Elektrisk turbin: egenskaper, funktionsprincip, för- och nackdelar med arbete, gör-det-själv-installationstips och ägarrecensioner
Med skärpta miljöbestämmelser tvingas biltillverkare att utveckla sätt att förbättra motorernas miljövänlighet och effektivitet samtidigt som prestanda bibehålls. I detta avseende har tvångsinduktionssystem blivit utbredda. Medan de tidigare användes för att öka produktiviteten, används de nu som ett sätt att förbättra ekonomin och miljövänligheten. Tack vare överladdning kan du uppnå samma prestanda som på atmosfäriska motorer, med färre cylindrar och mindre volym. Det vill säga att kompressormatade motorer är mer effektiva. En annan metod är användningen av elektrisk energi både separat (elmotorer) och i kombination med förbränningsmotorer (hybridkraftverk). Den här artikeln diskuterar elektriska turbiner som kombinerar dessa tillvägagångssätt.
Allmänna funktioner
Icke-elektriska system med forcerad induktion enligt energikällan klassificeras i turboladdare och superladdare. Elektriska system bygger på dem och syftar till att förbättra övergående prestanda och minimera eftersläpning.
En elektrisk fläkt är enligt Honeywell en kompressor som drivs av en elmotor som är monterad på en överladdad motor. Det vill säga, detta är en extra enhet för en turbomotor. En elektrisk turbin är en analog till en mekanisk turbin. Drivenheten kan i detta fall implementeras på olika sätt.
Enligt klassificeringen av forskare vid University of Wisconsin-Madison är elektriska system för forcerad induktion differentierade genom design och driftprincip i följande typer:
- elektriska överladdare (EC/ET/ES);
- turbiner med elektrisk assistent (EAT);
- elektriskt separerade turbiner (EST);
- turbiner med extra elektriskt driven kompressor (TEDC).
Design
Ovanstående typer av elektriska turbiner har en annan anordning. Detta är i olika layouter av komponenter, i skillnader i deras tekniska parametrar, etc.
EC
EC är en kompressor som drivs av en elmotor. Detta är den elektriska fläkten som nämns ovan. Den elektriska drivningen ger den största styrflexibiliteten och möjligheten att driva kompressorn vid den optimala driftpunkten. Detta kräver dock kraftfulla elektriska komponenter.
ÄTA
I EAT är en höghastighets elmotor monterad mellan turbinen och kompressorn, vanligtvis på en axel. På grund av det faktum att det inte är den huvudsakliga energikällan används elektriska komponenter med låg effekt. Detta resulterar i en låg kostnad. Dessutom har sådana turboladdare förmågan att självupptäcka rotorns position och kännetecknas av goda genererings- och motoregenskaper. Huvudproblemet är den höga temperatureffekten på elmotorn, särskilt om den är installerad inuti huset.
Det finns olika metoder för att lösa det. Till exempel installerade BMW kopplingar för att göra det möjligt för elmotorn att kopplas in och bort från axeln. Tack vare detta kan motorn placeras utanför turbinen. G+L inotec använde en permanentmagnetmotor med stort luftgap, som även kan placeras utanför. Statorns innerdiameter är lika med kompressorns ytterdiameter och rotorns ytterdiameter är lika med axelns utloppsdiameter. Luftspalten kan fungera som ett luftintag. Detta ger fördelar vad gäller kylning, tröghet och termisk effekt. Dessutom, när det gäller termisk stabilitet och termisk kontroll, är induktionselektriska motorer med variabel magnetisk resistans, universella kollektorer mer att föredra jämfört med en motor med permanenta ytmagneter.
ÄR
I EST är turbinen och kompressorn inte anslutna med en axel, och var och en av dem är utrustad med en elektrisk motor. Detta gör att kompressorn och turbinhjulen kan arbeta med olika hastigheter. Denna design har liknande fördelar som ET, men till skillnad från den kan den generera energi. Dessutom kännetecknas den av en mindre temperatureffekt på grund av separationen av kompressorn och turbinen, såväl som frånvaron av ytterligare tröghet från turbinen och dess axel. Att separera turbin och kompressor är fördelaktigt ur förpackningssynpunkt, eftersom det gör att luftflödesvägen kan optimeras. Men denna teknik kräver också en kraftfull elmotor, generator och växelriktare för att möta förhållandet vridmoment/tröghet, vilket kostar en kostnad.
