Турбокомпрессор электрический – характеристики, принцип действия, плюсы и минусы работы, советы по установке своими руками и отзывы владельцев

Автомобильная электротурбина / Habr

Наиболее действенным способом увеличения мощности двигателя автомобиля является турбина. Однако она имеет ряд существенных недостатков таких как: наличие турбоямы, оптимальная работа в небольшом диапазоне оборотов двигателя, невысокий ресурс, сложность установки в неподготовленный для этого двигатель.

Многие из этих проблем способна решить электротурбина. С электротурбиной необходимое давление наддува можно создать в любой момент и можно сбавлять обороты не боясь, что давление понизится. В электротурбине нет горячей части разогреваемой до тысячи градусов. Это положительно сказывается на её ресурсе, цене и простоте установки.

Данная статья будет посвящена нашей разработке в этом направлении.



Разработка и конструктивные особенности

На данный момент в Китае можно купить множество электротурбин, которые ставятся прямо на вход перед воздушным фильтром. Однако они оказываются на 100% бесполезны. Для обеспечения необходимого давления и большого объема подаваемого воздуха мощность электродвигателя должна составлять около 4КВт. У китайских турбин от силы несколько сот ватт.

Для данной задачи нами специально был разработан бесколлекторный электромотор способный выдать до 5КВт мощности и который может раскрутить турбину до 50000RPM. Мотор был специально спроектирован так, чтобы на полной мощности он давал своё максимальный КПД в 93%, тогда он будет выделять 350Вт тепла, которые вполне реально отводить и в теории наш мотор может выдавать полный наддув постоянно. Подробнее с характеристиками нашего мотора можно ознакомиться по ссылке.

Для питания данного мотора нами было решено использовать два автомобильных аккумулятора. Это сильно упростит процесс эксплуатации и цену установки. Один аккумулятор используется штатный, второй подключается к нему последовательно. Для подзарядки второго аккумулятора, он переподключается к первому через высокоточные реле контакторы. Литиевые аккумуляторы стоили бы на порядок дороже, при этом для них понадобилась бы специальная зарядка и очень бережная эксплуатация с соблюдением правильного температурного режима.

Однако у данного решения есть и минус. Для питания мотора на полной мощности нужен ток в районе 250А, свинцовые аккумуляторы способны выдать такой, но не продолжительно(секунд на 10-30). Затем аккумуляторам нужно будет немного “отдохнуть”. Однако нам кажется этого вполне достаточно, редко от двигателя требуется полная мощность на более длительный срок.

В качестве самой турбины нами использовалась данная турбина (её характеристики также доступны по ссылке).

Мы удалили из неё всё лишнее и расточили под крепление мотора. Все подшипники находятся непосредственно в моторе и крыльчатка одевается на его вал, что автоматически даёт соосность вала мотора и крыльчатки. Поскольку турбина будет вращаться на очень больших оборотах мы подобрали в мотор высокоскоростные подшипники SKF итальянского производства.

Для работы бесколлекторного мотора нужен контроллер и на такой большой ток он достаточно дорогой. Однако мы специально подбирали токи и напряжения так, чтобы для этой задачи подошёл наиболее мощный из дешевых контроллер стоимостью 1500р. Данного контроллера хватает на грани на полную мощность и ему при этом требуется обеспечить очень хорошее охлаждение. Более мощные контроллеры стоят уже дороже 10000р.

Результат

Замеры нашего мотора на мощности до 1000Вт показали, что характеристики нашего мотора (потребление, обороты, Kv) достаточно близки к рассчитанным при моделировании. Большой объем статора и медной проволоки смогли обеспечить высокий КПД и низкий нагрев. При должном питании турбина с ним разгоняется до нужных оборотов. Но к сожалению мы пока не смогли провести полноценные испытания на полной мощности. При питании от двух аккумуляторов, через 2 секунды после набора полных оборотов контроллер сгорел, из-за отсутствия должного охлаждения. Мы заказали новый контроллер и планируем поместить его в ёмкость с трансформаторным маслом, что должно обеспечить его наилучшим охлаждением.

