Система питания
Система питания двигателя служит для приготовления горючей смеси из паров топлива и воздуха в определенных пропорциях, подачи ее в цилиндры двигателя и отвода из них отработавших газов. За подачу топлива в цилиндры в современных автомобилях отвечает система впрыска топлива, основными элементами, которой являются форсунки.
Устройство системы питанияВ систему питания карбюраторного двигателя входят: топливный бак, фильтр-отстойник, топливопроводы, топливный насос, фильтр тонкой очистки топлива, карбюратор, воздухоочиститель, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, приемные трубы, глушитель, приборы контроля уровня топлива.
Работа система питанияПри работе двигателя топливный насос засасывает топливо из топливного бака и через фильтры подает в поплавковую камеру карбюратора. При такте впуска в цилиндре двигателя создается разрежение и воздух, пройдя через воздухоочиститель, поступает в карбюратор, где смешивается с парами топлива и в виде горючей смеси подается в цилиндр, и там, смешиваясь с остатками отработавших газов, образуется рабочая смесь.
1 — канал подвода воздуха к воздушному фильтру; 2 — воздушный фильтр; 3 — карбюратор; 4 — рукоятка ручного управления воздушной заслонкой; 5 — рукоятка ручного управления дроссельными заслонками; 6 — педаль управления дроссельными заслонками; 7 — топливо проводы; 8 — фильтр-отстойник; 9 — глушитель; 10 — приемные трубы; 11 — выпускной трубопровод; 12 — фильтр тонкой очистки топлива; 13 — топливный насос; 14 — указатель уровня топлива; 15 — датчик указателя уровня топлива; 16 — топливный бак; 17— крышка горловины топливного бака; 18 — кран; 19 — выпускная труба глушителя.
Топливо. В качестве топлива в карбюраторных двигателях обычно используют бензин, который получают в результате переработки нефти.
Требования, предъявляемые к бензинам:
• быстрое образование топливовоздушной смеси;
• скорость сгорания не более 40 м/с;
• минимальное коррозирующее воздействие на детали двигателя;
• минимальное отложение смолистых веществ в элементах системы питания;
• минимальное вредное воздействие на организм человека и окружающую среду;
• способность длительное время сохранять свои свойства.
Автомобильные бензины в зависимости от количества легко испаряющихся фракций подразделяют на летние и зимние.
Для автомобильных карбюраторных двигателей выпускают бензины А-76, АИ-92, АИ-98 и др. Буква «А» обозначает, что бензин автомобильный, цифра — наименьшее октановое число, характеризующее детонационную стойкость бензина. Наибольшей детонационной стойкостью обладает изооктан, (его стойкость принимают за 100), наименьшей — н-гептан (его стойкость равна 0).
Топливный бак. На автомобиле устанавливают один или несколько топливных баков. Объем топливного бака должен обеспечивать 400—600 км пробега автомобиля без заправки. Топливный бак состоит из двух сварных половинок, выполненных штамповкой из освинцованной стали. Внутри бака имеются перегородки, придающие жесткость конструкции и препятствующие образованию волн в топливе. В верхней части бака приварена наливная горловина, которая закрывается пробкой. Иногда для удобства заправки бака топливом используют выдвижную горловину с сетчатым фильтром. На верхней стенке бака крепится датчик указателя уровня топлива и топливо заборная трубка с сетчатым фильтром. В днище бака имеется резьбовое отверстие для слива отстоя и удаления механических примесей, которое закрыто пробкой. Наливную горловину бака закрывают плотно пробкой, в корпусе которой имеется два клапана — паровой и воздушный. Паровой клапан при повышении давления в баке открывается и выводит пар в окружающую среду. Воздушный клапан открывается, когда идет расход топлива и создается разрежение.
Топливные фильтры. Для очистки топлива от механических примесей применяют фильтры грубой и тонкой очистки. Фильтр-отстойник грубой очистки отделяет топливо от воды и крупных механических примесей. Фильтр-отстойник состоит из корпуса, отстойника и фильтрующего элемента, который собран из пластин толщиной 0,14 мм.
Топливный бак (а) и работа выпускного (б) и впускного (в) клапанов
Фильтр-отстойник: 1 — топливо провод к топливному насосу; 2 — прокладка корпуса; 3 — корпус-крышка; 4 — топливо провод от топливного бака; 5 — прокладка фильтрующего элемента; 6 — фильтрующий элемент; 7— стойка; 8 — отстойник; 9— сливная пробка; 10 — стержень фильтрующего элемента; 11 — пружина; 12 — пластина фильтрующего элемента; 13 — отверстие в пластине для прохода очищенного топлива; 14 — выступы на пластине; 15 — отверстие в пластине для стоек; 16 — заглушка; 17 — болт крепления корпуса-крышки.
Фильтры тонкой очистки топлива с фильтрующими элементами: a — сетчатый; б — керамический; 1— корпус; 2— входное отверстие; 3— прокладка; 4— фильтрующий элемент; 5— съемный стакан-отстойник; 6 — пружина; 7— винт креплении стакана; 8— канал для отвода топлива.
Фильтр тонкой очистки. Для очистки топлива от мелких механических примесей применяют фильтры тонкой очистки , которые состоят из корпуса, стакана-отстойника и фильтрующего сетчатого или керамического элемента. Керамический фильтрующий элемент — пористый материал, обеспечивающий лабиринтное движение топлива. Фильтр удерживается скобой и винтом.
Топливный насос служит для подачи топлива через фильтры из бака в поплавковую камеру карбюратора. Применяют насосы диафрагменного типа с приводом от эксцентрика распределительного вала.
Когда двуплечий рычаг (коромысло) опускает диафрагму вниз, в полости над диафрагмой создается разрежение, за счет чего открывается впускной клапан и наддиафрагменная полость заполняется топливом. При сбегании рычага (толкателя) с эксцентрика диафрагма поднимается вверх под действием возвратной пружины. Над диафрагмой давление топлива повышается, впускной клапан закрывается, открывается нагнетательный клапан и топливо поступает через фильтр тонкой очистки в поплавковую камеру карбюратора. При смене фильтров поплавковую камеру заполняют топливом с помощью устройства для ручной подкачки. В случае выхода диафрагмы из строя (трещина, прорыв и т. п.) топливо поступает в нижнюю часть корпуса и вытекает через контрольное отверстие.
Воздушный фильтр служит для очистки воздуха, поступающего в карбюратор, от пыли. Пыль содержит мельчайшие кристаллы кварца, который, оседая на смазанных поверхностях деталей, вызывает их изнашивание.
Требования, предъявляемые к фильтрам:
• эффективность очистки воздуха от пыли;
• малое гидравлическое сопротивление;
• достаточная пылеемкость:
• надежность;
• удобство в обслуживании;
• технологичность конструкции.
По способу очистки воздуха фильтры делятся на инерционно-масляные и сухие.
Инерционно-масляный фильтр состоит из корпуса с масляной ванной, крышки, воздухозаборника и фильтрующего элемента из синтетического материала.
При работе двигателя воздух, проходя через кольцевую щель внутри корпуса и, соприкасаясь с поверхностью масла, резко изменяет направление движения. Вследствие этого крупные частицы пыли, находящиеся в воздухе, прилипают к поверхности масла. Далее воздух проходит через фильтрующий элемент, очищается от мелких частиц пыли и поступает в карбюратор. Таким образом, воздух проходит двухступенчатую очистку. При засорении фильтр промывают.
Воздушный фильтр сухого типа состоит из корпуса, крышки, воздухозаборника и фильтрующего элемента из пористого картона. При необходимости фильтрующий элемент меняют.
Инжекторная система питания
На всех современных автомобилях с бензиновыми моторами используется инжекторная система подачи топлива, поскольку она является более совершенной, чем карбюраторная, несмотря на то, что она конструктивно более сложная.
Инжекторный двигатель – не новь, но широкое распространение он получил только после развития электронных технологий. Все потому, что механически организовать управление системой, обладающей высокой точностью работы было очень сложно. Но с появлением микропроцессоров это стало вполне возможно.
Инжекторная система отличается тем, что бензин подается строго заданными порциями принудительно в коллектор (цилиндр).
Устройство ДВСОсновным достоинством, которым обладает инжекторная система питания, является соблюдение оптимальных пропорций составных элементов горючей смеси на разных режимах работы силовой установки. Благодаря этому достигается лучший выход мощности и экономичное потребление бензина.
Устройство системы
Инжекторная система подачи топлива состоит из электронной и механической составляющих. Первая контролирует параметры работы силового агрегата и на их основе подает сигналы для срабатывания исполнительной (механической) части.
К электронной составляющей относится микроконтроллер (электронный блок управления) и большое количество следящих датчиков:
- лямбда-зонд;
- положения коленвала;
- массового расхода воздуха;
- положения дроссельной заслонки;
- детонации;
- температуры ОЖ;
- давления воздуха во впускном коллекторе.
Датчики системы инжектора
На некоторых авто могут иметься еще несколько дополнительных датчиков. У всех у них одна задача – определять параметры работы силового агрегата и передавать их на ЭБУ
Что касается механической части, то в ее состав входят такие элементы:
- бак;
- электрический топливный насос;
- топливные магистрали;
- фильтр;
- регулятор давления;
- топливная рампа;
- форсунки.
Простая инжекторная система подачи топлива
Как все работает
Теперь рассмотрим принцип работы инжекторного двигателя отдельно по каждой составляющей. С электронной частью, в целом, все просто. Датчики собирают информацию о скорости вращения коленчатого вала, воздуха (поступившего в цилиндры, а также остаточной его части в отработанных газах), положения дросселя (связанного с педалью акселератора), температуры ОЖ. Эти данные датчики передают постоянно на электронный блок, благодаря чему и достигается высокая точность дозировки бензина.
Поступающую с датчиков информацию ЭБУ сравнивает с данными, внесенными в картах, и уже на основе этого сравнения и ряда расчетов осуществляет управление исполнительной частью. В электронный блок внесены так называемые карты с оптимальными параметрами работы силовой установки (к примеру, на такие условия нужно подать столько-то бензина, на другие – столько-то).