TEDC
TEDC är en mekanisk turbin med en extra kompressor som drivs av en elmotor. Beroende på kompressorns placering i förhållande till turbinen klassificeras dessa system i alternativ uppströms och nedströms (ovanför respektive under turbinen). I allmänhet kännetecknas de av mycket bättre lyhördhet under transienter i "botten" på grund av elmotorns oberoende från turbinens och axelns tröghet. Dessutom är TEDC nedströms i detta avseende överlägsna alternativ uppströms på grund av det faktum att de senare kännetecknas av en stor volym för att upprätthålla trycket. En annan fördel med elektriska turbiner av denna typ är de minimala skillnaderna från mekaniska.
Funktionsprincip
Ovanstående typer av elektriska turbiner skiljer sig åt i funktionsprincipen. Så drivningen implementeras på olika sätt, några av dem kan generera energi, etc.
EC
I EC drivs kompressorn av en elmotor. Ett sådant system är inte kapabelt att generera energi, men kan kombineras med ett regenerativt bromssystem eller en integrerad startgenerator för att lagra den.
ÄTA
I EAT, vid låga hastigheter, ger elmotorn ytterligare vridmoment till kompressorn för att öka laddtrycket. På "topparna" genererar den energi som kan överföras till lager. Dessutom kan elmotorn hindra turbinen från att överskrida sin hastighetsgräns. Däremot kan en hög mottryckseffekt uppstå, vilket kompenserar för den energi som utvinns ur avgaserna.
På grund av möjligheten att generera elektricitet från avgaser kallas sådana turboladdare hybrid. På personbilar kan de, beroende på körcykeln, generera från flera hundra watt till kW. Detta gör att du kan byta ut generatorn, vilket sparar bränsle.
ÄR
I EST driver avgasernas energi inte kompressorn direkt, utan omvandlas till elektrisk energi med hjälp av en generator. Kompressorn drivs av lagrad energi.
TEDC
I TEDC fungerar elmotorn oberoende av turbinen, och den extra kompressorn som drivs av den tjänar till att öka boosten på "botten".
Strukturella och funktionella skillnader
De grundläggande skillnaderna mellan de övervägda elektriska systemen för forcerad induktion kombineras av forskare vid University of Wisconsin-Madison i grafisk och tabellform. Bilden nedan visar diagrammen för deras enhet (a – EAT, b – EC, c – EST, d – TEDC uppströms, e – TEDC nedströms).
Tabellen återspeglar huvudbestämmelserna för enheten. Dessa inkluderar energikällan, kompressorns drivning, kraften hos de elektriska komponenterna. Dessutom är egenskaper som dimensioner och temperatureffekt viktiga.
När det gäller hållbarhet kommer elektriska turbiner enligt IHI att vara likvärdiga med mekaniska på grund av drift under samma förhållanden i ett mer skonsamt läge med större designkomplexitet.
Relevans
Trots goda prestanda används inte elektriska turbiner i stor utsträckning på masstillverkade bilar för närvarande. Detta beror på deras höga kostnad och komplexitet. Dessutom har förbättrade versioner av mekaniska turbiner (twin scroll och variabel geometri) liknande fördelar jämfört med de initiala modifieringarna (om än i mindre utsträckning) till en mycket lägre kostnad. Nu använder EST Ferrari i Formel 1-motorn. Enligt Honeywell kommer massanvändningen av elektriska turbiner att börja i början av nästa decennium. Det bör noteras att elektriska kompressorer redan används på vissa produktionsbilar, som Honda Clarity, eftersom de är enklare.
