Elektrická turbína: vlastnosti, princíp činnosti, výhody a nevýhody prevádzky, tipy na inštaláciu vlastnými rukami a recenzie majiteľov

V podmienkach prísnejších environmentálnych predpisov sú výrobcovia automobilov nútení vyvinúť spôsoby, ako zlepšiť šetrnosť k životnému prostrediu a účinnosť motorov pri zachovaní produktivity. V tomto ohľade sa systémy nútenej indukcie rozšírili. Ak sa v minulosti používali na zvýšenie produktivity, teraz sa používajú ako prostriedok na zlepšenie efektívnosti a šetrnosti k životnému prostrediu. Vďaka preplňovaniu je možné dosiahnuť rovnaký výkon ako na atmosférických motoroch, s menším počtom valcov a menším objemom. To znamená, že preplňované motory sú efektívnejšie. Ďalšou metódou je využitie elektrickej energie jednotlivo (elektromotory) aj v kombinácii so spaľovacími motormi (hybridné elektrárne). V tomto článku sa zvažujú elektrické turbíny kombinujúce tieto prístupy.

Všeobecné vlastnosti

Neelektrické nútené indukčné systémy sa klasifikujú podľa zdroja energie na turbodúchadlá a kompresory. Elektrické systémy sú na nich založené a sú zamerané na zlepšenie výkonu počas prechodných udalostí a minimalizáciu oneskorení.

Elektrický kompresor je podľa Honeywella kompresor poháňaný elektromotorom, ktorý je namontovaný na preplňovanom motore. To znamená, že ide o ďalšie zariadenie pre turbomotor. Elektrická turbína je analógom mechanickej turbíny. Pohon v tomto prípade môže byť implementovaný rôznymi spôsobmi.

Podľa klasifikácie výskumníkov na University of Wisconsin-Madison, elektrické systémy nútenej indukcie podľa návrhu a princíp fungovania rozlišujú sa do nasledujúcich typov:

• elektrické kompresory (EC / ET / ES);
• turbíny s elektrickým asistentom (EAT);
• elektricky oddelené turbíny (EST);
• turbíny s prídavným elektrickým kompresorom (TEDC).

Konštrukcia

Vyššie uvedené typy elektrických turbín majú iné zariadenie. To spočíva v rôznych usporiadaniach komponentov, v rozdieloch ich technických parametrov,. atď.

. ES

EC je elektricky poháňaný kompresor. Toto je vyššie uvedený elektrický kompresor. Elektrický pohon poskytuje najväčšiu flexibilitu ovládania a schopnosť prevádzkovať kompresor v optimálnom prevádzkovom bode. To si však vyžaduje výkonné elektrické komponenty.

JESŤ

V EAT je medzi turbínou a kompresorom inštalovaný vysokorýchlostný elektromotor, zvyčajne na hriadeli. Vzhľadom na to, že nejde o hlavný zdroj energie, používajú sa nízkoenergetické elektrické komponenty. To spôsobuje nízke náklady. Takéto turbodúchadlá majú navyše schopnosť určiť polohu rotora a vyznačujú sa dobrými generačnými a motorickými schopnosťami. Hlavným problémom je vysokoteplotný účinok na elektromotor, najmä ak je inštalovaný vo vnútri krytu.

Existujú rôzne spôsoby jeho riešenia. Napríklad BMW nainštalovalo spojky, ktoré umožňujú pripojenie a odpojenie elektromotora od hriadeľa. Vďaka tomu môže byť motor umiestnený mimo turbíny. G + L inotec použil motor s permanentným magnetom s veľkou vzduchovou medzerou, ktorý môže byť umiestnený aj vonku. Vnútorný priemer statora sa rovná vonkajšiemu priemeru kompresora a vonkajší priemer rotora sa rovná výstupnému priemeru hriadeľa. Vzduchová medzera môže pôsobiť ako kanál nasávaného vzduchu. To poskytuje výhody z hľadiska chladenia, zotrvačnosti a tepelného účinku. Okrem toho, pokiaľ ide o tepelnú stabilitu a tepelnú reguláciu, indukčné elektromotory s premenlivým magnetickým odporom, univerzálne kolektorové motory sú výhodnejšie v porovnaní s motorom s povrchovými permanentnými magnetmi.

EST

V EST nie sú turbína a kompresor Spojené hriadeľom a každý z nich je vybavený elektromotorom. To umožňuje kolesám kompresora a turbíny pracovať pri rôznych rýchlostiach. Tento dizajn má výhody podobné ET, ale na rozdiel od neho je schopný generovať energiu. Okrem toho má nižší teplotný účinok v dôsledku oddelenia kompresora a turbíny, ako aj absencie dodatočnej zotrvačnosti od turbíny a jej hriadeľa. Oddelenie turbíny a kompresora je výhodné z hľadiska usporiadania, pretože vám umožňuje optimalizovať dráhu prúdenia vzduchu. Táto technológia však vyžaduje aj výkonný elektromotor, generátor a invertory, aby splnili pomer krútiaci moment / zotrvačnosť, čo ovplyvňuje náklady.

