Электрический турбонаддув: Как работает электрический турбонаддув?
Как работает электрический турбонаддув?
Для того чтобы выжать все возможное из автомобиля, автопроизводители прибегают к турбонаддувам двигателя, но на пути новый вид турбокомпрессора, который может изменить игру.
Уменьшение размеров двигателя автомобиля является одним из ключевых решений, используемых автопроизводителями, чтобы уменьшить расход топлива транспортным средством (вот пример от компании Audi). Тем не менее, чтобы сокращенный в размерах двигатель обладал высокой производительностью, автокомпании, как правило, используют турбонаддув, который приводится в движение с помощью выхлопных газов (подробнее о работе турбонаддува, читайте здесь). У классической схемы работы турбонаддува имеется одна острая проблем, она приводит к задержке ответа наддува. Это явление широко известно, как турболаг. Чтобы было понятно, объясним проще, вы следуете на обгон, жмете педаль газа в пол, включается турбонаддув, но рывок автомобиля происходит лишь через пару секунд из-за так называемого турболага.
Эта медленная реакция преследует автомобили с турбонаддувами уже многие годы и является распространенной жалобой. Такие вещи, как турбонаддув с двойной улиткой или небольшие турбины, часто используются как средство борьбы с этим отставанием, но и они не совершенны. Попытки обуздать этот недостаток при помощи, так называемой технологии турбо-соединения, о которой мы писали ранее, также, к сожалению ни к чему и не привели, не выдержав испытаний на практике. Проще говоря, очень сложно сделать двигатель с турбонаддувом с немедленной реакцией.
Принцип работы электрического турбонаддува
Все останется на своих местах, пока мы не начнем использовать электрические компоненты. В то время как автопроизводители со всех сторон исследовали все плюсы и минусы полностью электрических силовых установок, они пришли к выводу, что когда дело касается элеткродвигателей, то в них ответная реакция возникает моментально. Взять к примеру классический Toyota Prius, более быстрой реакции на ускорение вы не найдете ни в одном сходном по параметрам автомобиле.
Конечно, электрические транспортные средства дорогие из-за размера их двигателей и батарей, и они не совсем практичны, из-за ограниченного диапазона движения. Но, невзирая на это, автопроизводители могут использовать небольшие электромоторы и компоненты в своих целях. Одним из таких случаев является питание турбокомпрессора, который ускоряет двигатель автомобиля, не полагаясь на выхлопные газы.
Электрический двигатель реагирует мгновенно, в течение 250 миллисекунд. Используя такой механизм, можно снизить расход топлива на 10 процентов. Так как подобного рода турбокомпрессор не использует выхлопные газы, то технически он является просто нагнетателем. Для того, чтобы потребителям была ясна концепция данного механизма, его часто называют электрическим турбонаддувом.
Компания Volkswagen и связанные с ней автомобильные бренды активно инвестируют в эту электрическую турбо технологию.
Компания Audi демонстрирует E-Turbo
Недавно компания Audi представила свои последние разработки в мире электрических турбонаддувов вместе с концепт-каром Clubsport TT Turbo Concept, который предоставляет владельцу 600 лошадиных сил мощности и 479 Нм крутящего момента благодаря оборудованному турбонаддувами 2,5-литровому пятицилиндровому двигателю.
Один турбонаддув является традиционным и приводится в движение выхлопными газами, второй турбонаддув работает с электрическим блоком.
Компания создала концепт для демонстрации потенциала электрических турбокомпрессоров, сказав тем самым, что технология готова к использованию в серийных автомобилях. 48-вольтная электрическая подсистема, которая питает электротурбонаддув, расположена в багажнике автомобиля и по первой необходимости дает двигателю ускорение, не заставляет его ждать, как традиционный турбонаддув.
«Турбокомпрессор с электрическим приводом обеспечивает значительные преимущества», сказал представитель компании Audi. «Он быстро и равномерно увеличивает скорость двигателя до максимального количества оборотов, без каких-либо существенных задержек».