De enklaste och hemgjorda mekanismerna
I början av decenniet dök de enklaste billiga mekanismerna upp på marknaden, som datorkylare, även kallade elektriska turbiner. De sitter på inloppet och är batteridrivna. Det är möjligt att använda sådana elektriska turbiner både på förgasaren och på injektorn. Enligt tillverkarna ökar de luftflödet som kommer in i motorn, accelererar det, vilket ger en prestandaökning på upp till 15%. I det här fallet är parametrarna (varv, flöde, effekt) vanligtvis inte indikerade. Det är mycket lätt att installera sådana elektriska turbiner på en bil med dina egna händer.
Men i verkligheten utvecklar deras elmotorer upp till flera hundra watt, vilket inte räcker för att öka flödesvolymen, eftersom detta kräver cirka 4 kW. Därför kommer en sådan anordning att bli ett allvarligt hinder vid inloppet, som ett resultat av vilket, tvärtom, produktiviteten kommer att minska. I bästa fall kommer förlusterna från det att vara små, vilket inte kommer att påverka dynamiken nämnvärt.
Dessutom kan du på Internet hitta utvecklingen för att skapa en elektrisk turbin med dina egna händer. Till skillnad från de billiga alternativen som nämns ovan är de byggda på basis av en centrifugalkompressor och en borstlös motor med en effekt på upp till 17 kW och en spänning på 50-70 V, eftersom endast en sådan motor kan ge tillräckligt vridmoment och hastighet för att rotera kompressorn. Motorn måste vara utrustad med en hastighetsregulator. Detta system kräver ingen intercooler – ett kallt intag är tillräckligt för det. Installationen av en elektrisk turbin av denna typ kan kräva byte av en generator (för 90-100 A) och ett batteri (för en mer rymlig med hög strömutgång). Kompressorns rotationshastighet bestäms av gasreglagets läge. Dessutom är beroendet inte linjärt, utan exponentiellt.
Det är tillrådligt att skapa sådana elektriska turbiner för bilar med små motorer upp till 1,5 liter, på grund av hög energiförbrukning. Dessutom, ju större motorvolymen är, desto mindre laddtryck kan kompressorn skapa. Så på en 0,7-liters motor blir det 0,4-0,5 bar, på en 1,5-liters motor – 0,2-0,3 bar. Dessutom kommer en sådan överladdare inte att kunna fungera under lång tid med maximal prestanda på grund av uppvärmning. Styrenheten kan dock konfigureras för att tvinga fram aktivering.
På grund av de höga kostnaderna för komponenterna är det mycket dyrt att tillverka en sådan elektrisk turbin. Recensioner tyder på en påtaglig ökning av prestanda.
När det gäller design är dessa mekanismer, som de billiga alternativen som nämns ovan, elektriska överladdare. Men de kallas ofta felaktigt för elektriska turbiner. Nu på marknaden finns det mer seriösa märkesmekanismer som är nära hemgjorda.
Sammanfattning
Elektriska turbiner är mer lyhörda, produktiva och effektiva än mekaniska och har ytterligare funktioner. Samtidigt har de å ena sidan en komplicerad design, men å andra sidan fungerar de under mer skonsamma förhållanden.
Denna webbplats använder cookies för att förbättra din upplevelse. Vi antar att du är ok med detta, men du kan välja bort det om du vill. Jag accepterar Fler detaljer
| Typ | EC | ÄTA | ÄR | TEDC | |
| Energikälla | Batteri | Avgaser/batteri | Avgaser/batteri | Avgaser/batteri | |
| Elmotor och inverterkraft | Hög | Låg | Hög | Låg | |
| temperatureffekt | Kort | Lång | Kort | Kort | |
| Storleken | Små | Genomsnitt | Stor | Stor | |
| Elektrisk turbin | Inte | Ja | Ja | Inte | |
| Turboelektrisk kompressordrift | Inte | Ja | Inte | Inte | |
| Typ | EC | ÄTA | ÄR | TEDC uppströms | TEDC nedströms |
| Fördelar |
|
|
|
|
|
| nackdelar |
|
|
|
|
|