Elektromos turbina: jellemzők, működési elv, előnyök és hátrányok, tippek a saját kezű telepítéshez és a tulajdonosok véleménye

A szigorúbb környezetvédelmi előírások feltételei mellett az autógyártók arra kényszerülnek, hogy olyan módszereket dolgozzanak ki, amelyek javítják a motorok környezetbarátságát és hatékonyságát, miközben fenntartják a termelékenységet. Ebben a tekintetben a kényszerindukció rendszerei széles körben elterjedtek. Ha a múltban a termelékenység növelésére használták őket, most a hatékonyság és a környezetbarátság javításának eszközeként használják őket. A feltöltésnek köszönhetően ugyanolyan teljesítményt érhet el, mint a légköri motoroknál, kevesebb hengerrel és kisebb térfogattal. Vagyis a feltöltött motorok hatékonyabbak. Egy másik módszer az elektromos energia felhasználása mind külön-külön (villanymotorok), mind belső égésű motorokkal (hibrid erőművek)kombinálva. Ebben a cikkben ezeket a megközelítéseket ötvöző elektromos turbinákat veszik figyelembe.

Általános jellemzők

A nem elektromos kényszerindukciós rendszereket az energiaforrás szerint turbófeltöltők és kompresszorok osztályozzák. Az elektromos rendszerek ezeken alapulnak, és a tranziensek teljesítményének javítására és a késések minimalizálására irányulnak.

Az elektromos kompresszor, Honeywell szerint, egy elektromos motorral hajtott kompresszor, amelyet egy feltöltött motorra szerelnek fel. Vagyis ez egy kiegészítő eszköz a turbómotor számára. Az elektromos turbina egy mechanikus turbina analógja. A meghajtó ebben az esetben különböző módon valósítható meg.

A Wisconsin-Madison Egyetem kutatóinak osztályozása szerint az elektromos kényszerindukciós rendszerek tervezése és működési elv a következő típusokra különböztetik meg:

• elektromos Kompresszorok (EC / ET / ES);
• turbinák elektromos alkatrészekkel (EAT);
• elektromosan leválasztott turbinák (EST);
• turbinák kiegészítő elektromos kompresszorral (TEDC).

Építőipar

A fenti típusú elektromos turbinák eltérő eszközzel rendelkeznek. Ez az alkatrészek különböző elrendezésében, a műszaki paraméterek különbségeiben rejlik,. stb.

. EC

Az EC egy elektromos meghajtású kompresszor. Ez a fent említett elektromos kompresszor. Az elektromos hajtás biztosítja a legnagyobb vezérlési rugalmasságot és a kompresszor optimális működési ponton történő működtetésének képességét. Ehhez azonban erős elektromos alkatrészekre van szükség.

Enni

Az EAT-ben a turbina és a kompresszor között nagysebességű elektromos motor van felszerelve, általában a tengelyen. Annak a ténynek köszönhetően, hogy ez nem a fő energiaforrás, alacsony fogyasztású elektromos alkatrészeket használnak. Ez alacsony költségeket okoz. Ezenkívül az ilyen turbófeltöltők képesek meghatározni a rotor helyzetét, és jó generáló és motoros képességek jellemzik őket. A fő probléma az elektromos motor magas hőmérsékletű hatása, különösen, ha a házba van szerelve.

Különböző módszerek vannak a megoldására. Például a BMW olyan tengelykapcsolókat telepített, amelyek lehetővé teszik az elektromos motor csatlakoztatását és leválasztását a tengelyről. Ennek köszönhetően a motor a turbinán kívül helyezhető el. A G + L inotec állandó mágneses motort használt, nagy légréssel, amely kívül is elhelyezhető. Az állórész belső átmérője megegyezik a kompresszor külső átmérőjével, a rotor külső átmérője pedig megegyezik a tengely kimeneti átmérőjével. A légrés beszívott levegő csatornaként működhet. Ez előnyökkel jár a hűtés, a tehetetlenség és a termikus hatás szempontjából. Ezenkívül a termikus stabilitás és a hőszabályozás szempontjából a változó mágneses ellenállású indukciós villanymotorok, az univerzális kollektormotorok előnyösebbek a felszíni állandó mágnesekkel rendelkező motorhoz képest.

EST

Az EST-ben a turbina és a kompresszor nem csatlakozik egy tengelyhez, és mindegyik elektromos motorral van felszerelve. Ez lehetővé teszi, hogy a kompresszor és a turbina kerekei különböző sebességgel működjenek. Ez a kialakítás az ET-hez hasonló előnyökkel rendelkezik, de ellentétben képes energiát termelni. Ezenkívül alacsonyabb hőmérsékleti hatása van a kompresszor és a turbina elválasztása miatt, valamint a turbina és a tengely további tehetetlenségének hiánya miatt. A turbina és a kompresszor elválasztása előnyös az elrendezés szempontjából, mivel lehetővé teszi a légáramlás optimalizálását. Ez a technológia azonban nagy teljesítményű elektromos motort, generátort és invertereket is igényel, hogy megfeleljen a nyomaték/tehetetlenség aránynak, ami befolyásolja a költségeket.