Такой принцип работы позволяет проектировать обычный турбонаддув конкретно для двигателей высоких мощностей – e-turbo обеспечивает мгновенный отклик и мощный спринт на низких оборотах двигателя.
Это не первый раз, когда компания Audi показала свою заинтересованность в электрическом турбонаддуве.
В прошлом году немецкий автопроизводитель добавил электротурбонаддув в 3,0-литровый дизельный двигатель V-6 твин-турбо и засунул всю эту смесь в RS5. Результатом стал вызывающе быстрый автомобиль в кузове купе, который набирает скорость от 0 до 100 км/ч всего за 4 секунды. Это делает его быстрее, чем обычный RS5 и в два раза сокращает расход топлива.
Когда нам ожидать электрические турбонаддувы в серийных автомобилях?
При всех положительных отзывах, которые получает данная технология, компания Audi, по всей видимости, будет в числе первых автопроизводителей, которые используют электротурбонаддув в серийных автомобилях, но до сих пор компания не распространяется о том, когда мы сможем увидеть такие автомобили у официальных дилеров.
Электрический турбонагнетатель и электрический механический нагнетатель: в чем разница
Что такое турбонаддув знают те, кто любят впихивать одну деталь в другую, то есть мы с вами. Совсем недавно появились электрические варианты турбины и нагнетателя с механическим приводом (или суперчарджера).
Что представляют из себя электрические варианты этих компрессоров и как они работают?
Прежде чем мы перейдем к обсуждению, давайте освежим наши знания о работе турбин и суперчарджеров. По сути, оба эти устройства увеличивают плотность топливовоздушной смеси, которая поступает в двигатель внутреннего сгорания, где происходит компрессия и возгорание смеси. Чем выше плотность топливовоздушной смеси, тем мощнее будет ход поршня и работа двигателя, даже без увеличения физического объема цилиндров двигателя.
Именно поэтому небольшие двигатели с турбонаддувом оказываются мощнее своих более крупных аналогов: двигатель получает больше мощности от каждого хода поршня. Как можно увеличить эту плотность? Посредством компрессии поступающего воздуха при помощи нагнетателя. Если нагнетатель работает от ременного привода двигателя, то это нагнетатель с механическим приводом. Если же от турбины, которая извлекает энергию из потока выхлопных газов, то это турбонагнетатель.
Недостаток турбонагнетателя заключается в том, что двигателю нужно некоторое время, чтобы произвести достаточное количество выхлопных газов. Эта досадная заминка называется турбояма. У суперчарджера нет такой задержки, но, чтобы раскрутить турбину, двигателю тоже нужно время, что сказывается на его эффективности.
Можно предположить, что если к этим системам была добавлена «электрическая» функция, то этих недостатков больше не будет. И это будет правдой.
На самом деле, я хочу рассказать о трех механизмах: электрический механический наддув, электрический турбонаддув и ту ерунду, которую продают в Интернете. Сразу избавляемся от того, что предлагают в Интернете. А что именно предлагают, например, на eBay можно посмотреть по ссылке.
Сразу скажу, что это не вариант сделать свой PT Cruiser еще мощнее. Это способ присоединить бесполезный откачивающий насос или вентилятор от компьютера к воздухозаборнику непонятно с какой целью. Вы все равно не увидите никаких изменений.
Все эти штуки, которые соединяются с вашей 12-вольтовой электрической системой, чтобы запустить «компрессор» — полная дрянь.
В лучшем случае, эти чудеса техники соединятся с генератором, чтобы запустить бесполезный вентилятор, у которого все равно не хватит мощности для нормальной компрессии. Скорее всего, вы, наоборот, потеряете немного мощности из-за ограниченного потока нагнетаемого воздуха. Как говорится, не дайте себя обмануть.
Смотрите также: Электрический турбонагнетатель, за ним будущее?