Видео тестов работы турбины с питанием 600 и 1000 ватт




Вывод

В итоге нам удалось создать рабочую электротурбину, которая обладает не высокой стоимостью и достаточно проста в установке. Далее будут проходить испытания уже на реальном автомобиле.

Примерная стоимость необходимых компонентов:

  • Мотор -17000р
  • Турбина -20000р
  • Аккумулятор -3000р
  • 4 реле -3000р
  • Дополнительная электроника, пайпы, воздуховоды -5000р

Итого стоимость комплекта турбины выйдет в районе 50000р.

P.S.
Автором данной идеи является Frimen3 ([email protected]). Он уже давно занимается проработкой этого вопроса geektimes.ru/post/252076 и он как раз и заказал у нас разработку мотора под данную задачу.

Чем хорош электрический турбонаддув | Maxkm.ru

Теория и навыки вождения 28.11.2015 электрический турбонаддувэлектрический турбонаддув

Чем хорош электрический турбонаддув

Что за понятие электрический турбонаддув, которое все чаще встречается в последних новинках автопрома? Давайте разберемся. Стремясь сделать автомобили как можно более экономичными, автопроизводители все чаще уменьшают размеры двигателей, оснащая их технологией турбонаддува. Ведь для того, чтобы компактный двигатель оставался мощным, необходимо “помогать” ему, подавая воздух в цилиндры принудительно, под давлением.

“Сокращение размеров двигателя – это один из основных способов  уменьшить расход топлива автомобиля,” – говорит представитель французской компании Valeo, занимающейся поставкой автомобильных комплектующих. “Чтобы малолитражный двигатель мог развить большую мощность, производители обычно используют турбины, работающие от выхлопных газов. Однако, к сожалению, для турбированных двигателей характерна слабая отзывчивость на низких оборотах, называемая “эффектом турбоямы” или “турболагом”.

Этот “провал” при наборе оборотов, вызываемый инерцией турбины, стал “ахиллесовой пятой” турбомоторов. Отчасти проблему удалось решить применением твинскрольной турбины с изменяемой геометрией, или же использованием второй малой турбины в помощь первой. В обоих случаях турбины работают в более широком диапазоне оборотов двигателя, однако полностью ликвидировать “турболаг” все же не удалось. Увы, турбированным агрегатам весьма сложно обеспечить мгновенную реакцию на нажатие педали газа, естественную для атмосферных двигателей.

И вот теперь на помощь пришел новый вид турбонаддува – электрический. Что это за “зверь” и сможет ли электрический турбонаддув “изменить правила игры ”?

Изучая принципы работы электромобилей, автопроизводители обнаружили, что для электромоторов характерна мгновенная отзывчивость. Сегодня всем пересесть на электротранспорт пока нереально. Моторы и аккумуляторы электромобилей из-за своих крупных размеров обходятся недешево, да и ограниченный пробег электрокаров на одном заряде батарей устроит ни каждого.

Но почему бы не использовать небольшой электромотор для питания компрессора турбированного двигателя? Ведь тогда можно будет нагнетать воздух в двигатель без помощи отработавших газов! Именно в этом и состоит принцип работы электрического нагнетателя.

Идея использовать электрический турбонаддув не нова – о разработках в этой области уже несколько лет назад сообщали такие компании, как Mercedes-Benz, BMW и Ferrari. Но, пожалуй, больше других электрическим нагнетателем заинтересовался концерн Volkswagen – в настоящее время VW Group инвестирует огромные средства в развитие техологии электротурбонаддува или электрический турбонаддув.

Марк Жиль, занимающийся развитием технологических коммуникаций в североамериканском подразделении Volkswagen, называет главным преимуществом электрического турбонаддува “ то, что он обеспечивает ускорение на низких оборотах, в то время как обычные турбины, работающие от выхлопных газов, создают нужное давление воздуха минимум при 1500 оборотах двигателя в минуту.”

“Электромотор способен реагировать на нажатие педали газа мгновенно (в течение 250 миллисекунд),” – говорят в Valeo, добавляя, что, используя электрический турбонаддув, “можно сократить потребление топлива на 7-20 процентов”.