TEDC

A TEDC egy mechanikus turbina, egy további kompresszorral, amelyet elektromos motor hajt. A kompresszornak a turbinához viszonyított elhelyezkedése szerint ezeket a rendszereket az upstream és downstream (a turbina felett, illetve alatt)változatokba sorolják. Általában ezek jellemzik lényegesen jobb reakciókészség közben tranziensek az "alján" az elektromos motor függetlensége miatt a turbina és a tengely tehetetlenségétől. Sőt, a lefelé irányuló áramlás TEDC-je ebben a tekintetben felülmúlja a felfelé irányuló áramlás lehetőségeit, hogy az utóbbi nagy mennyiségben különböznek a nyomás fenntartása érdekében. Az ilyen típusú elektromos turbinák másik előnye a mechanikus turbináktól való minimális különbség.

A működés elve

A felsorolt elektromos turbinák típusai különböznek a működés elve. Tehát a meghajtót különböző módon hajtják végre, némelyikük képes energiát termelni stb. .

EC

Az EC kompresszort elektromos motor hajtja. Egy ilyen rendszer nem képes energiát előállítani, de felhalmozódásához kombinálható regeneratív fékrendszerrel vagy beépített indítógenerátorral.

Enni

Enni alacsony fordulatszámon, az elektromos motor további nyomatékot biztosít a kompresszor számára a feltöltő nyomás növelése érdekében. A "tetején" energiát generál, amelyet át lehet vinni a tárolóba. Ezenkívül az elektromos motor megakadályozhatja, hogy a turbina túllépje a sebességhatárt. Előfordulhat azonban a magas ellennyomás hatása, amely kompenzálja a kipufogógázokból kivont energiát.

A kipufogógázokból származó villamos energia előállításának lehetősége miatt az ilyen turbófeltöltőket hibridnek nevezik. A személygépkocsikon a mozgás ciklusától függően több száz wattról kW-ra hozhatók létre. Ez lehetővé teszi a generátor cseréjét, megtakarítva az üzemanyagot.

EST

Az EST-ben a kipufogógáz-energia nem közvetlenül hajtja a kompresszort, hanem generátor segítségével elektromos energiává alakul. A kompresszort tárolt energia hajtja.

TEDC

A TEDC-ben az elektromos motor a turbinától függetlenül működik, az általa hajtott kiegészítő kompresszor pedig a "fenék"lendületének növelésére szolgál.

Tervezési és funkcionális különbségek

Az alapvető különbségek a figyelembe vett elektromos rendszerek kényszerített indukció egyesítjük a kutatók a University of Wisconsin, Madison grafikus és táblázatos formában. Az alábbi ábra a készülék vázlatát mutatja (a-EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC upstream, e-TEDC downstream).

A táblázat tükrözi az eszköz főbb rendelkezéseit. Ezek közé tartozik az energiaforrás, a kompresszor meghajtása, az elektromos alkatrészek teljesítménye. Ezenkívül fontosak az olyan tulajdonságok, mint a méretek és a hőmérsékleti hatás.

Így az elektromos turbinák közé tartozik az Eat és az EST technológiák. Az EC, amint azt már említettük, külön mechanizmus, a TEDC egy hagyományos turbófeltöltő rendszer, amely fel van szerelve.

Előnyök és hátrányok

Az elektromos motor turbinahajtása kiküszöböli a mechanikus turbófeltöltők fő hátrányait.

• Nincs késés, mivel az elektromos motor nagyon nagy sebességet biztosít a rotor centrifugálásához.
• A kipufogógázok hiánya miatt nincs turbojama, mivel ebben az esetben az elektromos motor kompenzálja az energiahiányt.
• Az elektromos motor lehetővé teszi, hogy fenntartsák lendületet során tranziensek, mint egy anti-lag nélkül a negatív hatások az utóbbi.
• Ez széles működési tartományt és egyenletes nyomatékot biztosít.
• Ezeknek a mechanizmusoknak bizonyos típusai képesek villamos energiát termelni, csökkentve a generátor terhelését és csökkentve az üzemanyag-fogyasztást.
• Lehetőség van az elveszett energia visszanyerésére, amint azt a Ferrari a motorban megvalósította "Forma-1".
• Az elektromos turbinák enyhébb körülmények között és alacsonyabb sebességgel (100 ezer) működnek. 200-300 ezer helyett.).

, Ennek a technológiának azonban számos hátránya van.

• A tervezés nagy bonyolultsága, beleértve az elektromos motort és a vezérlőket.
• Ez magas költségeket okoz.
• Ezenkívül a tervezés összetettsége befolyásolja a megbízhatóságot.
• A szerkezeti elemek nagy száma miatt (a turbina mellett ez magában foglalja az elektromos motort, a vezérlőket, az akkumulátort), az ilyen turbófeltöltők sokkal nagyobbak és nehezebbek, mint a hagyományos.