Итак, настоящие электрические механические нагнетатели все же существуют и по сути, это такие же нагнетатели, как и те, к которым мы привыкли. Они также раскручивают компрессор, чтобы увеличить плотность воздуха, но вместо ременного привода, они работают от электромотора.
Но электромотор — это не та 12-вольтовая пустышка с eBay. Здесь потребуется как минимум 48-вольтовая система. Компрессия воздуха потребляет очень много энергии, поэтому возникают трудности с разработкой электрических систем.
Большинство аккумуляторов и традиционных электрических систем в автомобилях просто не смогут обеспечить такой объем мощности достаточно быстро, чтобы запустить электрический суперчарджер. По этой причине, электрические суперчарджеры обычно идут вместе с суперконденсаторами большой емкости, которые могут хранить энергию и затем очень быстро выдавать электрическую энергию. Такие конденсаторы также можно перезаряжать, как электрические и гибридные автомобили по принципу рекуперативного торможения.
Например, Mazda уже использует суперконденсатор в своей системе i-eLoop в гибридных автомобилях. И хотя это не электрический суперчарджер, это все равно достаточно большой конденсатор, который уже производится и устанавливается в автомобили. Это дает нам надежду, что данная технология скоро станет повсеместной.
Электрические турбонаддувы сбивают с толку и заставляют нас думать, что они отличаются от электрических суперчарждеров. На самом деле, от электрического турбонаддува в них не так и много.
Это просто электрические суперчарджеры небольшого размера, соединенные с обычным турбонагнетателем, работающим на потоке выхлопных газов.
Даже по определению, турбонагнетатель получает энергию от выхлопных газов, поэтому полюбившийся термин «электрический турбонагнетатель» просто не имеет никакого смысла.
По большому счету, главная задача электрического турбонагнетателя — избавиться от турбоямы и помочь обычному турбонагнетателю, пока скорость двигателя не достигнет точки, в которой турбина максимально эффективна. Для этого, электрический турбокомпрессор (который может располагаться там же, где и обычный турбонагнетатель или отдельно, но работающий от того же импеллера) раскручивает компрессор на старте и на малых оборотах, а, когда объем выхлопных газов будет достаточным, он передает работу обычному турбонагнетателю.
Смотрите также: BMW против Audi- битва мультитурбированных двигателей
Не знаю, я бы сказал, что это просто электрический помощник, но не самостоятельная система.
Такая гибридная система устраняет турбояму и, конечно, вам понравится мощность на всех скоростях двигателя. Требования к мощности автомобиля с электрическими системами менее жесткие, чем к автомобилям с электрическим суперчарджером. Так как турбина эффективно извлекает энергию из отработанных газов, то в целом эта задумка получается эффективней, чем электрический суперчарджер.
Подведем итог: электрический суперчарджер — это электрический механический нагнетатель, управляемый электрическим мотором (обычно) с неким источником хранения энергии. Электрический турбонагнетатель — это электрический суперчарджер, который работает вместе с обычным турбонагнетателем. Наконец, электрический суперчарджер на eBay за 50 баксов — это полная ерунда, которую вы приделаете к своему двигателю просто так для красоты.
Ну как, все понятно? Отлично!
Отмеченная наградами технология E-Turbo — Garrett Motion
ПОВЫШЕННАЯ МОЩНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ
Инновации Electric Turbo
Электрические турбины Garrett (E-Turbo) демонстрируют впечатляющий потенциал и в равной степени применимы как в легковых, так и в коммерческих автомобилях, на всех видах топлива, таких как бензин, дизельное топливо и природный газ (СПГ).
