энергию в гибридных электромобилях , подавая электрическую энергию обратно в аккумулятор транспортного средства, когда транспортное средство затормаживается, и используя эту энергию позже для поддержки двигателя внутреннего сгорания, когда, например, требуется особенно большое количество энергии. при ускорении. Машины с электроприводом многих подключаемых гибридов также могут запускать двигатель внутреннего сгорания, но поскольку запуск для них является лишь второстепенной функцией, термин стартер-генератор не используется.
Поскольку стартер-генераторы постоянно подключены к двигателю внутреннего сгорания, отсутствует громкий шум, характерный для обычных стартеров, который возникает при включении шестерни стартера и при повороте шестерни в маховике двигателя внутреннего сгорания.
оглавление
Исторические стартер-генераторы
Стартер-генераторы постоянного тока Dynastart
Стартер-генераторы на базе двигателей постоянного тока серийно производились компанией Siba с 1935 года под торговой маркой Dynastart, а после 1959 года (после того, как Siba была поглощена Bosch) - компанией Bosch. В то время, генераторы стартеры были также известны как легкие закуски (от генератора и стартера). Машины Dynastart сидели прямо на коленчатом валу двигателей без каких-либо дополнительных передач. Машины Dynastart изначально были доступны у DKW, а позже, среди прочего, в BMW 700 , BMW 600 , BMW Isetta , Heinkel Cab , NSU Prinz , Goggomobil , Messerschmitt Kabinenroller , AWZ P 70 , Steyr-Puch 500 и 650, Steyr-Puch. Хафлингера и Vespa 50 Elestart с 1969 года . Двухтактные двигатели , которые
часто устанавливаются в небольших транспортных средствах, также могут работать задним ходом, если они запускаются в соответствующем направлении вращения. Путем простого изменения полярности стартер-генератора удалось сохранить передачу заднего хода на коробке передач.
Сегодня торговая марка DynaStart используется компанией ZF Friedrichshafen для современных генераторов стартера коленчатого вала, основанных на принципе синхронной машины с постоянными магнитами .
Современные стартер-генераторы
В современных гибридных электромобилях различают два типа стартер-генераторов: стартер-генераторы с ременным приводом и встроенные стартер-генераторы . Обычно это синхронные или асинхронные машины , работающие с трехфазным током и подключенные к бортовой сети постоянного тока и аккумулятору через преобразователь .
Стартер-генераторы с ременным приводом
Стартер-генераторы с ременным приводом или стартер-генераторы с ременным приводом ( RSG , стартер-генератор с ременным приводом ( BSG ) или интегрированный стартер-генератор с ременным приводом ( B-ISG )), как и обычный генератор переменного тока, связаны с двигателем внутреннего сгорания через ременную передачу. . Для этого требуются небольшие механические изменения в системе натяжения ременного привода, так как холостой и нагрузочная прядь во время работы чередуются. В качестве электрических машин могут использоваться синхронные машины с воздушным или водяным охлаждением , асинхронные машины или реактивные реактивные машины . Однако мощность, которая может передаваться ремнем с разумными затратами и механическими потерями, невелика, поэтому стартер-генераторы с ременным приводом можно использовать только для микро- и мягких гибридов.
Примерами автомобилей с ременным стартер-генератором в 12-вольтовой электрической системе являются автомобили группы PSA с двигателями e-HDi (например, Citroën C4 , Citroën C5 или Peugeot 308 с 2010 года ). Эти автомобили оснащены стартер-генераторами от французского поставщика Valeo с номинальной мощностью 2,2 кВт. Модели mhd Smart (серия 451) также имеют 12-вольтовый ременный стартер-генератор от Valeo.
Автомобили с ленточным стартером-генераторами с рабочим напряжением 48 В ( мягкий гибрид ) производятся серийно с 2016 года . Благодаря более высокому напряжению достигается электрическая мощность до 10 или 15 кВт. Такие системы в сочетании с небольшой литий-ионной батареей могут помочь снизить расход топлива за счет более длительных фаз остановки-старта, плавания по автобану и большей рекуперации на испытательном стенде на 13 процентов и в условиях городского движения более чем на 20 процентов.
| поставщик | Макс. Мощность (электрическая, с рекуперацией) | Макс. Мощность (механическая, наддув) |
|---|---|---|
| Роберт Бош GMBH | 11,5 кВт | 9,7 кВт |
| Continental AG | 16 кВт | 14 кВт |
| Валео | 12 кВт | - |
Встроенные стартер-генераторы
В более мощных легкогибридных автомобилях используются встроенные стартер-генераторы ( ISG , также стартер-генератор коленчатого вала ( KSG ), англ. Crankshaft-Mounted Integrated Starter Generator ( C-ISG )). Они располагаются непосредственно на коленчатом валу между двигателем внутреннего сгорания и трансмиссией. Таким образом, передаваемая мощность по существу ограничена только характеристиками стартер-генератора или преобразователя. Недостатком является то, что требуются значительные механические изменения существующих систем, а установка на коленчатый вал (коаксиальная) приводит к удлинению трансмиссии . Для сохранения общей длины ISG также может быть установлен параллельно в осевом направлении рядом с двигателем за счет ширины и интегрирован через ступень уменьшения. Из-за редукции электродвигатель может быть рассчитан на более высокую скорость и, следовательно, легче.