Ezenkívül az elektromos turbinák minden típusát sajátos jellemzők jellemzik.

A tartósság szempontjából az ihi szerint az elektromos turbinák egyenértékűek lesznek a mechanikusakkal, mivel ugyanolyan körülmények között, enyhébb körülmények között dolgoznak mód a tervezés nagyobb összetettsége.

Relevancia

A jó teljesítmény ellenére az elektromos turbinákat jelenleg nem használják tömegesen a gyártóautókban. Ez annak köszönhető, hogy a magas költségek és a komplexitás. Ezenkívül a mechanikus turbinák továbbfejlesztett változatai (twin-scroll és változó geometria) hasonló előnyökkel rendelkeznek a kezdeti módosításokhoz képest (bár kisebb mértékben), sokkal alacsonyabb költséggel. Az EST most a Ferrarit használja a motorban "Forma-1". Honeywell szerint az elektromos turbinák tömeges alkalmazása a következő évtized elején kezdődik. Meg kell jegyezni, hogy az elektromos töltőket már használják néhány gyártóautóban, például a Honda Clarity-ben, mivel ezek egyszerűbbek.

A legegyszerűbb és házi mechanizmusok

Az évtized elején megjelentek a piacon a legegyszerűbb olcsó mechanizmusok, például a számítógépes hűtők, más néven elektromos turbinák. Ezek a szívónyíláson helyezkednek el, és akkumulátorral működnek. Lehetőség van ilyen elektromos turbinák használatára mind a karburátoron, mind az injektoron. A gyártók szerint növelik a motorba belépő levegő áramlását, felgyorsítva azt, ami akár 15% - os teljesítménynövekedést eredményez %. Ebben az esetben a paraméterek (RPM, áramlás, teljesítmény) általában nincsenek megadva. Nagyon könnyű ilyen elektromos turbinákat saját kezűleg felszerelni egy autóra.

A valóságban azonban elektromos motorjaik akár több száz wattot is kifejlesztenek, ami nem elegendő az áramlási térfogat növeléséhez, mivel ez körülbelül 4 kW-ot igényel. Ezért egy ilyen eszköz komoly akadályt jelent a bevitelnél, amelynek eredményeként a teljesítmény éppen ellenkezőleg csökken. A legjobb esetben a veszteségek kicsiek lesznek, ami nem befolyásolja jelentősen a dinamikát.

Ezenkívül az Interneten fejlesztéseket találhat az elektromos turbina saját kezűleg történő létrehozásáról. A fent említett olcsó opcióktól eltérően egy centrifugális kompresszor és egy 17 kW teljesítményű, 50-70 V feszültségű kefe nélküli motor alapján épülnek fel, mivel csak egy ilyen motor képes elegendő nyomatékot és fordulatszámot biztosítani a kompresszor forgásához. A motort fordulatszám-szabályozóval kell felszerelni. Ez a rendszer nem igényel közbenső hűtőt – ehhez elegendő egy hideg bemenet. Az ilyen típusú elektromos turbina telepítéséhez szükség lehet egy generátor (90-100 A) és egy akkumulátor cseréjére (nagyobb kapacitású, nagy áramkimenettel). A kompresszor forgási sebességét a fojtószelep helyzete határozza meg. Sőt, a függőség nem lineáris, hanem exponenciális.

Célszerű olyan elektromos turbinákat létrehozni, amelyek legfeljebb 1,5 literes szubkompakt motorokkal rendelkeznek, ami a magas energiafogyasztásnak köszönhető. Sőt, minél nagyobb a motor térfogata, annál kevesebb feltöltési nyomást képes létrehozni a kompresszor. Tehát egy 0,7 literes motoron 0,4-0,5 bar, 1,5 liter-0,2-0,3 bar lesz. Ezenkívül egy ilyen lendület nem lesz képes hosszú ideig működni maximális teljesítmény a fűtés miatt. A vezérlő azonban konfigurálható Az aktiválás kényszerítésére.

Az alkatrészek magas költsége miatt nagyon drága ilyen elektromos turbina készítése. A vélemények a termelékenység észrevehető növekedését jelzik.

A tervezés szempontjából ezek a mechanizmusok, mint a fent említett olcsó opciók, az elektromos töltőkre vonatkoznak. Ezeket azonban gyakran tévesen elektromos turbináknak nevezik. Most már komolyabb márkás mechanizmusok vannak a piacon, közel a házi készítésű mechanizmusokhoz.

Folytatás

Az elektromos turbinák érzékenyebbek, produktívabbak és hatékonyabbak a mechanikus turbinákhoz képest, és további funkciókkal rendelkeznek. Ugyanakkor a egy kéz, , bonyolult kialakításuk van, de másrészt enyhébb körülmények között működnek.