Garrett Motion получает награду Automotive News PACE Award 2021 за первый в отрасли электрический двигатель Turbo
Ультрасовременный электродвигатель Garrett E-Turbo был отмечен наградой Automotive News PACE (Вклад ведущих автомобильных поставщиков в передовые технологии) как выдающаяся инновация, впервые для электрических турбонагнетателей. Инженеры Garrett мирового класса успешно преодолели множество проблем, связанных с управлением температурным режимом, рекуперацией энергии, компактной компоновкой, крупносерийным и недорогим дизайном, чтобы разработать E-Turbo, что поразило судейскую коллегию PACE, получив награду в сентябре 2021 года.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ
Бензин для легковых автомобилей
E-Turbo | Ключевая технология для EU7
Компания Garrett создала несколько демонстрационных автомобилей E-Turbo , которые успешно демонстрируют, как электрифицированное наддувное решение может увеличить мощность и крутящий момент двигателя, позволяя двигателю работать на уровне лямбда 1, обеспечивая рекуперацию энергии для автомобиля.
электрическая система.
Электрификация турбонагнетателя устраняет необходимость в небольшой турбине с превосходным КПД для привода компрессора при низких скоростях потока. Вместо этого он позволяет нам подобрать турбину под номинальную мощность Lambda 1.
Лямбда 1 (или стехиометрическое соотношение воздух/топливо) является ключевой частью будущего законодательства.
Если вам интересно узнать больше о технологии электрического наддува Garrett, загрузите технический документ E-Turbo.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ
Ваш браузер не поддерживает видео тег.Сильные отраслевые макроэкономические показатели указывают на то, что все формы гибридизации будут быстро расти (MHEV, HEV, PHEV)
Технологии будут использоваться для удовлетворения региональный , национальный и местные цели по экономии топлива и качеству воздуха
напр.
Европа
CO 2 -15 % к 2025 г., -37,5 % к 2030 г. (по сравнению с 2020 г.) – Твердые частицы и лямбда 1
Дизельное топливо – NOx и Nh4
Силовые агрегаты должны быть гибридными, чтобы соответствовать требованиям ЕС7 по экономии топлива и выбросам
E-Turbo представляет собой интегрированное, компактное и сбалансированное решение, которое обеспечивает дополнительную функциональность
Если вам интересно узнать больше о технологии электрического наддува Garrett, загрузите технический документ E-Turbo.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ
Производительность и потенциал CO2 в граничных условиях EU7
Основные характеристики Основная концепция EU7- Лямбда 1Полная карта при 980°C
- Параметры двигателя (мощность)16% мощность
- Параметры двигателя (крутящий момент)10,5% крутящего момента
- Переходный 4-кратный градиент крутящего момента при 1500 об/мин
- Постоянство крутящего момента в диапазоне скоростей
- Управление энергопотреблением> 60 % Рекуперация кинетической энергии в наконечнике (текущий, потенциальный > 100 %)
- ПОТЕНЦИАЛ ВОССТАНОВЛЕНИЯ (исследуется)
- ПОТЕНЦИАЛ CO2 (расследуется)
Ключевые преимущества E-Turbo
Сокращение
напр.
3л —> 2л или 2л —> 1,5л
От 8 до 6, от 4 до 3 цилиндров
Понижение скорости
Стратегии переключения
CO2 / Экономия топлива
ENABLE Advanced Combustion
Λ1, Lean, GDCI
ВЫСОКОЭФФЕКТИВНАЯ АЭРОДИНАМИКА
Новые концепции высокой эффективности
Меньше ограничений, больше пространства для проектирования
Рекуперация и турбокомпаундирование
Сбор энергии выхлопных газов, если она доступна
(на основе «стоимости энергии»)
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ГИБРИДИЗАЦИЯ
Электрический привод при неэффективном двигателе
Привод на двигателе, когда гибридная система эффективна
Управление температурным режимом
Помощь при холодном пуске/контроль нагрузки
Двухступенчатый
Повторное согласование и переход
Управление энергопотреблением
Управление состоянием заряда по сравнению с eHorizon
Предвидеть дорогу вперед
Готовы уже сегодня, чтобы удовлетворить и превзойти потребности отрасли в повышении мощности
Удостоенный наград электродвигатель Garrett E-Turbo готов сегодня удовлетворить и превзойти потребности отрасли в повышении электрификации.
Результат беспрецедентного инженерного опыта и передовых электрических возможностей, Garrett E-Turbo был разработан полностью собственными силами, от концепции до реализации.
узнать больше
Ваш браузер не поддерживает видео тег.Связанные новости Garrett E-Turbo
23 октября 2019 г.
Garrett выпустит первый в отрасли электродвигатель с турбонаддувом
Технический прорыв указывает на ускорение глобальной тенденции к гибридизации транспортных средств Объявление прозвучало, когда автопроизводители обращаются к технологии электрифицированных двигателей, которая отвечает отраслевым задачам по увеличению энергии…
Контакт
электрических турбин – правда или вымысел?
Взгляните на любое обсуждение форума об «электрическом турбодвигателе», и вы обязательно откроете ящик Пандоры. Распространено мнение, что идея создания наддува с помощью электродвигателя смехотворна.
Большая часть этого скептицизма (по понятным причинам) вызвана дешевыми продуктами, которые представляют собой не более чем компьютерные вентиляторы, и видеороликами о воздуходувках, прикрепленных к воздухозаборникам автомобилей.
Так что да, большая часть негатива вокруг электрических турбин оправдана, но хорошая новость заключается в том, что они работают, они могут создавать «настоящий» наддув, и мы, возможно, вот-вот вступим в эру, когда электрические турбины найдут свое применение. путь на вторичный рынок в качестве законного производителя электроэнергии.
Давайте уберем один аргумент — термин «электрический турбо». Точнее, это «электрический нагнетатель», поскольку он не использует выхлопные газы для вращения компрессора. Однако это вряд ли стоит обсуждать, так что называйте это как хотите, и давайте двигаться дальше!
Теперь давайте разберемся с откровенным неверием в то, что это вообще возможно. Три слова должны сделать это — F1, Audi и Tesla.
F1 и Audi уже используют турбодвигатели с электроприводом уже несколько лет. Если Тесла разгоняется от 0 до 100 км/ч легко, как у суперкара, то почему так сложно представить себе электродвигатель, вращающий компрессор для ускорения? Опять же, это еще один аргумент, который не стоит иметь.
Теперь мы подошли к сути. Даже когда доказано, что это возможно, аргумент смещается в сторону осуществимости или рентабельности. На этом этапе нам, вероятно, нужно определить параметры аргумента, чтобы двигаться дальше. Какой наддув должен производить электрический турбодвигатель на двигателе какого размера, чтобы к нему относились серьезно? Как долго он сможет производить этот импульс, если он питается от батарей? Сколько бы вы заплатили за это?
Конечно, существующие технологии имеют некоторые ограничения и просто не могут сравниться с «настоящим» турбодвигателем по мощности. В настоящее время электрические турбины в основном используются в дополнение к традиционным турбинам, эффективно уменьшая или устраняя турбояму, а не являясь основным источником давления наддува.
Электрический турбонаддув, используемый в качестве «дополнения», работает только в переходных условиях, а это означает, что небольшой и экономичный аккумулятор можно использовать и заряжать достаточно быстро, чтобы не отставать от спроса.
Несмотря на эти ограничения, есть два очень полезных и захватывающих применения электрического турбонагнетателя на вторичном рынке. Один из них — использовать его точно так же, как OEM-производители — добавить турбо, чтобы уменьшить отставание. Единственная разница заключается в размере турбокомпрессора, который вы добавляете! Представьте себе, что вы можете установить турбонагнетатель гораздо большего размера и при этом он будет вращаться как на заводе!
Вторая возможность — дополнить безнаддувный автомобиль без необходимости делать полноценную турбосистему. Вполне возможно (особенно с новой системой от Torqamp) установить электрическую турбину и получить больше мощности и крутящего момента на доллар, чем традиционные модификации для Северной Америки.