Первый инжекторный двигатель Toyota 1973 года
Чтобы было понятнее, рассмотрим более подробно алгоритм работы электронного блока, но по упрощенной схеме, поскольку в действительности при расчете используется очень большое количество данных. В целом, все это направлено на высчитывание временной длины электрического импульса, который подается на форсунки.
Поскольку схема – упрощенная, то предположим, что электронный блок ведет расчеты только по нескольким параметрам, а именно базовой временной длине импульса и двум коэффициентам – температуры ОЖ и уровне кислорода в выхлопных газах. Для получения результата ЭБУ использует формулу, в которой все имеющиеся данные перемножаются.
Для получения базовой длины импульса, микроконтроллер берет два параметра – скорость вращения коленчатого вала и нагрузку, которая может высчитываться по давлению в коллекторе.
К примеру, обороты двигателя составляют 3000, а нагрузка 4. Микроконтроллер берет эти данные и сравнивает с таблицей, внесенной в карту. В данном случае получаем базовую временную длину импульса 12 миллисекунд.
Но для расчетов нужно также учесть коэффициенты, для чего берутся показания с датчиков температуры ОЖ и лямбда-зонда. К примеру, температура составляется 100 град, а уровень кислорода в отработанных газах составляет 3. ЭБУ берет эти данные и сравнивает с еще несколькими таблицами. Предположим, что температурный коэффициент составляет 0,8, а кислородный – 1,0.
Получив все необходимые данные электронный блок проводит расчет. В нашем случае 12 множиться на 0,8 и на 1,0. В результате получаем, что импульс должен составлять 9,6 миллисекунды.
Описанный алгоритм – очень упрощенный, на деле же при расчетах может учитываться не один десяток параметров и показателей.
Поскольку данные поступают на электронный блок постоянно, то система практически мгновенно реагирует на изменение параметров работы мотора и подстраивается под них, обеспечивая оптимальное смесеобразование.
Стоит отметить, что электронный блок управляет не только подачей топлива, в его задачу входит также регулировка угла зажигания для обеспечения оптимальной работы мотора.
Теперь о механической части. Здесь все очень просто: насос, установленный в баке, закачивает в систему бензин, причем под давлением, чтобы обеспечить принудительную подачу. Давление должно быть определенным, поэтому в схему включен регулятор.
По магистралям бензин подается на рампу, которая соединяет между собой все форсунки. Подающийся от ЭБУ электрический импульс приводит к открытию форсунок, а поскольку бензин находится под давлением, то он через открывшийся канал просто впрыскивается.
Виды и типы инжекторов
Инжекторы бывают двух видов:
- С одноточечным впрыском. Такая система является устаревшей и на автомобилях уже не используется. Суть ее в том, что форсунка только одна, установленная во впускном коллекторе. Такая конструкция не обеспечивала равномерного распределения топлива по цилиндрам, поэтому ее работа была сходной с карбюраторной системой.
- Многоточечный впрыск. На современных авто используется именно этот тип. Здесь для каждого цилиндра предусмотрена своя форсунка, поэтому такая система отличается высокой точностью дозировки. Устанавливаться форсунки могут как во впускной коллектор, так и в сам цилиндр (инжекторная система непосредственного впрыска).
На многоточечной инжекторной системе подачи топлива может использовать несколько типов впрыска:
- Одновременный. В этом типе импульс от ЭБУ поступает сразу на все форсунки, и они открываются вместе. Сейчас такой впрыск не используется.
- Парный, он же попарно-параллельный. В этом типе форсунки работают парами. Интересно, что только одна из них подает топливо непосредственно в такте впуска, у второй же такт не совпадает. Но поскольку двигатель – 4-тактный, с клапанной системой газораспределения, то несовпадение впрыска по такту на работоспособность мотора влияния не оказывает.
- Фазированный. В этом типе ЭБУ подает сигналы на открытие для каждой форсунки отдельно, поэтому впрыск происходит с совпадением по такту.
Примечательно, что современная инжекторная система подачи топлива может использовать несколько типов впрыска. Так, в обычном режиме используется фазированный впрыск, но в случае перехода на аварийное функционирование (к примеру, один из датчиков отказал), инжекторный двигатель переходит на парный впрыск.
Обратная связь с датчиками
Одним из основных датчиков, на показаниях которого ЭБУ регулирует время открытия форсунок, является лямбда-зонд, установленный в выпускной системе. Этот датчик определяет остаточное (не сгоревшее) количество воздуха в газах.
Эволюция датчика лямбда-зонд от Bosch
Благодаря этому датчику обеспечивается так называемая «обратная связь». Суть ее заключается вот в чем: ЭБУ провел все расчеты и подал импульс на форсунки. Топливо поступило, смешалось с воздухом и сгорело. Образовавшиеся выхлопные газы с не сгоревшими частицами смеси выводится из цилиндров по системе отвода выхлопных газов, в которую установлен лямбда-зонд. На основе его показаний ЭБУ определяет, правильно ли были проведены все расчеты и при надобности вносит корректировки для получения оптимального состава. То есть, на основе уже проведенного этапа подачи и сгорания топлива микроконтроллер делает расчеты для следующего.
Стоит отметить, что в процессе работы силовой установки существуют определенные режимы, при которых показания кислородного датчика будут некорректными, что может нарушить работу мотора или требуется смесь с определенным составом. При таких режимах ЭБУ игнорирует информацию с лямбда-зонда, а сигналы на подачу бензина он отправляет, исходя из заложенной в карты информации.
На разных режимах обратная связь работает так:
- Запуск мотора. Чтобы двигатель смог завестись, нужна обогащенная горючая смесь с увеличенным процентным содержанием топлива. И электронный блок это обеспечивает, причем для этого он использует заданные данные, и информацию от кислородного датчика он не использует;
- Прогрев. Чтобы инжекторный двигатель быстрее набрал рабочую температуру ЭБУ устанавливает повышенные обороты мотора. При этом он постоянно контролирует его температуру, и по мере прогрева корректирует состав горючей смеси, постепенно ее обедняя до тех пор, пока состав ее не станет оптимальным. В этом режиме электронный блок продолжает использовать заданные в картах данные, все еще не используя показания лямбда-зонда;
- Холостой ход. При этом режиме двигатель уже полностью прогрет, а температура выхлопных газов – высокая, поэтому условия для корректной работы лямбда-зонда соблюдаются. ЭБУ уже начинает использовать показания кислородного датчика, что позволяет установить стехиометрический состав смеси. При таком составе обеспечивается наибольший выход мощности силовой установки;
- Движение с плавным изменением оборотов мотора. Для достижения экономичного расхода топлива при максимальном выходе мощности, нужна смесь со стехиометрическим составом, поэтому при таком режиме ЭБУ регулирует подачу бензина на основе показания лямбда-зонда;
- Резкое увеличение оборотов. Чтобы инжекторный двигатель нормально отреагировал на такое действие, нужна несколько обогащенная смесь. Чтобы ее обеспечить, ЭБУ использует данные карт, а не показания лямбда-зонда;
- Торможение мотором. Поскольку этот режим не требует выхода мощности от мотора, то достаточно, чтобы смесь просто не давала остановиться силовой установке, а для этого подойдет и обедненная смесь. Для ее проявления показаний лямбда-зонда не нужно, поэтому ЭБУ их не использует.
Как видно, лямбда-зонд хоть и очень важен для работы системы, но информация с него используется далеко не всегда.
Напоследок отметим, что инжектор хоть и конструктивно сложная система и включает множество элементов, поломка которых сразу же сказывается на функционировании силовой установки, но она обеспечивает более рациональный расход бензина, а также повышает экологичность автомобиля. Поэтому альтернативы этой системе питания пока нет.
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.
Система питания двигателя автомобиля
Система питания двигателя автомобиля предназначена для подачи, очистки и хранения топлива, очистки воздуха, изготовления горючей смеси и пуска ее в цилиндры двигателя. Качество и объем этой смеси при различных рабочих режимах мотора должно быть разным, что также находится в компетенции системы питания двигателя. Так как мы будем рассматривать работу бензиновых моторов, в качестве топлива у нас всегда будет выступать бензин. В зависимости от типа устройства, выполняющего подготовку топливовоздушной смеси, силовые агрегаты могут быть карбюраторными, инжекторными или оборудованы моновпрыском. Для обеспечения экономичной и надежной работы мотора, бензин должен отличаться достаточной детонационной стойкостью и хорошей испаряемостью.
Детонацией ( см. детонация двигателя ) называется очень быстрое сгорание топлива, похожее на взрыв. Работа мотора с детонацией недопустима, т.к. сопровождается ударной нагрузкой на поршневые пальцы, коренные и шатунные подшипники, местным нагревом составляющих, дымным выпуском, прогоранием клапанов и поршней, увеличением топливного расхода, уменьшением мощности двигателя. На появление детонации также влияют нагрузка и скоростной режим мотора, опережение зажигания, нагарообразование на головке цилиндров и поршне ( см. работа поршня ) . Антидетонационные свойства бензинового топлива оцениваются октановой величиной. Бензин сравнивают со смесью следующих топлив: изооктан, гептан. Гептан сильно детонирует – из-за этого для него октановое число условно принимают равное нулю. Второе топливо, изооктан, слабо детонирует – октановое число для него условно принимают в 100 единиц.
Октановым числом топлива является процентное количество изооктана в такой смеси с гептаном, которая по своей детонационной стойкости равноценна применяемому топливу. К примеру, если смесь, состоящая из 24% гептана и 76% изооктана (по объему), по детонационным качествам соответствует проверяемому бензиновому топливу, то октановое число этого бензина будет равно 76. Чем больше октановое число топлива, тем выше его стойкость к детонации.
Система питания карбюраторного двигателя
Начнем с системы питания карбюраторного двигателя. Ранее мы выяснили, что в цилиндр поступает рабочая смесь (или образуется там), а после ее сгорания образовавшиеся там газы выводятся из него наружу. Теперь рассмотрим, как и за счет чего образуется рабочая смесь и куда выводятся продукты сгорания.
Принципиальная схема системы питания карбюраторного двигателя ( см. устройство двигателя автомобиля ) представлена ниже.