Компания Audi, входящая в концерн Volkswagen Group, недавно продемонстрировала свои последние достижения в области электротурбонаддува на примере концепта Clubsport TT Turbo. Полноприводный автомобиль развивает мощность в 600 л.с. и крутящий момент в 649 Нм благодаря тому, что его 2,5-литровый пятицилиндровый двигатель оснастили двумя турбинами – традиционной и электрической.

Электрокомпрессор питается от 48-вольтовой подсистемы, установленной в багажнике и, в отличие от обычной турбины,  обеспечивает крутящий момент “по первому требованию”. В итоге Clubsport TT Turbo разгоняется до 100 км/ч  всего за 3,6 секунды.

“Компрессор, питающийся от электричества, имеет существенные преимущества,” – говорит Брэд Стерц, занимающийся силовыми установками в североамериканском подразделении Audi. “Он раскручивается до максимума быстро, без какой-либо ощутимой задержки и продолжает создавать давление воздуха, когда традиционной турбине не хватает энергии выхлопных газов.”

“Такой принцип работы позволяет создавать традиционные турбонагнетатели, специально “заточенные” на подачу более высокого давления и, соответственно, обеспечивающие большую мощность двигателя, в то время как электрический компрессор будет отвечать за моментальный отклик и мощные рывки с низких оборотов в любой момент времени,” – добавляет Стерц.

Кстати, концепт Clubsport TT Turbo – это не первая попытка Audi поэкспериментировать с электронагнетателем. В прошлом году немецкий производитель снабдил электрокомпрессором 3,0-литровый дизельный двигатель, добавив его к традиционной турбине. Данная конструкция была установлена на спортивное купе RS5. На выходе получился автомобиль, способный “разменять первую сотню” за 4 секунды, расходуя при этом всего 5 литров топлива на 100 км пути. То есть, RS5 с электронаддувом оказался и быстрее, и в два раза экономичнее своего “обычного” собрата.

Так когда же электрический турбонаддув следует ожидать в широких массах? Уже в следующем году! Как сообщил производитель электронагнетателя Valeo, первым серийным автомобилем, на котором будет реализована новая технология, станет спортивный вседорожник Audi SQ7, где электрический турбонаддув получит дизельный двигатель V8, имеющий объем около 4 литров. Мощность данного силового агрегата, предположительно, составит более 400 л.с., а разгон с места до 100 км/ч – 5,5 секунд. SQ7 поступит в продажу в 2016 году.

Интерес к электрическому турбонаддуву также проявили такие компании, как Volvo, Hyundai, Kia и американский производитель Honeywell.

Так что, возможно, вскоре электрический турбонаддув станет нормой жизни, а владельцы турбированных автомобилей забудут о “турболаге”, наслаждаясь отличной тягой практически с холостых оборотов и скромными цифрами расхода топлива.

Сохранить

Турбина электрическая — как она устроена?

Электротурбина Для более эффективной работы Вашего транспортного средства, автомобильные производители часто прибегают к системам турбонаддува. Но так ли положительно новый тип турбокомпрессора скажется на работе двигателя? Чтобы топливный расход автомобиля стал гораздо меньше, производители зачастую используют одно ключевое решение – сокращение объёма силового агрегата. Но кроме всего прочего, чтобы производительность таких двигателей оставалась на достойном уровне, обычно устанавливают турбокомпрессоры, которые управляются выхлопом и обладают задержкой, что более известна под термином «турбо лаг».

Автомобили с турбонаддувом подвергались этой проблеме много лет подряд, что сопровождалось постоянными жалобами и недовольством со стороны владельцев. Была найдена, как казалось, панацея – одновременная установка двух турбин, что минимизировало эффект турбо ямы. Но это, увы, не стало ключевым решением.

История электрической турбины

Электротурбина

Электрическая турбина после длительного времени разработок уже готова к массовому применению. Об этом первой заявила компания Controlled Power Technologies (CPT) из Британии. Электрический турбонагнетатель, по их словам, уже готов к массовому производству. Руководство СРТ уже подписало соглашение с фирмой Switched Reluctance Drives Limited, что займётся разработкой OEM-модуля, основанного на этой технологической базе.