Если двигатель внутреннего сгорания отключается через дополнительную муфту, потерь из-за тормозящего момента двигателя не возникает. Таким образом, встроенный стартер-генератор может рекуперировать более высокую электрическую мощность, чем стартер-генератор с ременным приводом. Также возможно вождение на электричестве.
Преимущества стартер-генераторов
Стартер-генераторы, которые сегодня обычно строятся как синхронные машины с постоянными магнитами , намного эффективнее генераторов переменного тока и имеют высокую удельную мощность.
Процесс запуска
При запуске стартер-генераторы имеют много преимуществ перед обычными системами со стартерами. Обычный стартер после зацепления разгоняет коленчатый вал до определенной скорости (около 250 об / мин). Затем он впрыскивается впервые, и двигатель внутреннего сгорания самостоятельно разгоняется до скорости более 1000 об / мин. С одной стороны, этот процесс занимает относительно много времени и сопровождается множеством надоедливых вибраций и шумов. Стартер-генератор на 48 В благодаря более высокой выходной мощности и постоянному соединению с коленчатым валом может разгонять коленчатый вал непосредственно до 500 об / мин или 1000 об / мин (ISG), только после этого осуществляется впрыск топлива (высокоскоростной запуск). Таким образом, запуск стартер-генератора практически незаметен для водителя, что улучшает принятие систем старт-стоп .
Старт также занимает значительно меньше времени. В то время как обычному стартеру требуется около 0,8 с, стартер-генераторы на 48 В, подключенные в настоящее время, могут сделать это примерно за 0,5 с. Из-за процесса зацепления стартер может запускать двигатель только при остановленном коленчатом валу. Поэтому запуск двигателя во время движения является проблематичным и особенно медленным в ситуациях, когда вы меняете мнение . По этой причине старт / стоп активируется только на очень низких скоростях. Это отличается от стартер-генераторов, они постоянно подключены к коленчатому валу и, следовательно, также могут запускать двигатель, который набирает обороты. Поэтому серийные автомобили со стартер-генераторами активируют функцию старт / стоп на скорости 20 км / ч, что положительно сказывается на расходе топлива. Двигатель также можно выключить в определенных дорожных ситуациях, если это не требуется для движения ( плавание ).
Прочие преимущества
Помимо запуска двигателя стартер-генераторы также предлагают следующие возможности:
- Функция наддува ; улучшенный трогание с места и ускорение благодаря дополнительному крутящему моменту.
- Выздоровление ; По сравнению с обычными генераторами, повышенная рекуперация энергии и повышенная эффективность.
- Гашение вибрации в трансмиссии.
- Пуск / остановка ускорителя ; Двигатель внутреннего сгорания можно запустить при ускорении и выключить при снятии акселератора.
- Оптимизация точки нагрузки ; Двигатель внутреннего сгорания работает близко к точке наилучшего КПД, когда стартер-генератор вырабатывает энергию в качестве дополнительной нагрузки двигателя и подает ее в аккумуляторную батарею или принимает ее в качестве опоры двигателя.
- Оптимизация выхлопных газов ; холодной продувки доочистки выхлопных газов относительно холодными выхлопными газами холостого хода можно избежать, часто выключая двигатель внутреннего сгорания.
литература
Индивидуальные доказательства
-
Эта страница последний раз была отредактирована 13 августа 2021 в 05:41.
Впрочем, возможно, дело не в косности мышления большинства автопроизводителей, а в банальном соотношении цена/качество. За столь огромное время, что стартер и генератор применялись на автомобиле, их конструкция полностью устоялась. Само собой, по мере появления новых возможностей, вроде изобретения полупроводников, изменения происходили, но без резких телодвижений. Что может быть проще и дешевле двух обмоток с набором дополнительного функционала: обгонными муфтами, диодными мостами и тому подобными копеечными фишками? В общем, пока основная часть воза и ныне там, вспомним все этапы совершенствования систем пуска и снабжения бортовой сети электроэнергией.
В автомобиле все взаимосвязано, а генератор постоянного тока мало того, что был громоздким и тяжелым, так еще и давал серьезные ограничения тока нагрузки. Коллектор требовал постоянного обслуживания – в общем, чтобы не встать в один прекрасный момент на дороге с посаженным аккумулятором, и использовался сей запасной вариант в виде заводной ручки.