Составляющие системы питания карбюраторного двигателя:
- топливный бак;
- топливный насос;
- топливопроводы;
- фильтры очистки топлива;
- воздушный фильтр;
- инжектор или карбюратор.
Топливный бак – это металлическая емкость, способная вмещать от 40 до 80 литров, чаще всего монтируется в заднюю часть автомобиля ( см. топливный бак автомобиля ). Бензобак наполняется топливом через горловину, с предусмотренной трубкой для выхода воздуха в процессе заправки. Некоторые автомобили имеют бензобак, в нижней части которого находится сливное отверстие, позволяющее полностью очистить топливный бак от бензина и нежелательных составляющих – мусора, воды.
Бензин, залитый в топливный бак автомобиля, проходит предварительно очистку через сетчатый фильтр, который установлен на топливозаборнике внутри бака. В бензобаке также находится датчик уровня топлива (специальный поплавок с реостатом), данные которого отображаются на щитке приборов.
Топливный насос отвечает за подачу топлива в систему впрыска, а также поддерживает необходимое рабочее давление в топливной системе ( см. топливный насос двигателя ). Данный механизм устанавливается в топливном баке и оснащен электрическим приводом. В случае необходимости может применяться дополнительный (подкачивающий) насос. В топливном баке вместе с топливным насосом устанавливается специальный датчик уровня топлива. В конструкции датчика лежит потенциометр и поплавок. Перемещение поплавка при изменении наполненности топливного бака приводит к изменению местоположения потенциометра. В свою очередь, это приводит к увеличению сопротивления в цепи и понижению напряжения на указатель топливного запаса.
Очистка поступающего топлива происходит в топливном фильтре. Современные автомобили имеют топливный фильтр со встроенным редукционным клапаном, который регулирует рабочее давление в топливной системе. Все излишки топлива по сливному топливопроводу отводятся от клапана. На силовых агрегатах с непосредственным топливным впрыском редукционный клапан не устанавливается в топливном фильтре.
Чтобы очистить топливо от различных механических примесей, используют фильтры тонкой и грубой очистки. Фильтры-отстойники, предназначенные для грубой очистки, выполняют отделение топлива от крупных механических примесей и воды. Фильтр-отстойник состоит из основного корпуса, фильтрующего элемента и отстойника. Фильтрующий элемент – это конструкция, собранная из тонких пластин, толщиной 0,14 мм. Эти пластины имеют отверстия и выступы величиной 0,05 мм. Комплект пластин установлен на стержень и с помощью пружины прижимается к корпусу. Собранные пластины имеют щели между собой, через которые проходит топливо. Вода и крупные механические примеси скапливаются на дне отстойника и через отверстие пробки удаляются.
Топливный фильтр системы топлива дизельных силовых агрегатов ( см. устройство дизельного двигателя ) имеет немного другую конструкцию, но суть работы остается аналогичной. С определенной периодичностью выполняется замена этого фильтра в сборе или исключительно в его фильтрующей составляющей.
Чтобы очистить топливо от мелких механических примесей, используют фильтры тонкой очистки. Данная разновидность фильтров состоит из основного корпуса, фильтрующего керамического или сетчатого элемента и стакана-отстойника. Фильтрующий керамический элемент – пористый материал, который обеспечивает лабиринтное движение топлива. Крепление фильтра – винт и скоба.
Топливопроводы соединяют приборы всей топливной системы и изготавливаются из латунных, стальных и медных трубок.
В системе питания двигателя топливо циркулирует по топливопроводам. Топливопроводы бывают подающие и сливные. В подающем топливопроводе поддерживается постоянное рабочее давление. По сливному топливопроводу все излишки топлива отходят в бак для топлива.
Воздушный фильтр предназначен для очистки от пыли поступающего в карбюратор воздуха. Пыль содержит мельчайшие кристаллики кварца, которые оседают на смазанных деталях, что в дальнейшем приводит к их износу. По способу очистки воздуха, воздушные фильтры делятся на сухие и инерционно-масляные. Инерционно-масляный фильтр в своей конструкции имеет корпус с масляной ванной, фильтрующий элемент, изготовленный из синтетического материала и воздухозаборник.
При работе мотора проходящий через кольцевую щель во внутренней части корпуса воздух соприкасается с масляной поверхностью и резко изменяет траекторию своего движения. В результате этого большие частицы пыли, находящиеся в воздухе, остаются на масляной поверхности. После этого воздух попадает в фильтрующий элемент, в котором происходит его очистка от мельчайших частичек пыли и попадает в карбюратор. Благодаря этой системе воздух проходит двойную очистку. При сильном засорении фильтр промывается.
Сухой воздушный фильтр состоит из корпуса, фильтрующего элемента из пористого картона и воздухозаборника. В случае необходимости фильтрующий элемент можно заменить.
Карбюратор ( см. устройство карбюратора ) – прибор, служащий для приготовления горючей смеси из воздуха и легкого жидкого топлива, для питания карбюраторных моторов. Распыляемое топливо в карбюраторе перемешивается с воздухом и затем подается в цилиндры.
Система питания инжекторного двигателя служит для образования топливно-воздушной смеси с помощью топливного впрыска.
Работа системы питания двигателя
Если вкратце рассмотреть работу системы питания двигателя, то выглядит она следующим образом.
Топливо (в данном случае бензин) за счет разрежения воздуха, создаваемого в системе при движении поршня от ВМТ к НМТ, а также с помощью топливного насоса, поступает в карбюратор автомобиля, проходя через фильтры. Топливный насос подает бензин из бака. Топливные насосы подразделяются на электрические и механические. Механические топливные насосы устанавливаются на автомобилях с карбюраторными силовыми агрегатами. Автомобили, оборудованные электронным впрыском, оснащены электрическим насосом. В карбюраторе пары бензина смешиваюется с поступающим воздухом, образуя топливно-воздушную смесь, которая и направляется в цилиндр. После совершения рабочего цикла (сгорания смеси), поршень, двигаясь вверх, выдавливает отработавшие газы через выпускной клапан, которые в конечном итоге выпускаются в атмосферу.
Работа системы питания двигателя с системой впрыска (инжекторной) происходит аналогичным образом.
Рабочие режимы системы питания двигателя
В зависимости от дорожных условий и целей водитель может использовать разные режимы езды. Им соответствуют и определенные рабочие режимы системы питания двигателя, каждому из которых принадлежит топливно-воздушная смесь особого состава. Для каждого режима работа системы питания двигателя будет иметь свои особенности.
- Качество смеси будет богатым при запуске холодного мотора. Потребление воздуха при этом минимальное. В данном режиме возможность движения категорически исключается. В противном случае это вызовет повышенное потребление топлива и износ деталей двигателя.
- Состав смеси будет достаточно обогащенным при использовании «холостого хода», который применяется во время движения «накатом» или работе включенного мотора в прогретом состоянии.
- Состав смеси будет обедненным при передвижении с частичными нагрузками.
- Состав смеси также будет обогащенным в режиме полных нагрузок при езде на высокой скорости.
- Состав смести будет обогащенным, максимально приближенным к богатому, при езде в условиях резкого ускорения.
Выбор рабочих условий системы питания двигателя должен быть оправдан потребностью движения в определенном режиме.
Система питания инжекторного двигателя
Так в наше время в автомобилях получила распространение модель инжекторных (впрысковых) двигателей, поэтому нам также необходимо рассмотреть систему питания инжекторного двигателя. Отличительной особенностью инжекторных двигателей стало отсутствие карбюратора, который заменен новыми, современными элементами системы питания двигателя. Преимущество ее еще в том, что водитель, надавливая педаль газа, регулирует только поток воздуха, поступающий в цилиндры, а состав и качество образующейся рабочей смеси контролирует встроенный в систему бортовой компьютер.
Сам принцип работы бортового компьютера системы питания инжекторного двигателя представлен ниже.
Здесь изменен сам процесс получения топливно-воздушной смеси. Так, топливный насос вместо механического — стал электрическим и размещен непосредственно в топливном баке автомобиля. Кроме того, он подает топливо в систему сразу под высоким давлением. Топливо поступает в топливную рампу, в которой расположены форсунки. Через них бензин впрыскивается непосредственно в определенный цилиндр в заданное время, где смешивается уже с воздухом. Какое количество топлива нужно подать в конкретный цилиндр и в нужное время — определяет этот самый бортовой компьютер. На это влияет объем поступившего воздуха, температура его и двигателя, скорость вращения коленвала и т.д. Считывая все эти показатели, программа в компьютере вычисляет интервал времени, при котором срабатывает клапан на каждой форсунке, открывающий доступ бензина под давлением в цилиндры двигателя. Так осуществляется автоматически контроль подачи топлива в системе питания инжекторного двигателя. Если ДВС получил название «сердца» автомобиля, то здесь мы столкнулись с его «мозгом».
Плюсы подобных систем очевидны: экономия расхода, снижение токсичности, увеличение срока эксплуатации двигателя и более рациональное его использование в процессе работы. Но есть и минус – это усложнение конструкции самой системы питания инжекторного двигателя за счет увеличения электронных устройств, которые бывают очень «капризны» при перепадах температур, увеличенной влажности и значительных колебаниях при длительной езде по неровной местности (бездорожью). Однако конструкторы и здесь нашли способы минимизировать риск возникновения неисправностей в таких ситуациях.
Устройство системы питания инжекторного двигателя представлено ниже.
Здесь видны синие стрелки, показывающие направление вывода отработавших газов. Таким образом, от устройства системы питания инжекторного двигателя мы дошли до системы выпуска отработавших газов. Что она из себя представляет? Возвращаемся опять к цилиндру двигателя. После совершения рабочего хода поршня наступает такт выпуска при движении поршня от НМТ к ВМТ. При этом открывается выпускной клапан, и газы выводятся из цилиндра. Весь этот процесс сопровождается громким шумом, а сами газы — высокой скоростью вывода, температурой и токсичностью. Для комплексного решения всех этих проблем в автомобиле и предусмотрена система выпуска отработавших газов. Газы из цилиндра через выпускной коллектор попадают в нейтрализатор, выполняющий роль фильтра, а затем в глушитель. В глушителе имеется несколько последовательно соединенных камер с отверстиями. Вся конструкция эта выглядит как змеевик. Поток газов, проходя через камеры, постоянно меняя направление, глушится, то есть уменьшается шум и их температура. После чего через выхлопную трубу автомобиля они выводятся в атмосферу.
В качестве завершения знакомства с системой питания инжекторного двигателя и выпуска отработавших газов стоит упомянуть о таком нюансе. Мы выяснили, что при отсутствии подачи воздуха или топлива двигатель автомобиля не заведется или заглохнет при прерывании подачи одного из компонентов. Но, если перекрыть выпуск отработавших газов – результат будет тот же. Двигатель заглохнет, так как не будет создаваться разряжение воздуха в цилиндре. А значит ни новый поток воздуха, ни топливо поступать в него не будут. Это нашло свое применение в промышленных силовых установках на производстве, когда требуется аварийно остановить работу ДВС. Перекрытие выхлопной трубы надежно это гарантирует.
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
Система питания
Система питания двигателя внутреннего сгорания служит для подачи, очистки и хранения топлива, очистки воздуха, приготовления и подачи горючей смеси в цилиндры. Система питания обеспечивает необходимое количество и качество горючей смеси на каждом такте работы двигателя.
На рисунке 4.1 представлена схема расположения элементов питания.
Рис. 4.1 Схема расположения элементов системы питания 1 — заливная горловина с пробкой; 2 — топливный бак; 3 — датчик указателя уровня топлива с поплавком; 4 — топливозаборник с фильтром; 5 — топливопроводы; 6 — фильтр тонкой очистки топлива; 7 — топливный насос;8 — поплавковая камера карбюратора с поплавком; 9 — воздушный фильтр; 10 — смесительная камера карбюратора; 11 — впускной клапан; 12 — впускной трубопровод; 13 — камера сгорания
Топливный бак — это емкость для хранения топлива. Отсюда бензин по топливопроводам поступает к карбюратору. Бензин проходит очистку через специальные фильтры на этапе заливки в бак. Это первый этап очистки фильтра. Второй этап очистки проходит через сетку, которая расположена на водозаборнике внутри бака.
Третий этап очистки проходит через топливный фильтр, расположенный в моторном отсеке. Как правило, используется одноразовый фильтр. Когда он загрязняется, его необходимо сменить.
С помощью топливного насоса происходит принудительная подача бензина из бака в карбюратор. Схема работы насоса представлена на рисунке 4.2. Рис. 4.2 Схема работы топливного насосаа) всасывание топлива, б) нагнетание топлива1 — нагнетательный патрубок; 2 — стяжной болт; 3 — крышка; 4 — всасывающий патрубок; 5 — впускной клапан с пружиной; 6 — корпус; 7 — диафрагма насоса; 8 — рычаг ручной подкачки; 9 — тяга; 10 — рычаг механической подкачки; 11 — пружина; 12 — шток; 13 — эксцентрик; 14 — нагнетательный клапан с пружиной;15 — фильтр для очистки топлива
Топливный насос работает от валика привода масляного насоса (ВАЗ 2105) или от распределительного вала двигателя (ВАЗ 2108). Валики вращаются, а находящийся на них эксцентрик находит на шток привода топливного насоса. Шток давит на рычаг, который опускает диафрагму. Таким образом, из-за созданного разряжения, преодолевая усилие пружины, впускной клапан открывается. Происходит поступление бензина из бака в пространство над диафрагмой. Когда эксцентрик сбегает со штока, рычаг перестает давить на диафрагму, и она за счет жесткости пружины поднимается. Создается давление, за счет которого закрывается впускной и открывается нагнетательный клапан. Бензин поступает к карбюратору.
При помощи воздушного фильтра (рисунок 4.3) происходит очистка воздуха, поступающего в цилиндры. Расположен фильтр на верхней части воздушной горловины карбюратора.Рис. 4.3 Воздушный фильтр1 — крышка; 2 — фильтрующий элемент; 3 — корпус; 4 — воздухозаборник
Карбюратор нескольких систем и деталей, участвующих в приготовлении горючей смеси. Механизмы и системы карбюратора обеспечивают устойчивую работу двигателя. На рисунке 4.4 представлена схема работы простейшего карбюратора.
Рис. 4.4 Схема работы простейшего карбюратора1 — топливная трубка; 2 — поплавок с игольчатым клапаном; 3 — топливный жиклер; 4 — распылитель; 5 — корпус карабюратора; 6 — воздушная заслонка; 7 — диффузор; 8 — дроссельная заслонка
его достоинства, виды, конструктивные особенности
Сейчас практически на любом бензиновом моторе легкового автомобиля, используется инжекторная система питания, которая пришла на смену карбюратору. Инжектор благодаря ряду рабочих характеристик превосходит карбюраторную систему, поэтому он является более востребованным.
Немного истории
Активно устанавливаться такая система питания на автомобилях стала со средины 80-х годов, когда начали вводиться нормы экологичности выбросов. Сама идея инжекторной системы впрыска топлива появилась значительно раньше, еще в 30-х годах. Но тогда основная задача крылась не в экологичном выхлопе, а повышении мощности.
Первые инжекторные системы применялись в боевой авиации. На то время, это была полностью механическая конструкция, которая вполне неплохо выполняла свои функции. С появлением реактивных двигателей, инжекторы практически перестали использоваться в военной авиатехнике. На автомобилях же механический инжектор особо распространения не получил, поскольку он не мог полноценно выполнять возложенные функции. Дело в том, что режимы двигателя автомобиля меняются значительно чаще, чем у самолета, и механическая система не успевала своевременно подстраиваться под работу мотора. В этом плане карбюратор выигрывал.
Но активное развитие электроники дало «вторую жизнь» инжекторной системе. И немаловажную роль в этом сыграла борьба за уменьшение выброса вредных веществ. В поисках замены карбюратору, который уже не соответствовал нормативам экологии, конструкторы вернулись к инжекторной системе впрыска топлива, но кардинально пересмотрели ее работу и конструкцию.
Что такое инжектор и чем он хорош
Инжектор дословно переводится как «впрыскивание», поэтому второе название его – система впрыска с помощью специальной форсунки. Если в карбюраторе топливо подмешивалось к воздуху за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах мотора, то в инжекторном моторе бензин подается принудительно. Это самое кардинальное различие между карбюратором и инжектором.
Достоинствами инжекторного двигателя, относительно карбюраторных, такие:
- Экономичность расхода;
- Лучший выход мощности;
- Меньшее количество вредных веществ в выхлопных газах;
- Легкость пуска мотора при любых условиях.
И достигнуть этого всего удалось благодаря тому, что бензин подается порционно, в соответствии с режимом работы мотора. Из-за такой особенности в цилиндры мотора поступает топливовоздушная смесь в оптимальных пропорциях. В результате, практически на всех режимах работы силовой установки в цилиндрах происходит максимально возможное сгорание топлива с меньшим содержанием вредных веществ и повышенным выходом мощности.
Видео: Принцип работы системы питания инжекторного двигателя
Виды инжекторов
Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электронные элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.
Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же электронный блок управления.
Всего существует три типа инжекторных систем впрыска, различающихся по типу подачи топлива:
- Центральная;
- Распределенная;
- Непосредственная.
1. Центральная
Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.
Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.
2. Распределенная
Распределенный впрыск топлива
Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У такого типа инжекторных двигателей топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.
Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.
К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.
3. Непосредственная
Система непосредственного впрыска топлива
Система непосредственного впрыска на данный момент – самая совершенная. Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом. Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.
Конструкция и принцип работы инжектора
Поскольку система распределенного впрыска – самая распространенная, то на именно на ее примере рассмотрим конструкцию и принцип работы инжектора.
Условно эту систему можно разделить на две части – механическую и электронную. Первую дополнительно можно назвать исполнительной, поскольку благодаря ей обеспечивается подача компонентов топливовоздушной смеси в цилиндры. Электронная же часть обеспечивает контроль и управление системой.
Механическая составляющая инжектора
Система питания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099
К механической части инжектора относится:
- топливный бак;
- электрический бензонасос;
- фильтр очистки бензина;
- топливопроводы высокого давления;
- топливная рампа;
- форсунки;
- дроссельный узел;
- воздушный фильтр.
Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.
Видео: Инжектор
Принцип работы инжектора
Что касается назначения каждого из них, то все просто. Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.
Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей. Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.
Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенной со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.
Раньше форсунки были полностью механическими, и срабатывали они от давления топлива. При достижении определенного значения давления топливо, преодолевая усилие пружины форсунки, открывало клапан подачи и впрыскивалось через распылитель.
Устройство электромагнитной форсунки
Современная форсунка – электромагнитная. В ее основе лежит обычный соленоид, то есть проволочная обмотка и якорь. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.
С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.
Электронная составляющая
Основным элементом электронной части инжекторной системы подачи топлива является электронный блок, состоящий из контролера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.
Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:
- Лямбда-зонд . Это датчик, который определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах. На основе показаний лямбда-зонда ЭБУ оценивает как соблюдается смесеобразование в необходимых пропорциях. Устанавливается в выпускной системе авто.
- Датчик массового расхода воздуха (аббр. ДМРВ). Этим датчиком определяется количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами. Расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента;
- Датчик положения дроссельной заслонки (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
- Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
- Датчик положения коленчатого вала (аббр. ДПКВ). На основе показаний этого датчика определяется цилиндр, в который необходимо подать порцию топлива, время подачи бензина, и искрообразование. Установлен возле шкива коленчатого вала;
- Датчик детонации. Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
- Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
- Датчик фаз. Он предназначен для определения углового положения распредвала. На некоторых автомобилях может отсутствовать. При наличии этого датчика в двигателе выполняется фазированный впрыск, то есть, импульс на открытие поступает только для конкретной форсунки. Если этого датчика нет, то форсунки работают в парном режиме, когда сигнал на открытие подается сразу на две форсунки. Установлен в головке блока;
Теперь коротко от том, как все работает. Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от все датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.
Что касается подачи топлива, то на основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.
При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.
Что такое система питания? Определение и структура энергосистемы
Определение: Энергетическая система — это сеть, состоящая из системы генерации, распределения и передачи. Он использует форму энергии (например, уголь и дизельное топливо) и преобразует ее в электрическую энергию. Энергосистема включает в себя устройства, подключенные к системе, такие как синхронный генератор, двигатель, трансформатор, автоматический выключатель, проводник и т. Д.
Электростанция, трансформатор, линия передачи, подстанции, распределительная линия и распределительный трансформатор — это шесть основных компонентов энергосистемы.Электростанция вырабатывает мощность, которая повышается или понижается через трансформатор для передачи.
Линия передачи передает мощность на различные подстанции. Через подстанцию мощность передается на распределительный трансформатор, который понижает мощность до соответствующего значения, подходящего для потребителей.
Структура энергосистемы
Энергосистема — сложное предприятие, которое можно разделить на следующие подсистемы.Подсистемы энергосистемы подробно описаны ниже.
Генерирующая подстанция
В генерирующей станции топливо (уголь, вода, атомная энергия и т. Д.) Преобразуется в электрическую энергию. Электроэнергия вырабатывается в диапазоне от 11 кВ до 25 кВ, что является повышением для передачи на большие расстояния. Электростанция генерирующей подстанции в основном подразделяется на три типа: тепловая электростанция, гидроэлектростанция и атомная электростанция.
Генератор и трансформатор являются основными компонентами электростанции.Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Механическая энергия поступает от сжигания угля, газа и ядерного топлива, газовых турбин или, иногда, двигателя внутреннего сгорания.
Трансформатор передает мощность с одного уровня на другой с очень высоким КПД. Передача мощности от вторичной обмотки примерно равна первичной, за исключением потерь в трансформаторе. Повышающий трансформатор снизит потери в линии, что позволяет передавать мощность на большие расстояния.
Передающая подстанция
Передающая подстанция несет воздушные линии, по которым вырабатываемая электрическая энергия передается от генерации к распределительным подстанциям. Он поставляет большую часть энергии только на большие подстанции или очень крупных потребителей.
Линии передачи в основном выполняют две функции
- Он транспортирует энергию от генерирующих станций к оптовым приемным станциям.
- Он соединяет две или более генерирующих станций.Соседние подстанции также соединены линиями электропередачи.
Напряжение передачи составляет более 66 кВ и стандартизировано на уровне 69 кВ, 115 кВ, 138 кВ, 161 кВ, 230 кВ, 345 кВ, 500 кВ и 765 кВ, между линиями. Линию передачи выше 230 кВ обычно называют сверхвысоким напряжением (СВН).
Линия высокого напряжения оканчивается на подстанциях, которые называются подстанциями высокого напряжения, приемными подстанциями или первичными подстанциями. На подстанции высокого напряжения напряжение понижается до подходящего значения для следующей части потока к нагрузке.Очень крупные промышленные потребители могут обслуживаться непосредственно в системе передачи.
Подстанция передачи
Часть системы передачи, которая соединяет подстанции высокого напряжения через понижающий трансформатор с распределительными подстанциями, называется подсистемой передачи.
Уровень напряжения дополнительной передачи колеблется от 90 до 138 кВ. Система субпередачи напрямую обслуживает некоторые крупные отрасли. Конденсатор и реактор расположены на подстанциях для поддержания напряжения в линии электропередачи.
Работа вспомогательной системы передачи аналогична работе системы распределения. Она отличается от системы распространения следующим образом.
- Подсистема передачи имеет более высокий уровень напряжения, чем система распределения.
- Поставляет только большие грузы.
- Она снабжает только несколько подстанций по сравнению с распределительной системой, которая питает некоторые нагрузки.
РП
Компонент системы электроснабжения, соединяющий всех потребителей в районе с основными источниками энергии, называется распределительной системой.Магистральные электростанции связаны с генерирующими подстанциями линиями электропередачи. Они питают некоторые подстанции, которые обычно расположены в удобных точках рядом с центрами нагрузки.
Подстанции распределяют электроэнергию между бытовыми, коммерческими и относительно небольшими потребителями. Потребителям требуются большие блоки энергии, которые обычно поставляются в суб-передающей системе или даже в передающей системе.
Электроэнергетическая система — обзор
1.3 Электроэнергетическая система / сеть
Электроэнергетическая система определяется как сеть электрических компонентов, используемых для подачи (генерации), передачи и потребления электроэнергии.Электроэнергетическая система, которая снабжает энергией дома и промышленные предприятия значительного региона, называется электрической сетью. Электрические сети можно разделить на трехуровневые сложные взаимосвязанные сети, состоящие из компонентов генерации, передачи и распределения. Электрическая сеть также содержит управляющее программное обеспечение и сопутствующее оборудование для передачи электроэнергии от места производства к жилым, промышленным или коммерческим пользователям. Это достигается за счет транспортировки электроэнергии от генерирующих автобусов к распределительным подстанциям через передающие шины, соединенные линиями электропередачи.Точка генерации обычно находится в централизованной точке, удаленной от места потребления. Электроэнергия вырабатывается на электростанции путем преобразования других источников энергии. Эти источники включают химические, тепловые, гидравлические, механические, геотермальные, ядерные, солнечные и ветровые источники, которые могут использоваться для производства электроэнергии. Электрическая энергия, произведенная в результате этого преобразования, затем преобразуется в высокое напряжение, которое больше подходит для эффективной транспортировки на большие расстояния к местам потребления с использованием линий электропередач высокого напряжения.Электрическая энергия высокого напряжения понижается до более низкого напряжения трансформаторами на подстанциях, поэтому ее можно распределять для бытового, коммерческого и промышленного потребления. Конечный пользователь подключается к более низким напряжениям, которые достигаются в процессе понижения с использованием трансформатора в несколько этапов по мере уменьшения мощности сети. Сеть может быть подключена к одному источнику энергии или электростанции, но обычно она связана с другими станциями, чтобы обеспечить более гибкую и надежную сеть.
В зависимости от национального стандарта типичное напряжение для бытовых потребителей составляет 120 или 220 В однофазного переменного тока (AC). Большинство систем электроснабжения, используемых для распределения и подачи электроэнергии непосредственно на оборудование более высокой мощности, представляют собой трехфазный переменный ток, который является стандартом во всем мире. Электроэнергия в меньшем масштабе генерируется меньшими системами, которые часто используются в больницах, университетах, промышленных предприятиях и коммерческих зданиях. Для заводского и цехового оборудования, использующего мощное оборудование, используется трехфазное электричество 210 или 415 В.
Электрическая сеть США генерирует, передает и распределяет электроэнергию 144 миллионам конечных потребителей, доставляя электроэнергию в дома, офисы, школы, фабрики по всей стране. Сеть состоит из высоковольтных линий электропередачи, местных распределительных систем, систем управления энергопотреблением и контроля, которые соединяют американцев с 5800 крупными электростанциями. Это включает более 450 000 миль высоковольтной передачи. Общая мощность генерации электроэнергии на основных электростанциях составляет около 1000 ГВт.Нынешняя администрация США активно инвестирует в модернизированную электрическую сеть 21 века, которая будет более эффективной, безопасной, надежной и устойчивой к внешним и внутренним причинам отключения электроэнергии.
1.3.1 Воздействие стихийных бедствий на энергосистемы / сеть
Электроэнергетические системы — это системы доставки энергии в реальном времени, что означает, что энергия вырабатывается, транспортируется и подается при включении переключателя питания. Эти системы не накапливают электроэнергию, а вместо этого вырабатывают электроэнергию по мере необходимости.Как правило, системы электроснабжения рассчитаны на работу в относительно стабильных погодных условиях и надлежащих условиях нагрузки. Однако эти проектные допущения могут быть искажены из-за экстремальных погодных условий. Наиболее уязвимое электрическое оборудование, которое может пострадать в результате стихийного бедствия, — это высоковольтные трансформаторы, расположенные внутри и за пределами подстанций. Эти трансформаторы на подстанциях являются важной частью линий электропередачи, они большие, тяжелые и их трудно перемещать. Большинство этих устройств изготавливаются по индивидуальному заказу, поэтому их сложно заменить, поскольку доставка может занять много времени.Другие уязвимости от стихийных бедствий включают угрозы для генераторов, линий электропередачи, подстанций и центров управления. Стихийные бедствия могут нарушить подачу топлива, а также могут повредить линии электропередачи. Убытки от бедствий, затрагивающие центр управления, который координирует работу сети для поддержания надежности, могут серьезно повлиять на работу сети.
Крупные централизованные электростанции, включая критически важные системы, такие как управляющее программное обеспечение, средства связи и датчики, уязвимы для искусственных кибератак через Интернет-соединения или прямого проникновения на удаленные объекты.Любая телекоммуникационная линия, которая даже частично находится вне контроля системных операторов, может быть небезопасным путем к работе и угрозой для энергосистемы. Линии электропередачи и подстанции с трансформаторами высокого напряжения особенно уязвимы для террористических атак. Линии электропередачи можно легко заменить, но замена трансформаторов занимает много времени.
Линии электропередач могут обрушиться или провиснуть из-за падающих деревьев в результате сильного ветра во время ураганов и штормов. Провисание линии электропередачи, замыкающееся падающим деревом или растительностью, может вызвать каскадные эффекты, приводящие к отключениям электроэнергии.В 2003 году в Огайо произошло отключение электроэнергии на электростанциях и линиях электропередачи FirstEnergy. Отключение электроэнергии на северо-востоке в 2003 году было инициировано в Огайо компанией FirstEnergy Corp, что привело к потере электроэнергии более чем 50 миллионам человек в Соединенных Штатах и Канаде. Отключение электроэнергии началось с электростанций и линий электропередачи FirstEnergy, когда три из четырех линий 345 кВ провалились, заделы упавшие деревья и отключили эти линии, отключив их автоматический выключатель. Кроме того, вышла из строя система охранной сигнализации, которая должна была уведомить коммунальное предприятие о выходе из строя линий.Совместный эффект этих двух отказов привел к значительному падению напряжения во всей электросети. В результате низкое напряжение и высокий ток на исправных линиях дополнительно отключили автоматический выключатель на другой линии 345 кВ (Sammis-Star), вызвав каскад. Такого рода ситуаций можно избежать, закопав линии электропередач или срезав растительность и деревья вокруг линий электропередач. По данным Управления энергетической информации, строительство подземных линий на милю в 5–10 раз дороже (от 500 000 до 2 миллионов долларов США за милю), чем установка воздушных линий.Ремонт линий метро стоит дороже, так как они служат недолго и их нужно откапывать, когда они стареют или выходят из строя. Подземные линии более уязвимы для наводнений, а воздушные линии более уязвимы для штормов. В Соединенных Штатах только 0,5% линий передачи на большие расстояния проходят под землей, а 18% линий распределения проходят под землей. Это, очевидно, приводит к тому, что меньше денег тратится на вырубку деревьев для защиты воздушных линий, но все же делает их более уязвимыми для штормов и торнадо.
Ленты, петли и трубки сопротивления | Поезд везде
Цена, простота использования и гибкость — ключевые преимущества лент и петель сопротивления от Power Systems Эспандеры
называют «великим демократизатором» мира упражнений, потому что они стоят примерно столько же, сколько месячное членство в тренажерном зале, и в несколько раз меньше, чем стоят другие типы тренажеров. Но преимущества полос сопротивления не ограничиваются их низкой ценой. Они удивительно просты в использовании и позволяют создавать замечательный набор упражнений, используя одно оборудование.Наконец, что, возможно, наиболее важно для людей, которые постоянно в пути, они привносят гибкость в ваш график тренировок, потому что, если вы бросите их в чемодан во время путешествия, вы сможете тренироваться где угодно. Так что, если вы ищете недорогое, портативное и гибкое спортивное оборудование — для дома, для профессионального тренажерного зала или занятий — Power Systems предлагает все необходимое для создания современных тренировок с отягощениями.
Ленты сопротивления гибкие и простые в использовании Эспандеры
позволяют прорабатывать те же группы мышц, которые вы могли бы тренировать со свободными весами или на специализированных тренажерах в тренажерном зале.Например, вы можете встать на один конец эспандера и потянуться вверх, чтобы сгибать бицепс. Если вы прикрепите ленту к верхней раме двери, вы можете тянуть вниз, чтобы выполнять тяги вниз или трицепс. Оберните ленту вокруг вертикального столба, и вы можете работать над грудью, имитируя движения жима бабочки. Вы даже можете использовать их вместе с другим оборудованием; например, использование эластичных лент для лодыжек при выполнении упражнений с силовым степпером. Единственное ограничение на количество упражнений с отягощениями, которые вы можете создать, — это ваше собственное воображение.
Полосы сопротивления имеют преимущества Другое оборудование не поддерживает
Одним из ключевых преимуществ эспандеров перед тренажерами и свободными весами является то, что они обеспечивают постоянное сопротивление во всем диапазоне движений. Например, если вы работаете со свободными весами для выполнения сгибаний на бицепс, сопротивление создается силой тяжести, поэтому сопротивление больше во время подъема сгибания (когда вы работаете против силы тяжести), чем во время маха вниз (когда вы выполняете махи вниз). на самом деле ему помогает сила тяжести).С бандажами сопротивление остается постоянным, что заставляет вас задействовать больше групп мышц и помогает улучшить координацию и равновесие по мере наращивания силы.
В Power Systems мы предлагаем широкий выбор эспандеров, от стартовых наборов до индивидуальных ручек, эспандеров и манжет, так что вы можете создавать свои собственные упражнения с эспандерами в нестандартных конфигурациях, которые вы создаете сами. У нас также есть плакаты с инструкциями по тренировкам с тубусом и инструкции, которые помогут вам начать работу.
2 Электроэнергетическая система сегодня | Терроризм и система доставки электроэнергии
функции »(функциональное разукрупнение) и даже распродавали их поколение.В некоторых штатах и провинциях Канады введены варианты «выбора потребителя» для выбора поставщиков энергии. Развивающиеся энергетические рынки часто требовали широкомасштабных решений по оценке надежности передачи и диспетчеризации, которые были недоступны для многих областей управления. Фактически, даже некоторые области управления сами разделяли некоторые функции, которые они традиционно выполняли (Functional Model Review Task Group, 2003). В результате действующие на тот момент Операционные Политики NERC, которые сосредоточены на операциях в зоне контроля, начали терять свою направленность, и их стало труднее применять и обеспечивать соблюдение (Целевая группа по анализу функциональной модели, 2003).Исключениями в этом отношении были регионы, где соблюдение договорных обязательств было нормой, поскольку ранее они работали в рамках совместного энергетического пула. В других регионах протоколы контрольных зон должны были адаптироваться к изменениям, вызванным развивающимися рынками.
Операционный комитет NERC сформировал Целевую группу по критериям зоны контроля в 1999 г. для решения этих проблем координации (Целевая группа по анализу функциональной модели, 2003 г.). Понимая, что «стандартной» организации надежности больше не существует, рабочая группа построила «функциональную модель», состоящую из функций, обеспечивающих надежность и отвечающих потребностям рынка.Функции, выполняемые традиционными, вертикально интегрированными зонами управления; региональные передающие организации; независимые системные операторы; независимые передающие компании; и так далее, были «объединены», и организации, зарегистрированные в НКРЭ как одно или несколько из следующих:
• Владельцы генераторов,
• Генераторы,
• Поставщики услуг передачи,
• Владельцы трансмиссии,
• Операторы передачи,
• Поставщики услуг сбыта,
• Грузопассажирские предприятия,
• Купля-продажа,
• Органы надежности,
• Органы планирования,
• Балансирующие органы,
• Обменные пункты,
• Планировщики передачи,
• Планировщики ресурсов,
• Разработчики стандартов и / или
• Мониторы соответствия.
Этот подход позволил NERC переписать свои стандарты надежности с точки зрения объектов, которые выполняют функции надежности (Целевая группа по анализу функциональной модели, 2003 г.).
Координаторы надежности должны иметь полномочия, планы и соглашения, чтобы иметь возможность немедленно направить (и рассчитывать на соответствие) объекты надежности в своих областях координаторов надежности для повторного диспетчеризации генерации, перенастройки передачи или снижения нагрузки для смягчения критических условия, чтобы вернуть систему в надежное состояние.Координатор по надежности может делегировать задачи другим, но сохраняет за собой ответственность за соблюдение требований NERC и региональных стандартов. Стандарты поведения необходимы для обеспечения того, чтобы координатор по надежности не действовал таким образом, который отдает предпочтение одному участнику рынка по сравнению с другим.
NERC имеет рабочую группу координаторов по надежности (RCWG), которая обеспечивает форум для координации операционных процедур системы во всех четырех соединениях. Это включает в себя следующее:
• Координация внедрения стандартов надежности для обеспечения согласованности межсетевых соединений;
• Оценка достаточности поставок топлива;
• Анализ опыта работы в предыдущем сезоне пикового спроса и планирование предстоящего сезона пикового спроса;
• Анализ сбоев в системе и сокращения транзакций на предмет «извлеченных уроков» и соответствия стандартам надежности NERC;
• Рекомендации новых или пересмотренных стандартов надежности; и
• Консультирование Подкомитета по операционной надежности при обсуждении новых или пересмотренных стандартов надежности. 3
Эти стандарты надежности основаны на расчетах, не зависящих от инициирующего инцидента. При определенных условиях необходимо учитывать другие одновременные события и риски для общества, которые усугубляют последствия конкретных отключений электроэнергии. Одним из примеров может быть больший вред для общества, если длительное отключение электроэнергии произошло во время минусовой погоды или в связи с широко распространенными террористическими атаками. Таким образом, при реализации этих стандартов надежности конкретные процедурные механизмы должны учитывать вероятный особый характер террористических нападений, которые могут отличаться от обычных инициирующих событий.И, например, если возникнет вероятность нескольких одновременных террористических атак, можно было бы рассмотреть вопрос об изменении критерия проектирования системы с выдерживания любого одиночного оскорбления на непроницаемость основной энергосистемы для двух или даже трех одновременных потерь в системе.
Изменения, внесенные с вступлением в силу Закона об энергетической политике 2005 г .: новые требования к обязательным стандартам надежности
На протяжении десятилетий электроэнергетика работала в условиях добровольного соблюдения стандартов надежности НКРЭ.Но за последние несколько лет описанные выше изменения реструктуризации привели к консенсусу в отрасли, что новый
_____________________
3 См. Рабочую группу координаторов по надежности (RCWG), доступную на сайте http://www.nerc.com/~oc/rcwg.html.
Структура электроэнергетических систем (производство, распределение и передача энергии)
Что такое электроэнергетическая система?
С общей точки зрения, электроэнергетическая система обычно понимается как очень большая сеть , которая связывает электростанции (большие или малые) с нагрузками посредством электрической сети, которая может охватывать целый континент, например Европу или Северная Америка.
Структуру электроэнергетических систем, которую вы ДОЛЖНЫ полностью понимать (фото предоставлено Карлой Восняк через Flickr)Таким образом, энергосистема обычно простирается от электростанции до розеток внутри помещений клиентов. Иногда их называют системами полной мощности, поскольку они автономны.
Меньшие энергосистемы могут состоять из части или секций более крупной полной системы. На рисунке 1 показано несколько элементов, которые работают вместе и подключены к электросети.
Подсистема, представленная на Рисунке 1 (a), может быть одним из конечных потребителей электроэнергии полной энергосистемы . Подсистема, представленная на рисунке 1 (b), может быть одной из небольших электростанций, работающих в режиме распределенной генерации (DG). Большинство этих энергосистем работают только при подключении к полной энергосистеме.Энергетические системы, которые питаются от внешнего источника электроэнергии или которые производят (путем преобразования из других источников) электричество и передают его в более крупную сеть, называются частичными энергосистемами.
Рисунок 1 (a, b) — Подсистемы электропитания специального назначенияЭнергетические системы, представляющие интерес для наших целей, представляют собой крупномасштабные, полнофункциональные энергосистемы, охватывающие большие расстояния и внедряемые энергетическими компаниями на протяжении десятилетий.
Генерация — это производство электроэнергии на электростанциях или генерирующих установках, где первичная энергия преобразуется в электричество. Передача — это сеть, которая перемещает электроэнергию из одной части страны или региона в другую. Обычно это хорошо взаимосвязанная инфраструктура, в которой несколько линий электропередач соединяют разные подстанции, которые изменяют уровни напряжения, обеспечивая повышенное резервирование.
Распределение, наконец, поставляет мощность (можно сказать, локально по сравнению с системой передачи) конечным нагрузкам (большинство из которых получают низкое напряжение) через промежуточные этапы, на которых напряжение понижается (преобразуется) на более низкие уровни. .
Система распределения заканчивается в точках потребления энергии или нагрузках, где мощность используется по назначению .
В некоторых частях мира дерегулирование и приватизация отрасли уже полностью изменили отраслевой ландшафт, в то время как в других последствиях еще предстоит увидеть.
Производство электроэнергии
Электростанции преобразуют энергию, хранящуюся в топливе (в основном, угле, нефти, природном газе, обогащенном уране) или возобновляемых источниках энергии (вода, ветер, солнце) в электрическую энергию.
Обычные современные генераторы вырабатывают электричество с частотой, кратной скорости вращения машины. Напряжение обычно не более 6-40 кВ. Выходная мощность определяется количеством пара, приводящего в действие турбину, которое в основном зависит от котла.Напряжение этой мощности определяется током во вращающейся обмотке (т. Е. Роторе) синхронного генератора.
Выходной сигнал снимается с неподвижной обмотки (т. Е. Статора). Напряжение повышается трансформатором, как правило, до гораздо более высокого напряжения. При таком высоком напряжении генератор подключается к сети на подстанции.
Рисунок 2 — Паровая турбина и генератор мощностью 472 мегаватта (STG) для электростанции с комбинированным циклом Allen (фото предоставлено businesswire.com)Традиционные электростанции вырабатывают переменный ток от синхронных генераторов, которые вырабатывают трехфазную электроэнергию, так что Источник напряжения на самом деле представляет собой комбинацию трех источников переменного напряжения, полученных от генератора, с их соответствующими векторами напряжения, разделенными фазовыми углами 120 °.
Ветровые турбины и мини-гидроагрегаты обычно используют асинхронные генераторы, в которых форма волны генерируемого напряжения не обязательно синхронизирована с вращением генератора.
DG относится к генерации, которая подключается к распределительной системе, в отличие от традиционных централизованных систем выработки электроэнергии.
Исследовательский институт электроэнергетики (EPRI) определил распределенную генерацию как «использование небольших (от 0 до 5 МВт) модульных технологий выработки электроэнергии, рассредоточенных по всей распределительной системе коммунального предприятия, чтобы уменьшить нагрузку T&D или рост нагрузки и тем самым отсрочить модернизация оборудования T&D, снижение потерь в системе, повышение качества и надежности электроэнергии. ”
Малые генераторы постоянно совершенствуются с точки зрения стоимости и эффективности, приближаясь к характеристикам крупных электростанций.
Как работает ТЭЦ?
Системы передачи
Электроэнергия от генерирующих станций передается сначала через системы передачи, которые состоят из линий передачи, по которым передается электроэнергия на различных уровнях напряжения . Система передачи соответствует сетевой инфраструктуре с ячеистой топологией, соединяющей генерацию и подстанции вместе в сеть, которая обычно определяется на 100 кВ или более.
Рисунок 3 — Электроэнергетическая системаЭлектроэнергия течет по высоковольтным линиям электропередачи к ряду подстанций, где трансформаторы понижают напряжение до уровней, подходящих для распределительных систем.
Среднеквадратичные уровни переменного напряжения
Предпочтительные среднеквадратические уровни переменного напряжения стандартизированы в международном стандарте IEC 60038: 2009 как:
- 362 кВ или 420 кВ; 420 кВ или 550 кВ; 800 кВ; Максимальное напряжение 1100 кВ или 1200 кВ для трехфазных систем, имеющее наивысшее напряжение для оборудования, превышающее 245 кВ.
- 66 (альтернативно 69) кВ; 110 (альтернативно 115) кВ или 132 (альтернативно 138) кВ; Номинальное напряжение 220 (альтернативно 230) кВ для трехфазных систем с номинальным напряжением выше 35 кВ и не более 230 кВ.
- 11 (альтернативно 10) кВ; 22 (альтернативно 20) кВ; Номинальное напряжение 33 (альтернативно 30) кВ или 35 кВ для трехфазных систем с номинальным напряжением выше 1 кВ и не более 35 кВ. Для североамериканской практики существует отдельный набор ценностей.
В случае систем с номинальным напряжением от 100 В до 1000 В включительно, 230/400 В является стандартным для трехфазных, четырехпроводных систем (50 Гц или 60 Гц), а также 120/208 В для 60 Гц . Для трехпроводных систем стандартным является 230 В между фазами для 50 Гц и 240 В для 60 Гц. Для однофазных трехпроводных систем с частотой 60 Гц стандартно 120/240 В.
Среднее напряжение (MV) как понятие не используется в некоторых странах (например, в Великобритании и Австралии), это «любой набор уровней напряжения, лежащих между низким и высоким напряжением», и проблема определения его состоит в том, что фактический Граница между уровнями среднего и высокого напряжения зависит от местной практики.
В Европе воздушные линии электропередачи используются на открытых площадках, таких как межсетевые соединения между городами или вдоль широких дорог в пределах города . В густонаселенных районах внутри городов для передачи электроэнергии используются подземные кабели. Система подземных электропередач предпочтительнее с экологической точки зрения, но имеет значительно более высокую стоимость.
Линии передачи развернуты с помощью трех проводов вместе с проводом заземления. Практически все системы передачи переменного тока являются трехфазными системами передачи.
Распределительные системы
Распределительный сегмент широко признан самой сложной частью интеллектуальной сети из-за его повсеместного распространения. Уровни напряжения 132 (местами 110) или 66 кВ являются обычными уровнями высокого напряжения, которые можно найти в (европейских) распределительных сетях. Напряжения ниже этого (например, 30, 20, 10 кВ) обычно встречаются в распределительных сетях среднего напряжения.
Уровни распределения ниже 1 кВ находятся в пределах так называемого LV или низкого напряжения .
Топологии сетей среднего напряжения можно разделить на три группы:
Радиальная топология
Радиальные линии используются для соединения первичных подстанций (БП) с вторичными подстанциями (ПС), а также ПС среди них. Эти линии СН или «фидеры» могут использоваться исключительно для одной ПС или могут использоваться для подключения к нескольким из них. Радиальные системы обеспечивают централизованное управление всеми SS.
Рисунок 4 — Система радиального фидераЭти радиальные топологии демонстрируют древовидную конфигурацию , когда их сложность увеличивается до .Это менее затратная топология в разработке, эксплуатации и обслуживании, но они также менее надежны.
Кольцевая топология
Это отказоустойчивая топология для преодоления слабости радиальной топологии , когда происходит отключение одного элемента линии среднего напряжения, которое прерывает подачу электроэнергии (отключение) в остальные подключенные подстанции. Кольцевая топология — это усовершенствованная радиальная топология, соединяющая подстанции с другими линиями среднего напряжения для создания резервирования.
Независимо от физической конфигурации сеть работает в радиальном направлении, но в случае отказа в фидере другие элементы изменяют конфигурацию сети таким образом, чтобы избежать простоев.
Рисунок 5 — Схема кольцевой шиныСетевая топология
Сетевая топология состоит из первичных и вторичных подстанций, соединенных через несколько линий среднего напряжения , чтобы обеспечить множество альтернативных вариантов распределения. Таким образом, существует множество вариантов реконфигурации для преодоления неисправностей, и в случае отказа могут быть найдены альтернативные решения для перенаправления электричества.
Распределительные системы НН могут быть однофазными или трехфазными. В Европе, например, это обычно трехфазных систем на 230/400 В (т.е. каждая фаза имеет среднеквадратичное напряжение 230 В, а среднеквадратичное напряжение между двумя фазами составляет 400 В).
Сети низкого напряжения имеют более сложную и неоднородную топологию, чем сети среднего напряжения. Точная топология низковольтных систем зависит от протяженности и особенностей зоны обслуживания, типа, количества и плотности точек питания (нагрузок), рабочих процедур, специфичных для страны и энергосистемы, а также диапазона опций в международных стандартах.
Рисунок 6 — Сетевая распределительная системаПС обычно подает электроэнергию на одну или несколько линий низкого напряжения с одним или несколькими трансформаторами среднего напряжения в одно и то же. Топология НН обычно радиальная, с несколькими ответвлениями, которые подключаются к расширенным фидерам, но также бывают случаи сетевых сетей и даже конфигураций с кольцевым или двойным питанием в сетях НН.
Линии НН обычно короче линий СН, и их характеристики различаются в зависимости от зоны обслуживания.
Ссылка // Telecommunication Networks for the Smart Grid Альберто Сендин (приобретение в твердом переплете у Amazon)
Power Systems Engineering: A Career on the Grid
Энергетические системы имеют долгую историю в США.S., которая восходит к 1882 году, когда Томас Эдисон основал первую электроэнергетическую компанию, принадлежащую инвесторам. По данным Смитсоновского института, то, что считается первым крупномасштабным распределением электроэнергии, произошло более десяти лет спустя, когда вода, пролившаяся над Ниагарским водопадом, была направлена на турбины, прикрепленные к двум генераторам мощностью 5000 лошадиных сил. С тех пор способ создания и распределения электроэнергии претерпел драматические изменения, но стоимость товара только увеличилась.
Сегодня на инженеров часто возлагается ответственность за проектирование, управление и улучшение этих критически важных систем. Как инженер-электрик, глубокое понимание энергосистем и способов, которыми они обеспечивают энергией общины по всей стране через степень магистра, поможет вам добиться успеха в своей области после выпуска.
Что такое электроэнергетическая система?
Электроэнергетическая система — это сеть частей, которые объединяются для обработки и распределения электроэнергии.Хотя это может принимать разные формы, наиболее распространенными являются большие сети, иногда называемые «сетью», которые снабжают населенные пункты электричеством. Эти сети обычно содержат источник — обычно генератор — который вырабатывает энергию, которая передается через систему передачи и доставляется в отдельные дома и предприятия через какую-либо форму распределительной системы.
Термин «электроэнергетическая система» не следует путать с «силовой электроникой», последняя из которых является более широкой — хотя и тесно связанной — концепцией, описывающей изучение преобразования электроэнергии из одной формы в другую.
Инжиниринг и установившееся состояние
Эти электрические системы обычно вырабатывают энергию с помощью синхронных генераторов. Стабильность этих генераторов связана с их способностью возвращаться к так называемому устойчивому состоянию — или равновесию системы. В электронике система должна иметь возможность возвращаться в это состояние равновесия без потери синхронизма.
Баланс энергосистем обычно классифицируется по одной из трех классификаций устойчивости, различия которых особенно значительны в научных исследованиях:
- Динамическая стабильность рассматривает способность системы возвращаться в исходное состояние после постоянных небольших возмущений.
- Переходная стабильность включает исследование энергосистемы после того, как она испытала серьезное нарушение.
- Стабильность устойчивого состояния — это способность системы возвращаться в стабильное состояние после возникновения небольшого возмущения.
Также важно отметить, что выходы систем в установившемся режиме работают независимо от времени.
Оценка безопасности в электротехнике
Как и в большинстве случаев в инженерии, практическое применение имеет решающее значение при работе в полевых условиях.Обычно это возвращает инженеров к электросетям, которые преобразуют и распределяют электроэнергию среди миллионов людей, живущих в США. Когда такое большое количество энергии создается и распределяется через системы, серьезной проблемой, с которой вы столкнетесь, является угроза провалы или затемнения. Отключение электроэнергии — это полное отключение электроэнергии в определенной области, а отключение электроэнергии — это частичное снижение напряжения или мощности системы, которое носит временный характер. Отключения электроэнергии более распространены в системах электроснабжения, но отключения электроэнергии представляют собой более серьезную проблему из двух, так как они могут привести к серьезным сбоям в работе.
Когда вы работаете в области электротехники, одним из ответов на эту угрозу является использование оптимального потока мощности с ограничениями безопасности, или SCOPF. Этот метод предлагает дополнительный набор параметров, которые ограничивают некоторые условия, при которых система может работать. Общие ограничения, которые вы можете использовать, включают величину напряжения, стабильность напряжения и угловую стабильность источника питания. Как инженер-электрик, часть вашей роли на рабочем месте может включать оценку этих ограничений безопасности, чтобы определить наиболее эффективные условия, которые будут использоваться в промышленных приложениях, чтобы гарантировать, что электрическая энергия доставляется наиболее экономичным способом.Это может включать в себя выполнение сотен симуляций с рассмотрением наихудших сценариев, чтобы гарантировать безопасность и эффективность системы.
Альтернативой SCOPF является оптимальный поток мощности или OPF. В отличие от SCOPF, который предоставляет дополнительные параметры для обеспечения безопасности, системы OPF просто предлагают лучший поток для конкретной конфигурации, без учета дополнительных ограничений. Следовательно, это более простая система, в которой не требуется делать столько предположений или проверять большое количество параметров.Однако система может быть не такой безопасной, как та, которая использует SCOPF. Как инженер, вы можете оказаться на рабочем месте в ситуациях, когда вам нужно определить, какой вариант лучше для конкретного сценария с точки зрения финансовых проблем вашего работодателя.
Анализ рынка энергосистем
Эксплуатация крупномасштабных энергосистем требует большего, чем просто технические знания и понимание электротехники. Хотя вы, возможно, не рассчитываете использовать экономику в качестве инженера, анализ рынка важен для определения финансовой составляющей работы этих систем.В частности, при крупномасштабном распределении электроэнергии компаниям необходимо знать не только, сколько мощности нужно выпустить, но и сколько они должны взимать с потребителей.
Если вы подумываете о карьере в сфере электроэнергетики, знания в области электротехники, безусловно, необходимы. Однако понимание экономических факторов, влияющих на рыночный анализ, также полезно. Следовательно, многие курсы более высокого уровня будут охватывать эту тему, когда вы будете получать степень магистра. В зависимости от вашей должности после выпуска вы можете обнаружить, что работа инженером-электриком требует более глубоких знаний в области бизнеса и экономики, чем вы ожидали.
Карьера инженера в энергосистемах
Независимо от того, получаете ли вы в настоящее время более высокую степень или рассматриваете возможность поступить в магистратуру, ваши перспективы трудоустройства после завершения образования, вероятно, вызывают серьезное беспокойство. Позиции в области электротехники в целом в настоящее время имеют многообещающие перспективы. По данным Бюро статистики труда США, средняя зарплата на одной из этих должностей составляет 95230 долларов в год, и ожидается, что количество должностей не уменьшится до 2020 года.Однако, поскольку бюро прогнозирует незначительный рост общего числа рабочих мест в период с 2014 по 2024 год, наличие опыта и знаний, полученных со степенью магистра, может помочь вам выделиться в этой области, которая может оказаться конкурентоспособной.
Хотя опыт работы в энергосистемах поможет вам практически на любой должности инженера-электрика, есть также ряд более специализированных должностей, которые доступны вам, когда у вас есть этот конкретный опыт. Некоторые из этих должностей включают такие заголовки, как:
- Инженер по электроэнергетике
- Инженер-электрик по инфраструктуре и распределению энергии
- Энергетик
- Линейный инженер-конструктор
- Инженер по передаче и распределению электроэнергии
- Инженер по системам переменного и постоянного тока
Пройдя карьеру в энергетике в качестве инженера, вы, скорее всего, закончите работу в лаборатории академического учреждения или на заводе, принадлежащем энергетической компании.Хотя иногда вас могут вызывать на работу по вечерам или в ночную смену, должности в этой сфере обычно работают в обычные будние дни.
Ваши обязанности при работе с энергосистемами, вероятно, будут включать различные аспекты проектирования, создания, тестирования и эксплуатации этих систем для обеспечения максимальной операционной эффективности и рентабельности. В зависимости от вашей должности вы также можете работать над расширяющимся применением интеграции стратегий и технологий возобновляемых источников энергии в эти системы.По мере того как правительство США делает ставку на экологически чистую энергию, необходимы инновации, чтобы найти новые способы питания национальных систем, не полагаясь на ископаемое топливо и другие ограниченные ресурсы.
Если вы в настоящее время получаете образование или работаете инженером-электриком и думаете о переходе в более специализированную область, самое время подумать о карьере в области энергетики. Согласно опросу 2011 года, проведенному Центром развития энергетических кадров, рабочая сила в электроэнергетике стремительно стареет.Фактически, в отчете прогнозировалось, что к 2020 году более 60 процентов работников могут выйти на пенсию или уволиться. По мере сокращения рабочей силы, заполняющей эти рабочие места, откроется больше вакансий в энергетике, что предоставит ряд новых возможностей для заполнения недавними выпускниками.
В дополнение к карьере, которая является одновременно сложной и полезной, работа в энергетических системах имеет финансовые стимулы для инженеров. PayScale сообщает, что должности, связанные с проектированием энергосистем в США, обычно имеют годовой оклад от 60 722 до 103 832 долларов.
Диплом инженера-электрика
Готовы сделать следующий шаг в успешной инженерной карьере? Рассмотрите возможность получения степени магистра инженерных наук в Калифорнийском университете в Риверсайдском инженерном колледже Борнса. Электротехника М.С. Программа подготовит вас к успешной карьере в этой области посредством курсовых работ и лекций, которые расширят ваши знания как об академических, так и практических приложениях электронных систем. Независимо от того, интересуетесь ли вы конкретно энергетикой или более общей карьерой в области электротехники, степень магистра UCR поможет вам выделиться среди конкурентов, когда вы будете искать работу после окончания учебы.
Будучи студентом-электротехником, вы сможете сосредоточиться на подготовке к карьере в электроэнергетике, пройдя более общие исследования, а затем пройдя курс, специально посвященный изучению устойчивого состояния энергосистем и анализу рынка. Благодаря инструментам и знаниям, предоставленным в рамках этого курса обучения, вы будете готовы к успешной карьере после получения степени. А, записавшись на онлайн-программу магистратуры через UCR, вы получите ресурсы и авторитет крупного университета в сочетании с гибкостью, позволяющей получать образование по собственному графику.Независимо от того, хотите ли вы работать неполный или полный рабочий день во время получения степени или живете в районе, где нет доступа к академическому учреждению, онлайн-программа может быть адаптирована к вашим конкретным потребностям в онлайн-магистерской программе.
Рекомендуемая литература
Будущее технологий интеллектуальных сетей
В центре внимания карьера: инженер по энергоснабжению и интеллектуальным сетям
Калифорнийский университет, Программа по электротехнике Риверсайд
Источники
Payscale, инженер по энергетическим системам
U.S. Бюро статистики труда, инженеры по электротехнике и электронике
Инженерный словарь
История Америки, происхождение электроэнергии
Проектирование и исследования энергосистем | Модернизация сети
NREL разрабатывает новые инструменты, алгоритмы и методы для моделирования, симуляции и проектирования. электроэнергетическая система всех масштабов. Это включает рыночный дизайн и производительность. оценки; и исследования по планированию, эксплуатации и защите.
Текущие инструменты проектирования и планирования электросети не могут справиться с неопределенностью, полагаются на упрощение физики, лежащей в основе энергосистем, и обычно запускаются на настольных персональных компьютерах или серверах mdall. NREL решает эту проблему с помощью использование возможностей высокопроизводительных вычислений лаборатории для адаптации к возрастающей сложности сети.
Возможности
Избранные исследования
Крупнейшее в истории моделирование электросети с использованием мощности высокопроизводительных вычисления.
Исследуя, можем ли мы интегрировать большие количества ветра и солнца в U.С. западный электрическая сеть.
Изучение эффектов широкого проникновения возобновляемых источников энергии в сети гавайских островов.
Исследование интеграции безуглеродных ресурсов
Исследование воздействия безуглеродной генерации на электроэнергетические системы.
Контакт
брайан[email protected]
303-275-3926