Switched Reluctance Drives займётся серийным производством электрических компрессоров. Британские разработчики, тем временем уже преуспели в создании реальных электрических компрессоров для двигателей внутреннего сгорания. Турбонагнетатель CPT будет устанавливаться на любые двигатели: атмосферные, турбированные дизельные или бензиновые.

Компания Controlled Power Technologies разрабатывала электрическую турбину на протяжении почти восьми лет, работа над ней началась ещё в начале 21-го века. Создатели электрической турбины заявляют, что она может работать от бортовой электросети напряжением в 12 вольт, а её использование избавит двигатель от эффекта турбоямы, а также задействует нагнетатель даже в режиме низких оборотов. Особенность данной технологии заключается в использовании регенеративной энергии. Обратное давление, что ранее сбрасывалось через обводной клапан блоу офф при сбросе акселератора, теперь направляется на вращение лопастями турбины маховика, что позволяет вырабатывать энергию и заряжать аккумулятор.

Прототип машины с электрической турбиной разработала немецкая компания AVL List. Электрический нагнетатель был адаптирован к двухлитровому бензиновому двигателю с непосредственным топливным впрыском. Такой силовой агрегат, который был установлен на Vokswagen Passat, загрязняет атмосферу очень деликатно, если так можно выразиться, всего 159 граммов на каждый километр пути, а это на целых 20 процентов меньше чем у аналогичного традиционного 2.0 TFSI с такой же мощностью, и меньше, чем у 170-сильного турбодизеля с таким же объёмом.

Турбина электрическая Разработчики утверждают, что данная технология помогает автомобильным производителям вложиться в установленные экологические нормы, которые вступили в силу уже в этом году. Компания Controlled Power Technologies создала стартер-генератор SpeedStart с ременным приводом, который используется для работы системы Start\Stop, что отключает двигатель на кратковременных остановках, что обязательно сэкономит топливный расход в условиях движения по городу в пробках.

Но наряду с исследователями из Британии, немецкие разработчики создали доступную идею, для нагнетания воздуха и причём с минимальными затратами, что стала признанной во всей Европе. Существенно эффективным способом улучшения нагнетания воздуха в двигателе является мини-турбина от компании KAMANN, которая монтируется во впускную систему. Электро турбонагнетатель от KAMANN является миниатюрной турбиной, которая выполняет роль электрической системы нагнетания воздуха, установленной в подкапотное пространство. Такой монтаж электрической турбины повышает крутящий момент мотора, в свою очередь способствуя понижению топливного расхода. Это улучшает качество выхлопных газов, уменьшая показатели углекислого газа и пролонгируя срок функционирования катализаторов, что улучшает общие скоростные характеристики автомобиля.

Принцип работы электротурбины

Принцип работы электрической турбины отличается от классического турбонагнетателя лишь за счёт конструкции оси, которая соединяет крыльчатки у классики. Когда турбокомпрессор достигает максимальных оборотов, контроллер включает электрический двигатель в генераторном режиме. За счёт этого предотвращается превышение пикового числа оборотов двигателя. В случаях слишком редкого понижения оборотов муфтовые соединения позволяют вращать крыльчатки независимо друг от друга, в свою очередь снижая нагрузку на подшипники.

Плюсы и минусы электрической турбины

Чем больше мощность, тем меньше выхлоп

Электротурбина Многие обычные двигатели внутреннего сгорания оснащаются турбинами для того, чтобы получить большую мощность и лучшее ускорение. Они расходуют меньше топлива и следовательно загрязняют атмосферу выхлопными газами также гораздо меньше в сравнении с аналогичными агрегатами без компрессора и нагнетателя. Всё, конечно же, это производит прекрасное впечатление в теоретическом плане, но практика показывает иные результаты. Большой крутящий момент зачастую находится лишь в узком диапазоне числа оборотов двигателя. Зачастую у некоторых турбо-дизелей можно наблюдать плохой показатель ускорения, в моменты изменения положения педали акселератора мотору нужно некоторое время для увеличения мощности для необходимого ускорения. Это явление уже упоминалось в данной статье как турбо-яма».

Экономия и быстрый отклик

Проведя анализ рынка современных автомобилей, компания KAMANN утверждает, что к 2020 году доля автомобилей, которые будут оснащаться электрическими турбинами, будет составлять 50-60% от общего количества сошедших с конвейера автомобилей. Ими также был разработан прибор, который помогает быстрее реагировать на изменение педали акселератора и в то же время оставаться экономичным. Эти требования очень сложно реализовать в двигателе с обычной системой турбонаддува. Такая турбосистема эффективна только в пределах определённого диапазона оборотов мотора.

Неоспоримое преимущество электрических турбин в эффективном нагнетании воздуха во всём диапазоне оборотов мотора автомобиля, даже в момент запуска двигателя, ведь нагнетаемый воздух уже находится во впускном коллекторе. В момент нагнетания воздуха, когда двигатель запускается, электрическая турбина мгновенно откликается на нажатие акселератора даже при маленькой скорости. Даже нагнетая воздух в момент переключения скоростей, Вы непрерывно будете получать дополнительную энергию для того чтобы двигаться и ускоряться.

Турбо нагнетатель, как дополнение турбосистемы

Электротурбина Эффективная работа большинства турбин начинается только свыше 3000 оборотов в минуту, а это означает, что крутящий момент ниже этой цифры уже не увеличивается, что не придаёт Вашему автомобилю динамичности, а двигателю мощности. Поэтому классические турбины отходят далеко в прошлое. Установка электрической турбины позволяет двигателю уже при 1200 оборотов в минуту сразу после нажатия педали газа, получать больше чистого воздуха, не затрачивая при этом необходимую энергию. В этот момент «номы» подскакивают на 12% в сравнении с классикой!

Увеличение мощности равно экономия

Главным преимуществом установки электрической турбины является предоставление двигателю непрерывного крутящего момента и гораздо быстрого ускорения автомобиля. Kamann Autosport сравнили автомобили с бензиновым мотором объёмом 1,4 с установленной электрической турбиной и аналогичным автомобилем но с объёмом 1,6 и без турбины. Результат был следующим: оба автомобиля выдали приблизительно одинаковую мощность и крутящий момент при том же самом топливном расходе. Следовательно эти два двигателя одинаково мощны, но первый потребляет на 10% меньше топлива! А это значит, что наряду с возросшей мощностью топливный расход совсем не увеличится!

Электрическая турбина обделена всеми недостатками обычной турбины, а размер её гораздо меньше. Кроме очевидных преимуществ, конечно, присутствуют и недостатки. Модуль электротурбины в зависимости от производителя достаточно прожорлив, что требует монтажа дополнительного оборудования.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Электрический турбонагнетатель и электрический механический нагнетатель: в чем разница

В чем разница между электрическими турбинами и электрическими нагнетателями?

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!

Электротурбина

Создаем рабочую электротурбину, которая обладает не высокой стоимостью и достаточно проста в установке.

Наиболее действенным способом увеличения мощности двигателя автомобиля является турбина. Однако она имеет ряд существенных недостатков таких как: наличие турбоямы, оптимальная работа в небольшом диапазоне оборотов двигателя, невысокий ресурс, сложность установки в неподготовленный для этого двигатель.

Многие из этих проблем способна решить электротурбина. С электротурбиной необходимое давление наддува можно создать в любой момент и можно сбавлять обороты не боясь, что давление понизится. В электротурбине нет горячей части разогреваемой до тысячи градусов. Это положительно сказывается на её ресурсе, цене и простоте установки.

Данная статья будет посвящена нашей разработке в этом направлении.

Автомобильная электротурбина

Разработка и конструктивные особенности

На данный момент в Китае можно купить множество электротурбин, которые ставятся прямо на вход перед воздушным фильтром. Однако они оказываются на 100% бесполезны. Для обеспечения необходимого давления и большого объема подаваемого воздуха мощность электродвигателя должна составлять около 4КВт. У китайских турбин от силы несколько сот ватт.

Для данной задачи нами специально был разработан бесколлекторный электромотор способный выдать до 5КВт мощности и который может раскрутить турбину до 50000RPM. Мотор был специально спроектирован так, чтобы на полной мощности он давал своё максимальное КПД в 93%, тогда он будет выделять 350Вт тепла, которые вполне реально отводить и в теории наш мотор может выдавать полный наддув постоянно. 