TEDC

TEDC je mechanická turbína s prídavným kompresorom poháňaným elektromotorom. Podľa umiestnenia kompresora vzhľadom na turbínu sú tieto systémy klasifikované do variantov proti prúdu a po prúde (nad a pod turbínou). Vo všeobecnosti sa vyznačujú výrazne lepšími odozva počas prechody v "spodnej časti" v dôsledku nezávislosti elektromotora od zotrvačnosti turbíny a hriadeľa. Okrem toho TEDC v toku po prúde v tomto ohľade prevyšuje možnosti v smere proti prúdu v dôsledku, že ten druhý sa vyznačujú veľkým objemom na udržanie tlaku. Ďalšou výhodou elektrických turbín tohto typu sú minimálne rozdiely od mechanických.

Princíp fungovania

Tieto typy elektrických turbín sa líšia v princípe fungovania. Pohon je teda implementovaný rôznymi spôsobmi, niektoré z nich sú schopné generovať energiu atď. .

ES

Kompresor EC je poháňaný elektromotorom. Takýto systém nie je schopný generovať energiu, ale na jeho akumuláciu je možné ho kombinovať s rekuperačným brzdovým systémom alebo vstavaným štartovacím generátorom.

JESŤ

Pri EAT pri nízkych otáčkach poskytuje elektromotor kompresoru dodatočný krútiaci moment na zvýšenie plniaceho tlaku. Na "vrchole" generuje energiu, ktorú je možné preniesť do úložiska. Elektromotor môže navyše zabrániť prekročeniu rýchlostného limitu turbíny. Môže sa však vyskytnúť účinok vysokého protitlaku, ktorý kompenzuje energiu extrahovanú z výfukových plynov.

Vzhľadom na možnosť výroby elektriny z výfukových plynov sa takéto turbodúchadlá nazývajú hybridné. Na osobných automobiloch môžu v závislosti od cyklu pohybu vytvárať od niekoľkých stoviek wattov do kW. To vám umožní vymeniť generátor a ušetriť tak palivo.

EST

V EST energia výfukových plynov nepoháňa kompresor priamo, ale pomocou generátora sa premieňa na elektrickú energiu. Kompresor je poháňaný akumulovanou energiou.

TEDC

V TEDC funguje elektromotor nezávisle od turbíny a prídavný kompresor ním poháňaný slúži na zvýšenie zosilnenia na "dne".

Konštrukčné a funkčné rozdiely

Základné rozdiely uvažovaných elektrických systémov nútenej indukcie kombinujú vedci z University of Wisconsin v Madisone v grafickej a tabuľkovej forme. Obrázok nižšie ukazuje schémy ich zariadenia (a - EAT, b - EC, c - EST, d - tedc proti prúdu, e-tedc po prúde).

Tabuľka odráža hlavné ustanovenia zariadenia. Patria sem zdroj energie, pohon kompresora, výkon elektrických komponentov. Okrem toho sú dôležité vlastnosti, ako sú rozmery a teplotný efekt.

To znamená, že jesť a EST. EC, ako je uvedené, je samostatný mechanizmus, TEDC je konvenčný systém preplňovania turbodúchadlom, ktorý je ním vybavený.

Výhody a nevýhody

Turbínový pohon elektromotorom eliminuje hlavné nevýhody mechanických turbodúchadiel.

• Neexistuje žiadne oneskorenie, pretože elektromotor môže poskytnúť veľmi vysokú rýchlosť otáčania rotora.
• Neexistuje žiadna turbojama spôsobená nedostatkom výfukových plynov, pretože v tomto prípade elektrický motor kompenzuje nedostatok energie.
• Elektromotor vám umožňuje udržiavať podporu počas prechodných udalostí, ako je anti-lag, bez jeho negatívnych účinkov.
• To zaisťuje rozsiahly rozsah prevádzky a rovnomerný krútiaci moment.
• Niektoré typy týchto mechanizmov sú schopné vyrábať elektrinu, znižovať zaťaženie generátora a znižovať spotrebu paliva.
• Je možné obnoviť stratenú energiu, ako ju implementuje Ferrari v motore "Formule 1".
• Elektrické turbíny pracujú v šetrnejších podmienkach a pri nižších rýchlostiach (100 tisíc. namiesto 200-300 tisíc.).

, Táto technológia má však množstvo nevýhod.