Если генератор все ж таки со временем претерпевал некоторые изменения, то конструкция классического стартера устоялась быстро. Разница была лишь в нюансах, вроде расположения пусковой шестерни, но это непринципиально. Две обмотки, щеточный узел, втягивающее реле, обгонная муфта да шестерня – вот, пожалуй, и все, модернизировать практически нечего.
Но и на этом проекты по модернизации не остановились – пока есть что улучшать, работы ведутся. Генератор, в отличие от стартера, работает постоянно, поэтому инженеры стараются учесть все детали и исключить слабые узлы. Одним из таких узлов разработчики посчитали щеточный узел. Кроме того, появилась возможность дополнительно увеличить надежность агрегата в целом и получить более стабильный ток на выходе. В результате на свет появились индукторные генераторы – бесконтактные машины переменного тока с электромагнитным возбуждением. Один из полюсов сажается на ротор, другой на статор. Все бы хорошо, но, к сожалению, для легковой техники такой замечательный механизм слишком габаритен и тяжел, поэтому широкое распространение он получил пока лишь на грузовиках и автобусах. А там как знать – может, со временем индукторная электрическая машина станет меньше и легче, а может, в массе своей и нет. Не исключено, что рано или поздно отдельный генератор и стартер вообще посчитают тупиковым путем эволюционного развития бортовой сети. Такое ощущение, что вопрос лишь в широкой доступности современных технологий. У кого они будут доступнее, в том числе и в материальном воплощении, тот и победит.
Еще двадцать лет назад компанией ISAD Systems разработан единый стартер-генератор, который реально закрывает все вопросы с нехваткой электроэнергии в самых пиковых случаях (подключены все потребители), в случае и с электротрансмиссией, и с гибридным приводом. Он способен существенно помогать ДВС на разгоне, подзаряжать аккумуляторы во время торможения, выдавать разную силу тока в зависимости от задач. Правда, для того, чтобы интегрировать подобную систему в ДВС, придется мало того, что залезть в механическую часть мотора, необходимо подружить еще единый блок ЭБУ с системой управления стартером-генератором. Дорого, сложно, и в случае разногласий по-простому демонтировать сей узел не выйдет.
Остановимся поподробнее на продукте Continental ISAD Systems – именно она на настоящий момент самая сложная и многофункциональная. Итак, на венце маховика зубьев теперь нет, поскольку маховик – ротор, снаружи него, как и положено, размещается статор. Управляющая электроника по сигналам с датчиков сама определяет, какой режим в настоящий момент требуется мотору – стартера или генератора. Ременного привода тоже нет, что увеличивает надежность, но снижает ремонтопригодность. Ну а дальше все просто, пусть и в теории.
С генераторной функцией единого блока еще интереснее: благодаря большой мощности он питает аж четыре раздельные сети. Одна на привычные 12 В, обеспечивающая стандартные потребители, отдельно выделена сеть на 42 В для питания кондиционера, на 100 В для систем запуска и впрыска и 220 В для бытовых внешних электроприборов, которым теперь тоже есть откуда запитаться.
Кто бы мог первым из автопроизводителей рискнуть, поставив на серийную машину такой инновационный узел? Ну конечно, компания Citroen, им мейнстрим был всегда чужд. Так что впервые ISAD был интегрирован в модель Citroen Xsara. Судя по всему, данная модификация была выпущена малой серией, толковых отзывов о работе системы, к сожалению, нет.
Но такую разработку, как блок стартера-генератора, игнорировать было нельзя, поэтому компания создала собственную версию узла. Они предложили двухуровневую систему напряжения: на 42 и 14 В, причем генератор вырабатывает только 42 В, 14 В получаются с помощью преобразователя. 42 В питают подогрев катализатора, сервоприводы, топливный и водяной насосы, а также обеспечивают работу блока в момент пуска двигателя. Все остальные потребители используют 14 В.
Интересно, что стартер-генератор представлен в двух исполнениях – выбирай какое хочешь. Одно – как у ISAD System: маховик является ротором, а узел интегрирован в ДВС. И другой вариант, не менее интересный: он сочетает преимущество модульной конструкции с возможностью легкой замены или ремонта, поскольку стоит отдельно. Приводится такая электрическая машина по-прежнему, поликлиновым ремнем, но мы с вами знаем, что подобная передача достаточно надежна. Отдельный стартер-генератор представляет собой индукторный электродвигатель с электромагнитным возбуждением, о котором выше уже упоминалось. В зависимости от целей тот работает в соответствующем режиме, получая команды от блока ЭБУ.
В общем, развитие идет своим путем – иногда медленно, иногда быстро, однако в серию попадают лишь те разработки, которые на данный момент являются оптимальными для производителя/потребителя. Так что не стоит торопиться с оценками, прихотливый эволюционный путь может изменить привычное направление или вообще повернуть в другую сторону.
Читайте также: