Типы бензогенераторов и дизельных электрогенераторов. Как работает генератор Электрогенератор внутреннего сгорания

Электрическим генератором называется машина или установка, предназначенная для преобразования энергии неэлектрической — в электрическую: механической — в электрическую, химической — в электрическую, тепловой — в электрическую и т. д. Сегодня в основном, произнося слово «генератор», мы имеем ввиду преобразователь механической энергии - в электрическую.

Это может быть дизельный или бензиновый переносной генератор, генератор атомной электростанции, автомобильный генератор, самодельный генератор из асинхронного электродвигателя, или тихоходный генератор для маломощного ветряка. В конце статьи мы рассмотрим в качестве примера два наиболее распространенных генератора, но сначала поговорим о принципах их работы.

Так или иначе, с физической точки зрения принцип работы каждого из механических генераторов — один и тот же: , когда при пересечении линиями магнитного поля проводника - в этом проводнике возникает ЭДС индукции. Источниками силы, приводящей к взаимному перемещению проводника и магнитного поля, могут быть различные процессы, однако в результате от генератора всегда нужно получить ЭДС и ток для питания нагрузки.

Принцип работы электрического генератора — Закон Фарадея

Принцип работы электрического генератора был открыт в далеком 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем. Позже этот принцип назвали законом Фарадея. Он заключается в том, что при пересечении проводником перпендикулярно магнитного поля, на концах этого проводника возникает разность потенциалов.

Первый генератор был построен самим Фарадеем согласно открытому им принципу, это был «диск Фарадея» - униполярный генератор, в котором медный диск вращался между полюсами подковообразного магнита. Устройство давало значительный ток при незначительном напряжении.

Позже было установлено, что отдельные изолированные проводники в генераторах проявляют себя гораздо эффективнее с практической точки зрения, чем сплошной проводящий диск. И в современных генераторах применяются теперь именно проволочные обмотки статора (в простейшем демонстрационном случае — виток из проволоки).

Генератор переменного тока

В подавляющем своем большинстве современные генераторы — это синхронные генераторы переменного тока. У них на статоре располагается якорная обмотка, от которой и отводится генерируемая электрическая энергия. На роторе располагается обмотка возбуждения, на которую через пару контактных колец подается постоянный ток, чтобы получить вращающееся магнитное поле от вращающегося ротора.

За счет явления электромагнитной индукции, при вращении ротора от внешнего привода (например от ДВС), его магнитный поток пересекает поочередно каждую из фаз обмотки статора, и таким образом наводит в них ЭДС.

Чаще всего фаз три, они смещены физически на якоре друг относительно друга на 120 градусов, так получается трехфазный синусоидальный ток. Фазы можно соединить по схеме «звезда» либо «треугольник», чтобы получить .

Частота синусоидальной ЭДС f пропорциональна частоте вращения ротора: f = np/60, где — p - число пар магнитных плюсов ротора, n - количество оборотов ротора в минуту. Обычно максимальная скорость вращения ротора — 3000 оборотов в минуту. Если подключить к обмоткам статора такого синхронного генератора трехфазный выпрямитель, то получится генератор постоянного тока (так работают, кстати, все автомобильные генераторы).

Трехмашинный синхронный генератор

Конечно, у классического синхронного генератора есть один серьезный минус — на роторе располагаются контактные кольца и щетки, прилегающие к ним. Щетки искрят и изнашиваются из-за трения и электрической эрозии. Во взрывоопасной среде это не допустимо. Поэтому в авиации и в дизель-генераторах более распространены бесконтактные синхронные генераторы, в частности — трехмашинные.

У трехмашинных устройств в одном корпусе установлены три машины: предвозбудитель, возбудитель и генератор — на общем валу. Предвозбудитель — это синхронный генератор, он возбуждается от постоянных магнитов на валу, генерируемое им напряжение подается на обмотку статора возбудителя.

Статор возбудителя действует на обмотку на роторе, соединенную с закрепленным на ней трехфазным выпрямителем, от которого и питается основная обмотка возбуждения генератора. Генератор генерирует в своем статоре ток.

Газовые, дизельные и бензиновые переносные генераторы

Сегодня очень распространены в домашних хозяйствах , которые в качестве приводных двигателей используют ДВС — двигатель внутреннего сгорания, передающий механическое вращение на ротор генератора.

У генераторов на жидком топливе имеются топливные баки, газовым генераторам — необходимо подавать топливо через трубопровод, чтобы затем газ был подан в карбюратор, где превратится в составную часть топливной смеси.

Во всех случаях топливная смесь сжигается в поршневой системе, приводя во вращение коленвал. Это похоже на работу автомобильного двигателя. Коленвал вращает ротор бесконтактного синхронного генератора (альтернатора).

Андрей Повный

Генераторная установка – это техническое устройство, являющееся независимым источником электрической энергии, получаемой путем сжигания жидкого и газообразного топлива в дизельных двигателях, двигателях внутреннего сгорания и газотурбинных установках.

Что это такое

Генераторная установка состоит из электрического генератора, вал которого соединен с валом двигателя, работающего на соответствующем виде топлива (газ, бензин, дизельное топливо).

Схематично, генераторную установку, работающую на бензине или дизельном топливе, можно изобразить следующим образом:

Виды

Генераторные установки различаются по своей конструкции и комплектации, способу установки и мощности, а также прочим техническим характеристикам.

По способу установки, это:

Стационарно устанавливаемые – служат основным или резервным источником электрической энергии для объектов различной направленности (промышленность, ЖКХ, сельское хозяйство и т.д.). Мощность подобных устройств – от 5,0 до нескольких сотен кВт.
Мобильные (передвижные) – монтируются на специальном шасси (платформе) и могут служить как основным и резервным источником энергии для небольших объектов энергопотребления, а также при устранения аварийных ситуаций в местах, где нет стационарных электрических сетей. Мощность установок этой группы установок — от 2,0 до 18,0 кВт.
Переносные – это портативные устройства, служащие для электроснабжения небольшой электрической нагрузки. Используются в качестве аварийного или резервного источника энергии, мощность – от 0,5 до 5,0 кВт.

По виду используемого топлива, генераторные установки классифицируются, как:

Дизельные – когда используется дизельное топливо. Как правило, это стационарно устанавливаемые установки, реже – передвижные. Мощность группы генераторных установок данного типа, может достигать 200 – 300 кВт.
Бензиновые – работают на бензине с низким октановым числом. На мобильных установках монтируются четырехтактные двигатели, на переносных, как правило – двухтактные. Мощность установок этой группы – до 18,0 кВт.
Газовые – работают на газе, при сжигании которого газо-поршневый двигатель передает вращение своего вала на вал электрического генератора, вырабатывающего электрический ток.

Это стационарно устанавливаемые установки, которые служат основным источником электрической энергии, но могут быть использованы и в качестве резервного, при наличии такой необходимости.

По типу используемого генератора, установки подразделяются на:

С асинхронным электрическим генератором – обладают низкой стоимостью, но низкими техническими показателями. Устанавливаются на установках малой мощности, как правило переносного или мобильного типа.
С синхронным электрическим генератором – способны выдерживать пиковые перегрузки в подключенных к ним электрическим сетям, при высоком качестве вырабатываемого напряжения. Устанавливаются на мощных дизельных генераторных станциях.

Дизельная электростанция

Дизельная электростанция – это генераторная установка, которая оснащена двигателем, работающем на дизельном топливе.

Состав оборудования, входящего в комплект дизельной электростанции, приведен на ниже следующем рисунке:

1 – дизельный двигатель;

2 – электрический генератор переменного тока;

3 – основание, рама или каркас, на которых крепятся все элементы электростанции;

4 – электрический шкаф, являющийся блоком управления и защиты электростанции;
5 – бак, для хранения дизельного топлива;

6 – аккумуляторная батарея, обеспечивающая запуск дизельного двигателя в работу;

7 – блок охлаждения, состоящий из радиатора и вентилятора. В радиаторе циркулирующая жидкость охлаждается, вентилятор монтируемого на валу основного, дизельного двигателя.

8 – выхлопная труба, обеспечивающая отвод отработанных газов;

9 – муфта, обеспечивающая соединение между валом двигателя и валом электрического генератора.

У разных моделей дизельных электростанций запуск двигателя может быть осуществлен отличным, чем на приведенной схеме, образом. Для этих целей может быть использован пусковой двигатель («пускач»), работающий на бензине или кик-стартер, приводимый во вращение обслуживающим персоналом.

Муфты, обеспечивающие соединение вала двигателя с валом генератора, должны обладать высокой демпфирующей способностью, быть разборными и упругими с неметаллическими элементами для связи полумуфт (с резиновой звездочкой, с промежуточным диском, торообразной оболочкой).

Основные технические характеристики

Основными, общими техническими характеристиками, определяющими параметры работы и возможность использования дизельных электрических станций, являются:

Электрическая мощность, выдаваемая генератором, измеряется в кВт;
Частота вращения вала, измеряется в оборотах в минуту;
Электрический коэффициент мощности (cos φ);
Количество фаз, вырабатываемого электрического тока;
Напряжение, вырабатываемого тока (220/380 В);
Частота вырабатываемого тока (50 Гц);
Расход топлива за час работы;
Объем топливного бака;
Масса;
Габаритные размеры.

Кроме общих технических характеристик, в паспорте электростанции приводятся технические характеристики дизельного двигателя и электрического генератора, которыми являются, для:

Двигателя:
Модель двигателя;
Предприятие изготовитель;
Количество цилиндров и их расположение;
Диаметр цилиндра, измеряется в мм;
Ход поршня, измеряется в мм;
Вид системы охлаждения;
Номинальная частота вращения вала двигателя;
Номинальная мощность при номинальном количестве оборотов двигателя;
Удельный расход топлива, измеряется в г/кВт*час;
Масса двигателя.
Модель генератора;
Предприятие изготовитель;
Номинальное напряжение на выходных клеммах генератора;
КПД при полной нагрузке;
Коэффициент мощности (cos φ);
Номинальная частота вращения вала;
Полная электрическая мощность, измеряется в кВА;
Масса генератора.

Для того, чтобы дизельная электростанция, являющаяся сложным техническим устройством, работала продолжительное время и не доставляла хлопот пользователям, необходимо вовремя осуществлять ее техническое обслуживание.

Техническое обслуживание можно классифицировать как:

Ежедневные профилактические осмотры – осуществляются перед запуском электростанции в работу.
Периодические профилактические осмотры – проводятся в соответствии с индивидуальным графиком, определенным для каждой конкретной модели дизельной электростанции.
Технические работы, периодичность которых зависит от наработки моточасов эксплуатации установки и в соответствии с составленным графиком их выполнения.

При ежедневных осмотрах или, при цикличной работе электростанции, при ее запуске, выполняется:

Проверка целостности узлов и агрегатов;
Проверка уровней масла и охлаждающей жидкости;
Проверка давления масла в системе смазки двигателя.

При периодических осмотрах выполняется:

Проверка и устранение неисправностей узлов и систем, обеспечивающих работу дизельного двигателя. При необходимости выполняется их регулировка.
Тестирование работы электрического генератора, при необходимости – регулировка.
Проверка сопротивления изоляции электрических проводов и прочих элементов электрических цепей.
Проверка работоспособности электрических устройств системы защиты, автоматики и запуска в работу силовых агрегатов.

При выполнении регламентного технического обслуживания выполняются работы, определенные производителем установки, в каждый конкретный вид обслуживания (ТО1, ТО2 и т.д.).

Обслуживание производится на основании графиков его выполнения и в соответствии с перечнем работ, подлежащих выполнению.

Каждому ТО электростанции соответствует определенное количество отработанных ею часов.

При цикличном режиме работы дизельных электрических станций, необходимо осуществлять периодическое тестирование их работы, которое должно выполняться не реже одного раза в месяц.

У любого технического устройства есть свои достоинства и недостатки, это в полной мере относится и к дизельным электростанциям.

Так к плюсам использования установок данного типа, относятся:

Значительная электрическая мощность, в сравнении с бензиновыми аналогами.
Возможность выполнить стабилизацию вырабатываемого напряжения, тем самым обеспечить его качественные показатели, вне зависимости от пиковых нагрузок при запуске электрических двигателей и прочих электрических устройств.
Высокий КПД.
Способность работать в непрерывном цикле продолжительное время без снижения эксплуатационных показателей.
Относительно низкий уровень шума при генерации электрической энергии.
Способность работать в широком температурном диапазоне окружающего воздуха.
Ремонтно-пригодность и относительно небольшие затраты на выполнение технического обслуживания.

Большая масса установок и значительные габаритные размеры.
Для монтажа моделей большой мощности необходимо устройство специального основания (рамы) или фундамента, обеспечивающих прочность закрепления элементов конструкции и их дальнейшую безопасную эксплуатацию.
Необходимость следить за качеством используемого топлива, зависящего от времени года (температуры окружающего воздуха).
При не полной загрузке (ниже 40,0%), происходит значительный износ узлов и механизмов, что приводит к необходимости выполнения дополнительного обслуживания и как следствие, к финансовым затратам.
Высокая стоимость установки.

Принято считать, и это буквально навязывается нашему сознанию, что русский язык содержит множество непристойных слов, так что можно выделить даже особую речь – русский матерный, на которой якобы разговаривает половина населения нашей страны. Русским приписывают необычайную грубость в высказываниях, без которой, дескать, не обходятся у нас ни армия, ни медицина, ни строительство. Причем и сами себе мы представляемся изощренными ругателями, в отличие от цивилизованных и культурных народов, к которым причисляем всех, кроме себя.

Однако особая грубость и тяга к непристойностям у русского народа – это навязанное извне заблуждение, а совсем не наша национальная черта, поскольку необходимость в словесном оскорблении существует у всех народов и людей, и это есть отражение и воплощение общечеловеческой потребности отмщать обидчику, совершать возмездие врагу, наказывать при помощи оскорбительной речи. Каждый народ выработал свои собственные формы словесного отмщения и наказания, хотя они подчас не кажутся нам, русским, чем-то действительно обидным.

Так, к примеру, японцы, в языке которых оскорбительных, с нашей точки зрения, слов практически нет, наносят обиды своим врагам, намеренно не употребляя грамматическую категорию вежливости, так свойственную японскому языку. По-русски это звучало бы так. Вместо вежливой просьбы: «Будьте добры, откройте пожалуйста, окно», - мы бы просто приказали: «открой окно», человеку, к которому нам нельзя обращаться на ты или мало нам знакомому. Индусы и казахи сохранили особый способ оскорбить родственника: они в намерении обидеть, называют его просто по имени, а не по родственному статусу – невестка, деверь, шурин, сноха. Это все равно, как если бы мы пожилого, уважаемого нами человека, которого все величают по имени отчеству «Василий Иванович», вдруг обозвали Васькой. Для немцев крайне оскорбительны обвинения в нечистоте, неряшливости. Они существуют и у нас, когда мы обзываем кого-нибудь свиньей или свинтусом, но для русских это обвинение не слишком обидно. Получается, что словесное оскорбление есть опровержение того, что народу особенно дорого и важно: для японца важна дистанция между людьми и они держат ее с помощью грамматической категории вежливости. Для индуса или казаха дороги семейные отношения, и разрушение их наносит им обиду. Немцы – блюстители чистоты и порядка, и их оскорбляют обвинения в неряшестве. Но все это нам не представляется особо обидным или срамным. Наши русские формы оскорбления кажутся нам гораздо более непристойными и обидными. И это все потому, что русским причиняет скорбь, то есть горе, а именно таково значение слова оскорблять – причинять скорбь, болезненную обиду, горе человеку, - нам действительно причиняют скорбь совсем иные слова, которые задевают струны нашей национальной души и заставляют их дрожать и плакать. Эти слова именно в нас, русских, вызывают чувства страха, срама и стыда, потому что для нас дороги и святы понятия, которые пятнает оскорбление.

Что такое «ругаться в Бога-Мать»

Самое страшное оскорбление для русских – богохульство, хула на Бога, оскорбление Божьей Матери и святых, то что называлось «ругаться в Бога-Мать». Даже у неверующих людей это вызывало чувство внутреннего содрогания, инстинктивного страха Божия и действовало на человека как сильнейший удар, вызывало нравственную боль и потрясение. Богохульство жестоко наказывалось на Руси. В первой статье соборного Уложения Царя Алексея Михайловича за богохульство полагалась казнь через сожжение.

Считается, что благодаря таким жестоким мерам, богохульство практически исчезло из русской речи. Но это не так. Оно обрело особые формы, которые выражены словом «чертыхаться». Богохульством по-русски является поклонение дьяволу, а в живом языке чаще в этом значении употребляется слово чёрт. Чёрт подери, иди к чёрту, чёрт его знает, чёрте что, - всё это намеренные замены Имени Божьего именем врага рода человеческого, которого верующие люди остерегались и остерегаются поминать. В старину подобные богохульства употреблялись редко. Они вызывали тот же ужас, что и прямая хула на Господа, ибо поминание имени дьявола в представлении русского народа, как и любого народа, имеющего в душе веру в Бога, призывало в помощь нечистую силу точно так же, как поминание имени Божьего призывало к действию и к помощи Господа и ангелов его. Вот почему чертыханье было запрещено среди благочестивых людей, оно вызывало потрясение души, как и прямое поругание Бога.

Но в современном русском мире, где почти отсутствует подлинная религиозность, поминание чёрта перестало быть ругательством. Поскольку Бог и Божья Матерь для большинства народа уже не святыня, то и богохульство в виде чертыханья, а по сути поклонения дьяволу и нечистой силе, воплощенной в образах чёрта, лешего, «чёртовой матери» и «чёртовой бабушки», стало обычной фигурой речи, выражающей наши раздражение и досаду.

Насколько мы потеряли страх поминания дьявольского имени, видно в вошедшем в обычай богохульном обращении к чёрту в выражении «чёрте, что?». А ведь перед нами вопрос, которым человек, отрекаясь от Бога, ищет ответа и помощи у дьявола. Эта фраза по сути своей противопоставлена выражению «помоги, Господи», «дай, Боже», «спаси, Господь». В ней присутствует обращение в древнем звательном падеже «черте» и вопросительное местоимение «что», поставленное здесь в ожидании ответа на призыв нечистой силы. Так что, оказывается, что мы, полагая чертыханье простым выплеском раздражения, на самом деле богохульствуем, призывая себе в помощь и поспешение не Бога и его благие силы, а дьявола и бесов, под разными именами пробравшихся в наш язык. Вслед за «черте, что?» множим мы, безумствуя, иные вопросы к бесам: «чёрте, как?» и «чёрте, сколько?», «чёрте, кто?» и «чёрте, зачем?»… А ведь все это формы общения с нечистой силой, или, иными словами, богохульства.

Ругань «на чем свет стоит»

Еще один страшный вид оскорбления – матерщина, которую в древности называли «матерная лая», уподобляя матерные слова и выражения собачьему лаю. Матерщина имеет истоки в древнем поклонении русского человека Матери Сырой Земле, которая, согласно исконным представлениям нашим, нас родила, носит на себе, кормит-поит, одевает, согревает и после смерти дает последний приют нашему телу. Вот почему и существует выражение «ругаться на чем свет стоит», ведь свет стоит и мир держится на Матери Земле. Мать Земля – древняя святыня, которой в старину надлежало касаться рукой прежде, чем человек вставал ото сна, так у Земли испрашивалось разрешение встать на нее ногами. У Земли предписывалось просить разрешения на пахоту и сев, иначе она, матушка, не даст хорошего урожая. Ею приносили клятву, съедая горсть земли, который в случае лжи или нарушения присяги вставал комом в горле. Вот отчего мы порой, сами не понимая с какой целью, говорим, уверяя собеседника в необходимом нам деле: «Хочешь, буду землю есть». До сей поры так необходимая в человеческих отношениях клятва связана именно с землей. Из-за этого мы говорим, давая обещание «провалиться мне сквозь землю», то есть в случае нарушения слова или заведомой лжи, обрекаем себя не упокоиться в сырой земле, а провалиться в тартарары, в преисподнюю, в ад. Такого же смысла и проклятие «чтобы тебе сквозь землю провалиться!», некогда вызывавшее праведный страх.

Мать Земля в русской картине мира сходна с родной матерью в заботе о своих детях, потому и матерная брань как оскорбление адресуется к матери оскорбляемого человека и одновременно к земле, которая его носит на себе. Поношение матери в наших представлениях есть осквернение чрева, выносившего его, и родной земли, вскормившей его, и подобные слова, если оскорбляемый почитает и любит родную мать, вызывают тот же ужас, что и поминание чёрта у человека, глубоко религиозного и искренне верующего в Бога. И хотя мы давно позабыли древние ритуалы поклонения Матери Сырой Земле, но в большинстве своем по-прежнему любим своих матерей, и потому наша душа при матерщине трепещет и возмущается, захлестывается чувством обиды.

Богохульство и матерщина являются оскорблением двух высших чувств в человеческой природе – чувства святого как осознания нами святости нашего Творца во всех Его испостасях, и чувства священного как понимания места нашего творения, материала, из которого мы созданы, это священное и есть родная мать и ее прообраз - Мать Земля. Господь, по убеждению всех религиозных народов, создал нас из Земли (в слове создать корень зд - означает землю или глину). Земля есть место силы, ею человек живет и питается в физическом смысле слова и ее непременно сравнивает в глубине души с родной матерью, которая для нас священна в той же степени. Она нас рождает, растит и питает, и заботится о нас до конца наших дней. Священное, как и святое обязывает нас к почитанию, благоговению, сбережению от всякого поругания и осквернения. И когда скверными устами произносится матерное слово, обвиняющее родную мать оскорбляемого в нецеломудрии или в блуде, то он переживает чувство стыда и ужаса, что является неизбежным при поругании и осквернении всего священного. В Полесье до сих пор сохранилось поверье, что у тех, кто ругается матом, земля три года под ногами горит.

Почитание священной Матери Земли было сильнейшей стороной языческой картины мира. Наши предки благоговели перед источниками, священными рощами, святыми горами. Они приветствовали просыпающуюся весной землю, просили у нее разрешения на пахоту и сев, благодарили за урожай. Женщины катались по скошенному жнивью, приговаривая: «Нивка, нивка, дай мне силку»… Христианство эту традицию не развивало, но и не препятствовало крестьянину почитать Мать Землю как кормилицу и благодетельницу. Священное отношение к земле разрушалось в городах, где люди совсем не зависели от природы и полагались только на Господа и на себя самого. А последние сто лет гонений на крестьянство окончательно искоренили сословие, которое почитало Мать Землю священной. И тогда матерщина перестала для многих быть оскорблением. Она стала грязной речью грубых людей.

Итак, богохульство вызывало у человека сильнейший страх. То был страх перед неизбежным отмщением за поругание Божьего Имени и за призывание бесов и чертей. Матерщина же вводила человека в шок, вызывая в нем чувство ужасного стыда. Стыд же, как известно, имеющий тот же корень что и слова студить, стужа, а в древности это слово звучало как студ, являл собой образ сильнейшего озноба, человек, охваченный стыдом, сам себе представлялся незащищенным, одиноким и оголенным, поскольку его лишили главных исконных защитников - Матери Сырой Земли и родной матери.

Скверна плоти и духа

Есть еще один вид сильного оскорбления по-русски - сквернословие, использование так называемых скверных слов, обозначающих нечистоты, экскременты, органы человека ниже пояса и его физические отправления. Такое восприятие сквернословия основывалось на древней установке, через язык вводящей в нашу картину мира понятия добра и зла: верх в этом случае обозначал добро, низ - зло, и в этой системе тело человека разделялось на добрую и злую половины границей пояса.

Органы человека ниже пояса представлялись да и сейчас представляются нечистыми. И говорили мудрецы так: «все мы наполовину люди, наполовину скоты».

Человек, которого оскорбляют скверными словами, обзывая нечистотами или детородным органом, задней частью тела, то есть срамными, похабными, пошлыми словами, испытывает чувство, которое в русском языке называется словом срам. Срам возникает при словесном или физическом обнажении человека перед людьми, этимологически оно означает чувство жути, которое охватывает при обнажении запретного. Не случайно, о том, кто срамит кого-то или срамится сам, говорят – он наглый, он издевается и изгаляется. И тем самым язык наш подчеркивает, что скверна плоти обнажена, освобождена от покрова и выставлена во всей нечистоте на всеобщее обозрение. Однако сегодня сквернословие далеко не всеми воспринимается как срамословие. Люди, потерявшие представление о чистом и нечистом собственной плоти, утрачивают и брезгливое отношение к нечистому слову, поистине скверна плоти рождает и скверну духа, и речь русского человека все больше наполняется нечистотами.

Так что оскорбление по-русски включало в себя три вида слов, вызывавших своего рода паралич души, сильнейший шок, оторопь и обиду - это богохульство, матерщина и сквернословие. Богохульство влекло за собой чувство страха, матерщина вызывала стыд, а сквернословие порождало срам в человеке. Именно про эти словесные оскорбления говорилось, что словом можно убить. Ибо такие оскорбляющие слова заставляли человека как бы обмереть, испытав скорбь, а по сути этого слова - паралич души, так как скорбь происходит от понятия скоробиться, то есть скорчиться и застыть в скорченном состоянии. Именно об оскорблении гласит русская пословица: «Слово не стрела, а пуще разит».

Нельзя сказать, что люди сегодня этого совсем не понимают. Но сквернословцы и матерщинники настолько приросли душой к грязной речи, что и в приличном окружении находят им эквиваленты, прямо отсылающие окружающих к нечистому смыслу – многочисленные ёлки-палки, ёшкины коты, японские городовые, блины, помянуть которые ныне не стесняются культурные с виду дамы и джентельмены, и даже дети не чураются их, - никого из окружающих не вводят в заблуждение. Они являются отвратительным явлением не только грязной речи, но и свидетельствуют о грязном образе мысли произносящих подобные эвфемизмы.

Брань – словесная оборона

Однако помимо слов оскорбительных, ведущих к параличу души, в русском языке есть слова бранные, которые служат человеку на пользу. Ведь и само слово брань означает нашу словесную оборону, в стремлении избежать физического столкновения с противником и обойтись при выражении своей агрессии одними лишь словами. Как говорили исстари, «береза не угроза, где стоит, там и шумит». Действительно, уж лучше обругать недруга бранным словом, нежели раскроить ему вгорячах череп. Так действовало предостережение: «Браниться – бранись, а рукам воли не давай».

Бранные слова или словесная оборона весьма отличаются от оскорбительных слов. Брань искони использовалась как форма предупреждения противника в том, что он будет атакован, если не смирится и не сдастся. Таков обычай русского народа. Мы не нападаем на неприятеля сзади, как это делают степные народы. Мы не кидаемся на врага внезапно, без предупреждения, как это принято у наших соседей-горцев. Русские имеют обыкновение предупреждать недруга о нападении и в это предупреждение мы, как правило, вкладываем ритуальные слова поношения врага – ту самую русскую брань. Знаменитое послание князя Святослава «Иду на вы», так удивлявшее его противников, является примером русского предупреждения супостатов о грядущей схватке. Великодушие воина-славянина здесь сопровождалось обыкновенно ритуальными угрозами врагу, которые не столько деморализовали неприятеля, сколько подбадривали самого бранящегося.

Действительно, использование словесной брани ведет свое начало из древнего воинского обряда уничижения своего врага перед схваткой. Подобные обряды укрепляли в бойцах чувство собственного превосходства над противником. Ритуал брани был настолько обязателен в русской бытовой культуре, что на этот счет существует известная поговорка, исходящая от лица заинтересованных схваткой зрителей: «Полно браниться, не пора ль и подраться».

Самым важным в таких ритуалах является переименование врага из человека в животное, причем в такое животное, победить которое легко. Нестрашные, неопасные звери и скоты – козел, баран, осел, свинья, лиса, собака, - становились именованием противников русского воина. Их употребляли в зависимости от того, что побольнее заденет недруга – неряшливость свиньи, тупость барана, упрямство осла или вредность козла… Но в брани никогда не использовались имена хищников – волка и медведя, противостояние с которыми не сулило легкой победы. Поминали в оборонной брани животных в собирательном смысле: тварь или скотина – тоже универсальные переименования перед схваткой. С возгласом «Ах ты, скотина!» или «Ух ты, тварь!» у нас принято кидаться в рукопашную.

Переименование человека в скота было важно для русского еще и потому, что русич, добрый по своей природе, не был готов убивать себе подобных даже и в открытом бою. Ему требовалось не только переименовать своего противника в животное, но и убедить самого себя, что он видит перед собой врага не в человеческом облике, а в обличье зверя. Ибо, как писал Владимир Высоцкий, «бить человека по лицу я с детства не могу». И вот, чтобы не бить человека по лицу, это лицо по-русски переименовывали в звериную образину: так родились бранные угрозы – набить морду, дать в рыло, начистить рожу, порвать пасть, врезать в харю, разбить мурло. Все перечисленные здесь слова суть именования звериной морды – нечеловеческого обличья. Уничижая таким образом противника своей угрозой, приготовившийся к бою или драке человек и себя освобождал от угрызений совести, что он поднял руку на человека. Противник для него становился как бы зверем.

Есть в словесной обороне и иной способ переименования врага перед схваткой. Чтобы оправдать свою агрессию, боец называл противника именем чужака, человека чужого, враждебного нам рода-племени. Русская история накопила немало таких прозвищ, запечатленных в памяти языка благодаря множеству нашествий и войн. Из тюркских языков пришли к нам балбес (из татарского билмас – «он не знает»), болван (татарское богатырь), балда и бадма. Это память о монголо-татарском иге и последующем враждебном соседстве со степняками. Война с Наполеоном отразилась в словах шаромыжник (франц. шер ами – «милый друг») и шваль (франц. шевалье). Слова эти пережили сложную историю. Они возникли в результате наложения друг на друга старинных русских корней и французских заимствований. Именно с опорой на русский корень в слове шушваль (клочок, обрывок, лоскут) произошло переосмысление слова шевалье, обозначавшего недруга-француза. Так возникла шваль – название всякого никчемного, ни на что не годного человека. Французское шер ами – милый друг тоже было переосмыслено в нашем языке с помощью русского корня – шара (пустота, дармовщина), шаром, на шару, (даром) в соединении с суффиксом -ыг-, известном в словах сквалыга, забулдыга, прощелыга. Шаромыга, шаромыжник, таким образом, стали ироническими прозваниями попрошайки и ничтожества. Кстати, слово забулдыга имеет подобное же образование. Здесь использован татарский корень булды («хватит»), а забулдыга означает пьяницу, у которого нет понятия «хватит», то есть способности вовремя остановиться в хмельном питии. Вспомним здесь также и шалопая: заимствованное из французского языка chenapan (негодяй) преобразовалось в слово шалопай под влиянием русского шалун, шалый, и стало означать обыкновенного бездельника.

Более новые ругательства, обозначающие чужаков, - греческое идиот (особенный, непохожий на других, чужой) и французское кретин (глупый). Они для нашего языка – тоже знак неполноценности человека, его чуждости родному сообществу, что позволяет использовать эти слова в словесной обороне, выводя идиота и кретина из круга своих.

Назовем еще одну стратегию словесной обороны, которую использовал русский воин и всякий изготовившийся к драке русич. В этой стратегии очень важно предупредить своего противника, что он будет повержен и уничтожен. Именно для этого используются слова, обозначающие падаль и мертвечину. Таковы слова падла и стерва, мразь и мерзавец, сволочь и зараза. Каждое из них выражает идею мёртвого особенным образом. Если падла - это то, что мёртвым пало на землю, обычная падаль, то стерва – растерзанное существо. Не случайно медведь в говорах называется стервецом, что означает терзающий добычу. Памятен и стервятник – хищная птица, питающаяся падалью, терзающая ее на части. Мразью именуют противника, сравнивая его с замерзшим до смерти существом, таков же и мерзавец. В слове сволочь прослеживается сравнение со сволоченной в кучу мертвой листвой, ни к чему не годным мусором, так полагал Владимир Даль. А слово зараза происходит от глагола заразить (то есть поразить, убить), и обозначает зараза убитого в бою.

Итак, словесная брань – это самая настоящая стратегия защиты, предупреждение врага о нападении, уничижение противника и одновременно укрепление самого бойца перед схваткой. Такова история происхождения бранных слов. Но и сегодня брань допустима и порой даже необходима в речи. Ведь ею можно сполна выплеснуть обиду на неприятеля, одной лишь перебранкой исчерпать конфликт и избежать рукоприкладства.

Ругань - выяснение отношений с ближними

Оскорбительными и бранными словами русский запас обидных речений не исчерпывается. Важнейшей частью национального быта является ругань – словесное уничижение наших ближних при выражении недовольства ими и при так называемом «выяснении отношений».

В русской традиции общения, которая складывалась на протяжении тысяч лет, особо ценилась искренность, открытость человека в взаимодействии со своими ближними. Именно поэтому мы считаем идеалом общения разговор по душам, без которого русский человек скукоживается в собственном коконе и иссыхает душой. Но и оборотную сторону разговора по душам – искреннее выражение недовольства своими ближними - мы тоже очень ценим, называя его «выяснением отношений». Такое общение – это разговор по душам наизнанку, это накопленные обиды, выплеснутые в лицо, это злоба, сконцентрированная в ругательном слове, которым мы обзываем провинившегося перед нами родственника или друга. В русских пословицах подобные ругатели метко сравниваются с собакой, что переменчива нравом, от свирепости до ласковости: «Полай, полай, собака, да и оближись».

Ругательные слова, какими в нашем языке «выясняют отношения», очень разнообразны и красочны, поскольку человек, ругаясь, стремится высказаться как можно ярче, но при этом не оскорбить, не сразить, не облить грязью. В подборе выражений ругатель, как правило, исходит из установки, что его раздражитель – как бы не человек вовсе, он некое пустое место, не имеющее главного признака человека – живой души.

Таково, к примеру, слово дурак, этимология которого основывается на понятии дыра – пустое место. Причем, ругаясь, мы любим подчеркнуть, что дурак – безумный, безголовый, бестолковый. И к дураку добавляем бестолочь, утверждаем, что у дурака крыша съехала, чердак без верху. Дураков величают на разные лады, новизной формы освежая силу ругательства: здесь и ласковое дуралей, и раздраженное дурандас, и добродушное дурачина, и гневное дуролом, и просто банальные дурень с дурилой, а также дурошлеп и дурында. Звонкости добавляют устойчивые определения дурака – дурак бывает круглый, набитый, отпетый. А если дурак не совсем дурак или притворяется таковым, то есть и для этого свои названия – полудурок и придурок.

Другое ругательное именование ближнего бездушным предметом обозначает разные виды дерева – тут и чурка, часто она выглядит как «чурка с глазами» или «чурка с ушами», и чурбан, и полено, и бревно, и дуб с дубиной и дуболомом, причем для яркости дубина именуется стоеросовой, то есть не лежачей, а стоячей, подобно человеку. Высокого и тупого человека назовут еще и орясиной – длинной жердью или хворостиной. Так ругают добрых молодцев. Вспомним и пень, к которому добавляют, что он старый или замшелый, так укоряют стариков. Сходно с представлением о человеке-деревяшке и слово остолоп, оно исстари обозначало деревянный столб и имеет тот же корень. Еще один деревянный предмет, переосмысленный в ругательство, - оглобля. Современный язык добавляет к этому списку бамбук и баобаб, а еще, постучав по деревяшке, мы произносим с чувством собственного превосходства над тупицей «здравствуй, дерево!».

Занимательны и ругательства с называнием ближних обувью. Тем самым мы подчеркиваем, что перед нами не человек, а лишь его оболочка без содержания – то есть опять-таки без души. И обувь в таких выражениях мы подбираем, соответствующую социальному статусу ругаемого нами человека. Сапог – скажем о тупоголовом военном, лаптем и валенком обзовем простофилю - деревенского жителя, тапком жена отчихвостит собственного безвольного мужа, а тот тапочкой – свою бестолковую жену, но в любом случае, мы высказываемся в том смысле, что перед нами голимая пустота, бессодержательный объект.

Мысль о своей никчемности, ненужности обидна для человека, и ругатели этим с удовольствием пользуются. Русский язык накопил коллекцию никчемностей, используемую в ругани. Здесь и обычная дрянь с фигней в придачу, и более конкретные отрепье – рваная одежда, и ошметок - старая обувь, а также отребье – ненужный хлам и мусор. Есть в подобной ругани забавные редкости, но тоже никчемные - ошурок (засохшая сопля), шушваль (обрывок, лоскуток). Особняком здесь стоит слово обормот, оно тоже обозначает никчемного оборванца, и звуковое сходство обормота с оборванцем вроде бы прослеживается. Однако в обормоте состоялось русское переосмысление немецкого Ubermut (хулиган, кривляка, шалун). Совпадение звучаний обормота с оборванцем и мотом дало импульс развитию иного значения – никчемного гуляки, промотавшегося до последней рвани. Точно так в конце XIX века сформировалось слово охламон, изначально оно соотносилось с греческим охлос (народ) и буквально означало «человек из народа». Но яркое совпадение звучания этого слова с корнем хлам породило новый смысл – плохо одетый, неряха.

Ругани, адресованной близким, свойственны и наименования их животными, прежде всего отличающимися глупостью, вредностью или никчемностью. Жену муж может обозвать овцой, козой или курицей, а она его в отместку - козлом или бараном. Вредного и капризного старика величают старым хрычом (слово грич сохранилось в чешском языке и означает старый пес), а ворчливую старуху прозывают старой каргой (слово карга сохранилось в санскрите в значении ворона).

Важной приметой внутрисемейной ругани являлись именования своих ближних именами чуждого происхождения – дундук (никчемный, тупой) происходит от тюркского личного имени, олух (глупый, неряшливый) ведет свое происхождение от финского личного имени Oliska, пентюх (неуклюжий, туповатый) возник в результате переосмысления греческого имени (Пантелей – Пантюха – пентюх) при совпадении звучаний с выразительным пень.

Обратим внимание, сколь велико число таких вот ругательств – безобидных, ибо они не являются оскорбительными, как богохульство, мат и сквернословие, и никому не угрожают, как словесная брань. В такой повседневной ругани каждый из нас сбрасывает нервное напряжение, раздражение, которое вызывают обычно трудные обстоятельства жизни или усталость в труде – «не выругавшись, дела не сделаешь», «без шуму и брага не закиснет». Вот оно – истинное назначение русской ругани – «поругаться – душу отвести», а значит, вернуться в спокойное состояние и с толком довести дело до конца.

Когда же мы ругаемся на собственную родню и друзей, то и тут в подобной ругани есть большие достоинства. Психологическая разрядка наступает, когда человек пользуется всеми этими смешными именами – олухами, дундуками, орясинами и ошурками, ошметками и валенками. К примеру, назовешь своего ленивца-сына телепнем и сам пустишься в хохот, представив его в виде неповоротливого увальня, телепающегося туда-сюда без толку. Или жена в сердцах крикнет мужу: «Ну, что встал, как остолоп!», а он ей в ответ: «Совсем, овца, потерялась!» И смешно это, и не обидно, но поучительно. Почему и говорят на Руси: «Больше бранятся, смирнее живут», «при счастье бранятся, при беде мирятся», «свои собаки грызутся, чужая не приставай».

Психологи изучили потребность людей в словесной разрядке и установили, что когда человек постоянно из страха, или в силу хорошего воспитания, или еще по какой причине не имеет возможности высказать свои негативные чувства, у него затемняется рассудок, он начинает тихо ненавидеть окружающих, и может не только сойти с ума, но и совершить преступление или самоубийство. Это состояние называется по-русски: «зла не хватает». «Зла» в словесной ругани должно хватать сполна, потому что это наиболее безобидная форма наказания или возмездия раздражающему нас ближнему. После чего для обоих наступает мир и успокоение. Потому все мы и знаем: «брань не дым, глаза не ест», «брань на вороту не виснет», и, главное, «не побив кума, не пить и пива».

Так зачем же, спрашивается, мы позабыли многое множество таких метких, звонких, точных ругательных слов, а вместо них, как обухом по голове, кроем наших ближних и дальних отборным матом, чертыхаемся на них и сквернословим, потеряв при этом страх и стыд и выставляя напоказ собственный срам?

Может, это происходит потому, что мы уже давно живем в обществе, где люди перестали поклоняться Богу и Его Пречистой Матери? И потому хулить Их – ругаться «в Бога-Мать» не является для многих чем-то страшным? Может быть, чертыханье в ходу потому, что все эти сто лет, а то и больше дьявола перестали считать врагом рода человеческого? А значит входить с ним в открытое общение, чертыхаясь, также стало не страшно? И ведь эти же сто лет, за какие мы так стремительно забыли Бога и познали чёрта, люди в нашей стране перестали поклоняться Матери Земле и пренебрегли святостью материнства вообще. Вот и матерная брань не стала вызывать стыд сначала перед лицом родной земли, потом перед лицом родной матери, и, наконец, в глазах собственных детей. Что до сквернословия, то его нечистоты уже не воспринимаются как срам, ибо люди привыкли не только грязно говорить, но и грязно думать. Все дело именно в том, что мы в большинстве народа привыкаем грязно думать, а то и не думать вовсе, используем сквернословие и матерщину как рефлекс недовольства и негодования.. При провалах в мыслях и в памяти, как установлено нейролингвистами, люди как раз и заполняют пробелы речи матерщиной, чертыханием и сквернословием. Есть даже психическое заболевание, при котором у человека полностью отсутствует речь, но чтобы привлечь к себе внимание окружающих, больной изрыгает сквернословие и матерщину. Так что беспричинно матерящиеся и привычно сквернословящие люди сродни душевнобольным и должны таковыми восприниматься в обществе.

Итак, навязанное сегодня в России убеждение, что русские – какие-то особо изощренные сквернословцы, которые без мата не пьют, не едят и вообще не живут на свете, - это лукавство или заблуждение. Богохульство, мат и сквернословие еще сто лет назад считались недопустимыми не только в образованной среде, но и в простом народе. Слова эти несли открытое зло, были опасны для общества и человека, их избегали, за них жестко наказывали. Другое дело - бранные слова и ругань, что оказывались подспорьем в искреннем общении с ближними и способом предотвращения рукоприкладства. Здесь меткое русское слово служит полезную службу и по сей день. Это не значит, конечно, что мы вправе костерить родню и друзей с утра до ночи, но это значит, что мы должны беречь себя и всех окружающих нас от оскорблений и сквернословия.

Татьяна Миронова

Варианты систем «двигатель внутреннего сгорания - генератор»

Такие системы применяются на транспортных средствах с тяговым электроприводом. В последнее время на транспорте, кроме тягового электропривода постоянного тока, широко применяются тяговые асинхронные, синхронные и вентильные электроприводы. Использование вращающегося преобразователя энергии - генератора, в частности, в составе автотранспортных средств обусловлено тем, что статические преобразователи непригодны для отбора механической мощности с вала двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

В качестве примера на рис. 1.23 представлена принципиальная схема системы «генератор постоянного тока независимого возбуждения - двигатель постоянного тока последовательного возбуждения».

На валу ДВС расположен генератор Г и возбудитель В, вырабатывающий ток возбуждения генератора. Валы электродвигателя М и исполнительного механизма ИМ соединены механически. Якорные цепи генератора и электродвигателя - электрически. Переключатель К меняет соединение ОВД на обратное, тем самым обеспечивая изменение направление вращения (реверс) электродвигателя М.

Величины токов возбуждения и, соответственно, магнитных потоков электрических машин регулируются сопротивлениями Я рвг и Л швд. Выходное напряжение генератора Г зависит как от угловой скорости его вращения со г, так и от величины тока возбуждения 1 вг. Семейство механических характеристик системы «генератор - двигатель» имеет две зоны (рис. 1.24).

В первой зоне сопротивление Я швд равно бесконечности. Электродвигатель работает при максимальном магнитном потоке Ф дв. Регулирование происходит за счет изменения выходного напряжения генератора и, от нуля до номинального значения. Во второй зоне система работает при номинальном значении выходного напряжения

Рис. 1.23.

тока последовательного возбуждения:

ИМ - исполнительный механизм; ДВС - двигатель внутреннего сгорания; Г - генератор; ОВГ - обмотка возбуждения генератора; Н. рвг - добавочное сопротивление в цепи возбуждения генератора, Ом; М - двигатель постоянного тока; ОВД - обмотка возбуждения двигателя; Я швд - шунтирующее сопротивление обмотки возбуждения двигателя, Ом; В - возбудитель; К - переключатель обмотки возбуждения двигателя; 1 Я - ток якоря, А; 1 вд - ток возбуждения двигателя, А;

1 Ш - ток шунта, А; 1 вг - ток возбуждения генератора, А

Д-я зона Фд = У а2

> и г =у а2

Рис. 1.24. Семейство механических характеристик «генератор - двигатель»

и г = и гн. Регулирование скорости происходит за счет изменения магнитного потока электродвигателя Ф дв.

Уравнение механической характеристики для этой системы имеет следующий вид:

/ к овд -К-швд р, р 4

К яд + К яг

У^-ОВД +К-ШВД

(кФдв) 2
(1.60)

где Е - электродвижущая сила генератора, В;

М - момент двигателя, Нм;

Я 0 вд - сопротивление обмотки возбуждения двигателя, Ом;

К яд - сопротивление якоря двигателя, Ом;

Я яг - сопротивление якоря генератора, Ом.

Общий диапазон регулирования скорости в разомкнутой системе «генератор - двигатель» не превышает значения О = 16:1.

Принципиальная электрическая схема, представленная на рис. 1.25, дает общее представление о работе системы «генератор - двигатель». Во всех учебниках по электроприводу генератор приводится в движение асинхронным двигателем, включенным в трехфазную сеть переменного тока. При современном уровне полупроводниковой техники достаточно включить между сетью питания и асинхронным двигателем преобразователь частоты - напряжения, чтобы получить требуемые механические характеристики электропривода. Систему «генератор - двигатель» можно исключить. Однако существует перспективная область применения системы «генератор - двигатель» в автотранспортных средствах с тяговым электроприводом, где генератор приводится от двигателя внутреннего сгорания, который входит в состав общей схемы регулирования. В них применяется объединенное регулирование двигателя внутреннего сгорания и тягового электропривода. Рассмотрим некоторые из подобных систем.

Установки «двигатель внутреннего сгорания - генератор» являются основным источником питания автотранспортного средства с тяговым электроприводом. Основной вид двигателя внутреннего сгорания - дизели.

Основные требования к регулированию системы «двигатель внутреннего сгорания - генератор»: полное использование максимальной мощности двигателя внутреннего сгорания независимо от включения - выключения вспомогательных нагрузок, изменения температуры и давления окружающего воздуха и других факторов; отсутствие перегрузки двигателя внутреннего сгорания в статических и динамических режимах; возможность получения частичных режимов по мощности; экономичность работы двигателя внутреннего сгорания во всех режимах; минимум дымления и вредных выбросов; работа в благоприятных для двигателя внутреннего сгорания зонах; снижение уровня шума на частичных режимах.

Регулирование при работе генератора с постоянной скоростью

Как правило двигатель внутреннего сгорания работает с постоянной скоростью на автотранспортном средстве с резко переменной нагрузкой (тракторы с тяговым электроприводом, танки, грейдеры, скреперы). Возможны варианты использования двигателя внутреннего сгорания - генератора в качестве электростанции в системе дополнительной энергетики на сверхтяжелых автотранспортных средствах.

Функциональная схема регулирования «двигатель внутреннего сгорания - генератор» с постоянной скоростью представлена на рис. 1.25.

Блок управления возбуждением представляет собой многоканальное устройство сравнения. Сравниваются мощность, ток, напряжение, скорость вращения. На основании соотношений вырабатывается сигнал управления дельта (А).

Увеличение мощности сопровождается небольшим снижением скорости, и наоборот. Резкое увеличение нагрузки приводит к добавлению инерционной составляющей и увеличению суммарного крутящего момента двигателя внутреннего сгорания.

Величина тока ограничивается значением 1 зад, мощность - Р зад и напряжение - и зад.

На рис. 1.26 представлены выходные характеристики синхронного генератора при различных токах возбуждения.

Регулирование осуществляется по принципу:

пусть Р зад Т; Р зад - Рос >0; Л>0; 1 ВСГ Т, Р 0С Т-

Если увеличилась Р ос, то картина противоположна. Канал регулирования мощности является основным, другие каналы работают как ограничительные по заданным току, напряжению, скорости. Пусть Рзад = const, оказалось, что 1 ос больше, чем 1 зад. Дельта становится меньше нуля, 1 всг уменьшается, Р ос уменьшается. Отсечка по напряжению реализуется аналогично. Пусть Р зад = const, оказалось что п ос

Рис. 1.25.

ОВВГ - обмотка возбуждения вспомогательного генератора; ТД - тепловой двигатель; ДЧВ - датчик частоты вращения; ВГ - вспомогательный генератор; СГ - синхронный генератор; УВ - управляемый выпрямитель; ВИ - датчик напряжения; ВА - датчик тока; УМ - умножитель; БУВ - блок управления возбуждением; ПХ - педаль хода; ТЭД - тяговый электродвигатель; Р зад - мощность задания, Вт; 1 зад - ток задания А; и зад - напряжение задания. В; Р ос - мощность обратной связи, Вт; 1 ос - ток обратной связи, A; U oc - напряжение обратной связи, В; 1 всг - ток возбуждения синхронного генератора, А; п ос - скорость обратной связи, об/мин

Рис. 1.26.

Достоинства системы: схема всегда готова к приему максимальной мощности; просто реализована защита от перегрузки дизеля при изменении внешних условий:

]^шах = +Р /т

где ДМ ном - потери на привод вспомогательных механизмов;

ДТ^ен - мощность собственных нужд двигателя внутреннего сгорания;

Р г - мощность генератора.

Высокая приемистость автотранспортного средства; малое дымление при приеме также являются достоинствами.

Недостатки: высокий расход топлива на частичных режимах, снижение долговечности двигателя; высокий уровень шума на частичных режимах.

Регулирование при работе генератора

с переменной скоростью

Регулирование угловой скорости может вестись плавно и ступенчато. Задача регулирования в том, чтобы на частичных режимах мощность и скорость вращения теплового двигателя соответствовали возможно меньшему удельному расходу топлива.

На основании данных об удельном расходе топлива строят линию наибольшей экономичности (ЛНЭ). Эта линия проходит через точку максимальной мощности и через зоны наименьшего расхода топлива.

Функциональная схема системы регулирования при работе двигателя внутреннего сгорания с переменной угловой скоростью представлена на рис. 1.27.

Обозначения в схеме такие же, как для рис. 1.25.

ФП - функциональный преобразователь, формирует сигнал управления в соответствии с ЛНЭ.

Семейство выходных характеристик генератора при различных уровнях мощности, напряжения и тока представлены на рис. 1.28.

Работа каналов происходит аналогично ранее рассмотренной.

Достоинства системы: реализовано регулирование по линии наибольшей экономичности; обеспечена защита от перегрузки двигателя внутреннего сгорания; снижен уровень шума на частичных режимах; повышенная долговечность двигателя внутреннего сгорания.

Рис. 1.27.

Рис. 1.28.

Недостатки системы: величина Р зад не учитывает изменение собственных нужд двигателя внутреннего сгорания, и мощность не всегда отбирается полностью; повышенный расход топлива и дымление при увеличении нагрузки.

Объединенное регулирование двигателя внутреннего сгорания и генератора

На рис. 1.29 представлена функциональная схема объединенного регулирования двигателя внутреннего сгорания и генератора.

При перемещении рейки топливного насоса высокого давления меняется индуктивность обмотки и появляется сигнал Я ос.

Для наиболее точного определения состояния двигателя, то есть возможности отдачи максимальной мощности и получения экономичной работы, устанавливается соответствие между скоростью вращения и подачей топлива. Данное соответствие реализуется ФП1. ФП2 реализует связь между п ос и заданной мощностью.

Рис. 1.29. Функциональная схема объединенного регулирования ДВС и тягового

генератора:

ТНВД - топливный насос высокого давления; ИД - индуктивный датчик в составе топливного насоса высокого давления (индуктивный датчик связан механически с рейкой топливного насоса высокого давления); ФП - функциональные преобразователи; q 3 - заданная подача топлива; ч ос - текущая подача топлива; Дq - разностный сигнал по подаче топлива; Ви - датчик напряжения

В системе используются два задающих сигнала. Задание топливного расхода и задание мощности. Основным задающим сигналом является Р 3 . Он определяет быстродействие системы и динамическую ошибку. Регулирование по Р 3 ведется по ранее рассмотренному принципу. Сигнал Дц является корректирующим. Если при данной Р 3 ц ос оказывается избыточной, то Р 3 уменьшается. Если ц ос оказалась недостаточным, то Р 3 , увеличивается. Таким образом, электрическая мощность генератора увязывается с подачей топлива в дизель. Этот способ регулирования называется объединенным.

Достоинства системы: возможность точной реализации полной мощности дизеля независимо от изменения в окружающей среде и изменения нагрузки; точная отработка линий наибольшей экономичности.

Недостатки системы проявляются в переходных режимах.

Если в установившемся режиме обеспечивается требуемое соответствие подачи топлива и воздуха, то в переходных режимах оно резко уменьшается, для автотранспортного средства количество переходных режимов занимает значительную долю времени и составляет 20-30 %. Переходные режимы вызываются изменением управляющего воздействия водителем (перемещение педали топлива) и нагрузки (ухудшение дорожных условий и уклонов).

Наибольшие неприятности связаны с переходным режимом при увеличении скорости И МОЩНОСТИ.

Автоматическое регулирование

вспомогательного генератора

Вспомогательный генератор предназначен для обеспечения питания вспомогательных потребителей и обмотки возбуждения генератора. Если нагрузкой вспомогательного генератора является только обмотка возбуждения, то его называют возбудителем. Вспомогательный генератор применяют на тяжелых автопоездах и тяжелых шасси. Возбудители используются на карьерных самосвалах. На выходе вспомогательного генератора поддерживается постоянное напряжение в рабочем диапазоне скоростей двигателя внутреннего сгорания. Функциональная схема регулирования вспомогательного генератора представлена на рис. 1.30.

Работа схемы в статических режимах. Для заданного а поддерживается равновесие между п ос и п езад.

Рис. 1.30. Функциональная схема системы объединенного регулирования вспомогательного генератора:

ДЧВ - датчик частоты вращения; ВГ - вспомогательный генератор; СГ - силовой генератор; УМ - умножитель; ФП - функциональный преобразователь, определяет зависимость п сзад = Да), соответствующую линии наибольшей экономичности; а - угол поворота дроссельной заслонки; БДК - блок динамической коррекции; РМ - регулятор мощности

Пусть п ос > п езад, тогда дельта больше нуля, что приводит к увеличению 1 в силового генератора. Соответственно увеличивается Р ос, п ос і. При обратном сочетании все наоборот - Р ос і, п 0С Т. Блок динамической коррекции включается в работу при п езад Т. Пусть а возрастает резко (открытие заслонки), п езад Т, п езад » п ос. В этом случае блок динамической коррекции вырабатывает сигнал ДР, т. е. сигнал коррекции большой величины, тем самым уменьшая п езад І в і, двигатель - генератор разгоняется без нагрузки. По завершении разгона подается заданная нагрузка.

При аі блок динамической коррекции в работе не участвует.

Подобная схема используется на четырехосном ЗИЛе и на ЛАЗе.

Электрическая схема вспомогательного генератора представлена на рис. 1.31.

Рис. 1.31. Электрическая схема регулирования вспомогательного генератора:

ВГ - трехфазная обмотка генератора; ОВВГ - обмотка возбуждения вспомогательного генератора; АБ - аккумуляторная батарея; УБ1 -УБЗ - управляемый выпрямитель; НВ - неуправляемый выпрямитель нагрузки; Ю1 - обратный диод; Б - кнопка запуска генератора; Я - токоограничивающее сопротивление;

ТК - транзисторный ключ; Т)2 - защитный диод

Работа схемы. Генератор предварительно приводится во вращение. Включается Б (без фиксации), появляется 1 в по цепи: АБ, ОВВГ, масса. Появляется и г.

Размыкаем 5. Открывается транзисторный ключ, появляется 1 в, по цепи: ВГ, ОВВГ, У8. Получаем режим самовозбуждения генератора. Поддерживание нужного уровня напряжения осуществляется включением, выключением транзисторного ключа.

Один из вариантов электронной схемы системы автоматического регулирования вспомогательного генератора представлен на рис. 1.32.

Диодный оптрон разделяет схему на две части. Первая включает устройство сравнения - формирования на операционном усилителе ДА и усилитель на транзисторе УТЗ. Вторая часть является исполнительной и представляет собой транзисторный ключ ТК.

УЭ позволяет получить потенциальную развязку между высоковольтными и низковольтными частями схемы. Блок уравнивает два сигнала по разности (и ос - и он).

Величина опорного напряжения устанавливается при настройке с помощью Я 2 .

Рис. 1.32. Электронная схема системы регулирования вспомогательного генератора: Т) - диодный оптрон; ДА - операционный усилитель; ДН - датчик напряжения (трансформатор с выпрямителем); ТП - тиристорный трехфазный преобразователь (выпрямитель); и ос - напряжение обратной связи; и оп - опорное напряжение 15 В

« Современный двигатель внутреннего сгорания по определению не самый выдающийся продукт с точки зрения технологий. Это значит, что его можно совершенствовать до бесконечности»(Мэтт Тревитник, президент венчурного фонда семьи Рокфеллер Venrock).

Двигатель со свободным поршнем – линейный двигатель внутреннего сгорания, лишенный шатунов, в котором движение поршня определяется не механическими связями, а соотношением сил расширяющихся газов и нагрузки

Уже в ноябре этого года на американский рынок выйдет Chevrolet Volt, электромобиль с бортовым генератором электроэнергии. Volt будет оснащен мощным электродвигателем, вращающим колеса, и компактным ДВС, который лишь подзаряжает истощенную литий-ионную батарею. Этот агрегат всегда работает на максимально эффективных оборотах. С этой задачей легко справляется обычный ДВС, привыкший к куда более тяжкому бремени. Однако в скором времени его могут сменить куда более компактные, легкие, эффективные и дешевые агрегаты, специально созданные для работы в качестве электрогенератора.

Когда речь заходит о принципиально новых конструкциях ДВС, скептики начинают морщить носы, кивать на сотни пылящихся на полках псевдореволюционных проектов и трясти святыми мощами четырех горшков и распредвала. Сто лет господства классического двигателя внутреннего сгорания кого хочешь убедят в бесполезности инноваций. Но только не профессионалов в области термодинамики. К таковым относится профессор Питер Ван Блариган.

Энергия взаперти

Одна из самых радикальных концепций ДВС в истории — двигатель со свободным поршнем. Первые упоминания о нем в специальной литературе относятся к 1920-м годам. Представьте себе металлическую трубу с глухими концами и цилиндрический поршень, скользящий внутри нее. На каждом из концов трубы расположены инжектор для впрыска топлива, впускной и выпускной порты. В зависимости от типа топлива к ним могут добавлены свечи зажигания. И все: меньше десятка простейших деталей и лишь одна — движущаяся. Позднее появились более изощренные модели ДВС со свободным поршнем (FPE) — с двумя или даже четырьмя оппозитными поршнями, но это не изменило сути. Принцип работы таких моторов остался прежним — возвратно-поступательное линейное движение поршня в цилиндре между двумя камерами сгорания.

Теоретически КПД FPE переваливает за 70%. Они могут работать на любом виде жидкого или газообразного топлива, крайне надежны и великолепно сбалансированы. Кроме того, очевидны их легкость, компактность и простота в производстве. Единственная проблема: как снять мощность с такого мотора, механически представляющего собой замкнутую систему? Как оседлать снующий с частотой до 20000 циклов в минуту поршень? Можно использовать давление выхлопных газов, но эффективность при этом падает в разы. Эта задача долго оставалась неразрешимой, хотя попытки предпринимались регулярно. Последними о нее обломали зубы инженеры General Motors в 1960-х годах в процессе разработки компрессора для экспериментального газотурбинного автомобиля. Действующие образцы судовых насосов на основе FPE в начале 1980-х были изготовлены французской компанией Sigma и британской Alan Muntz, но в серию они не пошли.

Возможно, об FPE еще долго бы никто не вспомнил, но помогла случайность. В 1994 году Департамент энергетики США поручил ученым Национальной лаборатории Sandia изучить эффективность бортовых генераторов электроэнергии на базе ДВС различных типов, работающих на водороде. Эта работа была поручена группе Питера Ван Бларигана. В ходе осуществления проекта Ван Блариган, которому концепция FPE была отлично известна, сумел найти остроумное решение проблемы превращения механической энергии поршня в электричество. Вместо усложнения конструкции, а значит — снижения результирующего КПД, Ван Блариган пошел путем вычитания, призвав на помощь магнитный поршень и медную обмотку на цилиндре. Несмотря на всю простоту, такое решение было бы невозможным ни в 1960-х, ни в 1970-х годах. В то время еще не существовало достаточно компактных и мощных постоянных магнитов. Все изменилось в начале 1980-х после изобретения сплава на основе неодима, железа и бора.

Единая деталь сочетает в себе два поршня, топливный насос и клапанную систему.

За эту работу в 1998 году на Всемирном конгрессе Общества автомобильных инженеров SAE Ван Бларигану и его коллегам Нику Парадизо и Скотту Голдсборо была присвоена почетная премия имени Харри Ли Ван Хорнинга. Очевидная перспективность линейного генератора со свободным поршнем (FPLA), как назвал свое изобретение Ван Блариган, убедила Департамент энергетики продолжить финансирование проекта вплоть до стадии экспериментального агрегата.

Электронный пинг-понг

Двухтактный линейный генератор Бларигана представляет собой трубу из электротехнической кремнистой стали длиной 30,5 см, диаметром 13,5 см и массой чуть более 22 кг. Внутренняя стенка цилиндра представляет собой статор с 78 витками медной проволоки квадратного сечения. Во внешнюю поверхность алюминиевого поршня интегрированы мощные неодимовые магниты. Топливный заряд и воздух поступают в камеру сгорания двигателя в виде тумана после предварительной гомогенизации. Зажигание происходит в режиме HCCI — в камере одновременно возникает множество микроочагов возгорания. Никакой механической системы газораспределения у FPLA нет — ее функции выполняет сам поршень.

Труба Франка Штельзера

В 1981 году немецкий изобретатель Франк Штельзер продемонстрировал двухтактный мотор со свободным поршнем, который он разрабатывал в своем гараже с начала 1970-х. По его расчетам, движок был на 30% экономичнее обычного ДВС. Единственная движущаяся деталь мотора — сдвоенный поршень, снующий с бешеной частотой внутри цилиндра. Стальная труба длиной 80 см, оснащенная карбюратором низкого давления от мотоцикла Harley-Davidson и блоком катушек зажигания Honda, по грубым прикидкам Стельзера, могла вырабатывать до 200 л.с. мощности при частоте до 20 000 циклов в минуту. Штельзер утверждал, что его моторы можно делать из простых сталей, а охлаждаться они могут как воздухом, так и жидкостью. В 1981 году изобретатель привез свой мотор на Франфуртский международный автосалон в надежде заинтересовать ведущие автокомпании. Поначалу идея вызвала определенный интерес со стороны немецких автопороизводителей. По отзывам инженеров Opel, прототип двигателя демонстрировал великолепный термический КПД, а его надежность была совершенно очевидной — ломаться там было практически нечему. Всего восемь деталей, из которых одна движущаяся — сдвоенный поршень сложной формы с системой уплотнительных колец общей массой 5 кг. В лаборатории Opel были разработаны несколько теоретических моделей трансмиссии для мотора Штельзера, включая механическую, электромагнитную и гидравлическую. Но ни одна из них не была признана достаточно надежной и эффективной. После Франкфуртского автосалона Штельзер и его детище пропали из поля зрения автоиндустрии. Еще пару лет после этого в прессе то и дело появлялись сообщения о намерениях Штельзера запатентовать технологию в 18 странах мира, оснастить своими моторами опреснительные установки в Омане и Саудовской Аравии и т. д. С начала 1990-х Штельзер навсегда пропал из виду, хотя его сайт в интернете все еще доступен.

Максимальная мощность FPLA составляет 40 кВт (55 лошадок) при среднем потреблении топлива 140 г на 1кВтч. По эффективности двигатель не уступает водородным топливным ячейкам — термический КПД генератора при использовании в качестве топлива водорода и степени сжатия 30:1 достигает 65%. На пропане чуть меньше — 56%. Помимо этих двух газов FPLA с аппетитом переваривает солярку, бензин, этанол, спирт и даже отработанное растительное масло.

Однако ничто не дается малой кровью. Если проблема превращения тепловой энергии в электрическую Ван Блариганом решена успешно, то управление капризным поршнем стало серьезной головной болью. Верхняя мертвая точка траектории зависит от степени сжатия и скорости сгорания топливного заряда. Фактически торможение поршня происходит за счет создания критического давления в камере и последующего самопроизвольного возгорания смеси. В обычном ДВС каждый последующий цикл является аналогом предыдущего благодаря жестким механическим связям между поршнями и коленвалом. В FPLA же длительность тактов и верхняя мертвая точка — плавающие величины. Малейшая неточность в дозировке топливного заряда или нестабильность режима сгорания вызывают остановку поршня или удар в одну из боковых стенок.

Двигатель Ecomotors отличается не только скромными габаритами и массой. Внешне плоский агрегат напоминает оппозитные моторы Subaru и Porsche, которые дают особые компоновочные преимущества в виде низкого центра тяжести и линии капота. Это означает, что автомобиль будет не только динамичным, но и хорошо управляемым.

Таким образом, для двигателя такого типа требуется мощная и быстродействующая электронная система управления. Создать ее не так просто, как кажется. Многие эксперты считают эту задачу трудновыполнимой. Гарри Смайт, научный руководитель лаборатории General Motors по силовым установкам, утверждает: «Двигатели внутреннего сгорания со свободным поршнем обладают рядом уникальных достоинств. Но чтобы создать надежный серийный агрегат, нужно еще очень много узнать о термодинамике FPE и научиться управлять процессом сгорания смеси». Ему вторит профессор Массачусетского технологического института Джон Хейвуд: «В этой области еще очень много белых пятен. Не факт, что для FPE удастся разработать простую и дешевую систему управления».

Ван Блариган более оптимистичен, чем его коллеги по цеху. Он утверждает, что управление положением поршня может быть надежно обеспечено посредством той же пары — статор и магнитная оболочка поршня. Более того, он считает, что полноценный прототип генератора с настроенной системой управления и КПД не менее 50% будет готов уже к концу 2010 года. Косвенное подтверждение прогресса в этом проекте — засекречивание в 2009 году многих аспектов деятельности группы Ван Бларигана.

Значительная часть потерь на трение в обычных ДВС приходится на повороты шатуна относительно поршня. Короткие шатуны поворачиваются на больший угол, нежели длинные. В OPOC очень длинные и сравнительно тяжелые шатуны, которые снижают потери на трение. Уникальная конструкция шатунов OPOC не требует использования поршневых пальцев для внутренних поршней. Вместо них применяются радиальные вогнутые гнезда большого диаметра, внутри которых скользит головка шатуна. Теоретически такая конструкция узла позволяет сделать шатун длиннее обычного на 67%. В обычном ДВС серьезные потери на трение возникают в нагруженных подшипниках коленвала во время рабочего такта. В OPOC этой проблемы не существует вовсе — линейные разнонаправленные нагрузки на внутренний и внешний поршни полностью компенсируют друг друга. Поэтому вместо пяти опорных подшипников коленвала для OPOC требуется лишь два.

Конструктивная оппозиция

В январе 2008 года знаменитый венчурный инвестор Винод Хосла рассекретил один из своих последних проектов — компанию EcoMotors, созданную годом ранее Джоном Колетти и Петером Хоффбауэром, двумя признанными гуру моторостроения. В послужном списке Хоффбауэра немало прорывных разработок: первый турбодизель для легковых автомобилей Volkswagen и Audi, оппозитный двигатель для Beetle, первый 6-цилиндровый дизель для Volvo, первый рядный 6-цилиндровый дизель Inline-Compact-V, впервые установленный в Golf, и его близнец VR6, созданный для Mercedes. Джон Колетти не менее известен в среде автомобильных инженеров. Долгое время он руководил подразделением Ford SVT по разработке особых серий заряженных автомобилей.

В общем активе Хоффбауэра и Колетти более 150 патентов, участие в 30 проектах по разработке новых двигателей и в 25 проектах новых серийных автомобилей. EcoMotors была создана специально для коммерциализации изобретенного Хоффбауэром модульного двухцилиндрового двухтактного оппозитного турбодизеля с технологией OPOC.

Небольшой размер, сумасшедшая удельная мощность 3,25 л.с. на 1 кг массы (250 л.с. на 1л объема) и танковая тяга в 900 Н м при более чем скромном аппетите, возможность собирать из отдельных модулей 4-, 6- и 8-цилиндровые блоки — вот основные преимущества стокилограммового модуля OPOC EM100. Если современные дизели на 20−40% эффективнее бензиновых ДВС, то OPOC — на 50% эффективнее лучших турбодизелей. Его расчетный КПД — 57%. Несмотря на свою фантастическую заряженность, двигатель Хоффбауэра отличается идеальной сбалансированностью и очень мягкой работой.

В OPOC поршни соединяются с коленвалом, расположенным в центре, длинными шатунами. Пространство между двумя поршнями служит камерой сгорания. Топливный инжектор находится в области верхней мертвой точки, а впускной воздушный порт и выпускной порт для отработанных газов — в области нижней мертвой точки. Такое расположение вкупе с электрическим турбонагнетателем обеспечивает оптимальную продувку цилиндра — в OPOC нет ни клапанов, ни распредвала.

Турбонагнетатель — неотъемлемая часть мотора, без которой его работа невозможна. Перед запуском двигателя турбонагнетатель в течение одной секунды нагревает порцию воздуха до температуры 100 °C и закачивает ее в камеру сгорания. Дизелю OPOC не нужны калильные свечи, а запуск в холодную погоду не доставляет проблем. При этом Хоффбауэру удалось снизить степень сжатия с привычных для дизелей 19−22:1 до скромных 15−16. Все это, в свою очередь, приводит к снижению рабочей температуры в камере сгорания и расхода топлива.

Троянский конь

Уже сегодня у EcoMotors имеются три полностью готовых к производству оппозитных агрегата различной мощности: модуль мощностью 13,5 л.с. (размеры — 95 мм / 155 мм / 410 мм, вес — 6 кг), 40 л.с. (95 мм / 245 мм / 410 мм, 18 кг) и модуль 325л.с. (400 мм / 890 мм / 1000 мм, 100 кг). Хоффбауэр и Колетти намерены продемонстрировать электрогибридный пятиместный седан среднего класса с дизельным генератором OPOC на базе одной из массовых моделей уже в текущем году. Средний расход солярки у этого автомобиля не превысит 2 л на сотню в комбинированном электрическом и смешанном режимах. Недавно EcoMotors открыла собственный технический центр в городке Троя, штат Мичиган, и уже подыскивает подходящее предприятие для организации серийного производства своих моторов. Несмотря на рассекреченность проекта, из недр компании поступает крайне скудная информация. По‑видимому, Винод Хосла решил придержать до поры убойные козыри.