• Veľká zložitosť konštrukcie, vrátane elektromotora a regulátorov.
• To spôsobuje vysoké náklady.
• Okrem toho zložitosť dizajnu ovplyvňuje spoľahlivosť.
• Vzhľadom na veľký počet konštrukčných prvkov (okrem turbíny sem patrí aj elektromotor, regulátory, batéria) sú takéto turbodúchadlá oveľa väčšie a ťažšie ako bežné.

Okrem toho sa každý typ elektrických turbín vyznačuje špecifickými vlastnosťami.

Pokiaľ ide o trvanlivosť, podľa IHI budú elektrické turbíny ekvivalentné mechanickým turbínam v dôsledku práce za rovnakých podmienok v jemnejšom režim s väčšia zložitosť dizajnu.

Relevantnosť

Napriek dobrému výkonu sa elektrické turbíny v súčasnosti vo výrobných automobiloch masívne nepoužívajú. Je to spôsobené ich vysokými nákladmi a zložitosťou. Vylepšené verzie mechanických turbín (twin-scroll a variabilná geometria) majú navyše podobné výhody oproti počiatočným úpravám (aj keď v menšej miere) za oveľa nižšie náklady. EST teraz používa Ferrari v motore "Formule 1". Podľa Honeywella sa masová aplikácia elektrických turbín začne na začiatku nasledujúceho desaťročia. Je potrebné poznamenať, že elektrické kompresory sa už používajú na niektorých sériových automobiloch, ako je Honda Clarity, pretože sú jednoduchšie.

Najjednoduchšie a domáce mechanizmy

Na začiatku desaťročia sa na trhu objavili najjednoduchšie lacné mechanizmy, ako sú počítačové chladiče, nazývané aj elektrické turbíny. Sú umiestnené pri nasávaní a sú napájané z batérie. Takéto elektrické turbíny je možné použiť na karburátore aj na vstrekovači. Podľa výrobcov zvyšujú prietok vzduchu vstupujúceho do motora a urýchľujú ho, čo zvyšuje výkon až o 15 %. V tomto prípade parametre (RPM, prietok, výkon) zvyčajne nie sú špecifikované. Inštalácia takýchto elektrických turbín na auto vlastnými rukami je veľmi jednoduchá.

V skutočnosti však ich elektromotory vyvíjajú až niekoľko stoviek wattov, čo nestačí na zvýšenie prietoku, pretože to vyžaduje asi 4 kW. Preto sa takéto zariadenie stane vážnou prekážkou pri príjme, v dôsledku čoho sa výkon naopak zníži. V najlepšom prípade budú straty z neho malé, čo výrazne neovplyvní dynamiku.

Okrem toho na internete nájdete vývoj v oblasti vytvárania elektrickej turbíny vlastnými rukami. Na rozdiel od vyššie uvedených lacných možností sú postavené na báze odstredivého kompresora a bezkartáčového motora s výkonom do 17 kW a napätím 50-70 v, pretože iba taký motor je schopný poskytnúť dostatočný krútiaci moment a otáčky za minútu pre rotáciu kompresora. Motor musí byť vybavený regulátorom otáčok. Tento systém nevyžaduje medzichladič – stačí na to studený vstup. Inštalácia elektrickej turbíny tohto typu môže vyžadovať výmenu generátora (90-100 A) a batérie (za priestrannejšiu s vysokým prúdovým výstupom). Rýchlosť otáčania kompresora je určená polohou škrtiacej klapky. Závislosť navyše nie je lineárna, ale exponenciálna.

Takéto elektrické turbíny je vhodné vytvárať pre automobily so subkompaktnými motormi do 1,5 litra, čo je spôsobené vysokou spotrebou energie. Navyše, čím väčší je objem motora, tým menší plniaci tlak môže kompresor vytvoriť. Takže na 0,7-litrovom motore to bude 0,4-0,5 baru, na 1,5 litra-0,2-0,3 baru. Okrem toho takáto podpora nebude schopná fungovať dlhú dobu na maximálny výkon kvôli vykurovaniu. Ovládač však možno nakonfigurovať tak, aby vynútil aktiváciu.

Vzhľadom na vysoké náklady na komponenty je výroba takejto elektrickej turbíny veľmi nákladná. Recenzie naznačujú znateľný nárast produktivity.

Z hľadiska dizajnu sa tieto mechanizmy, rovnako ako lacné možnosti uvedené vyššie, týkajú elektrických kompresorov. Často sa však mylne nazývajú elektrické turbíny. Teraz sú na trhu vážnejšie značkové mechanizmy, blízke domácim.

Pokračovať

Elektrické turbíny sú citlivejšie, produktívnejšie a efektívnejšie v porovnaní s mechanickými a majú ďalšie funkcie. V rovnakej dobe, na jednou rukou, , majú komplikovaný dizajn, ale na druhej strane fungujú v šetrnejších podmienkach.