Автомобильная электротурбина

Автомобильная электротурбина

Для питания данного мотора нами было решено использовать два автомобильных аккумулятора. Это сильно упростит процесс эксплуатации и цену установки. Один аккумулятор используется штатный, второй подключается к нему последовательно. Для подзарядки второго аккумулятора, он переподключается к первому через высокоточные реле контакторы. Литиевые аккумуляторы стоили бы на порядок дороже, при этом для них понадобилась бы специальная зарядка и очень бережная эксплуатация с соблюдением правильного температурного режима.

Однако у данного решения есть и минус. Для питания мотора на полной мощности нужен ток в районе 250А, свинцовые аккумуляторы способны выдать такой, но не продолжительно(секунд на 10-30). Затем аккумуляторам нужно будет немного “отдохнуть”. Однако нам кажется этого вполне достаточно, редко от двигателя требуется полная мощность на более длительный срок.

Мы удалили из неё всё лишнее и расточили под крепление мотора. Все подшипники находятся непосредственно в моторе и крыльчатка одевается на его вал, что автоматически даёт соосность вала мотора и крыльчатки. Поскольку турбина будет вращаться на очень больших оборотах мы подобрали в мотор высокоскоростные подшипники SKF итальянского производства. 
Автомобильная электротурбина

Для работы бесколлекторного мотора нужен контроллер и на такой большой ток он достаточно дорогой. Однако мы специально подбирали токи и напряжения так, чтобы для этой задачи подошёл наиболее мощный из дешевых контроллер стоимостью 1500р. Данного контроллера хватает на грани на полную мощность и ему при этом требуется обеспечить очень хорошее охлаждение. Более мощные контроллеры стоят уже дороже 10000р.

Результат

Автомобильная электротурбина

Замеры нашего мотора на мощности до 1000Вт показали, что характеристики нашего мотора (потребление, обороты, Kv) достаточно близки к рассчитанным при моделировании. Большой объем статора и медной проволоки смогли обеспечить высокий КПД и низкий нагрев. При должном питании турбина с ним разгоняется до нужных оборотов. Но к сожалению мы пока не смогли провести полноценные испытания на полной мощности. При питании от двух аккумуляторов, через 2 секунды после набора полных оборотов контроллер сгорел, из-за отсутствия должного охлаждения. Мы заказали новый контроллер и планируем поместить его в ёмкость с трансформаторным маслом, что должно обеспечить его наилучшим охлаждением. 
 

Видео тестов работы турбины с питанием 600 и 1000 ватт


Вывод

В итоге нам удалось создать рабочую электротурбину, которая обладает не высокой стоимостью и достаточно проста в установке. Далее будут проходить испытания уже на реальном автомобиле.

Примерная стоимость необходимых компонентов:
 

  • Мотор -17000р
  • Турбина -20000р
  • Аккумулятор -3000р
  • 4 реле -3000р
  • Дополнительная электроника, пайпы, воздуховоды -5000р


Итого стоимость комплекта турбины выйдет в районе 50000р. опубликовано econet.ru 

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление — мы вместе изменяем мир! © econet

Электрическая турбина

Электрическая турбина

Подробности

Турбина с электроприводом – новый патент компании BMW. Данная конструкция имеет множество преимуществ, главное из которых – отсутствие инерционности, которая является главным недостатком обычной турбины. При использовании электротурбины не тратится лишнее время на разгон, а также отсутствует необходимость задержка при ее остановке, что позволяет заглушить двигатель быстрее.

Электрическая турбина

Электротурбина может раскручиваться не только благодаря выхлопным газам, но и с помощью электромотора. Жесткая связь между нагнетателем и ротором отсутствует, между ними встроен новый узел из электродвигателя и пары фрикционов.

Кроме того, электротурбину можно использовать также в качестве дополнительного источника энергии для зарядки аккумулятора или использования для нужд бортовой электросети в момент, когда число оборотов вала турбокомпрессора превышено. В целях предотвращения такой ситуации используют дополнительные приспособления, которые тратят энергию на снижение оборотов сами.

Схема турбины

Принцип работы турбины с электроприводом отличается от такового у классической турбины конструкцией оси, соединяющей крыльчатки.

Когда обороты турбокомпрессора достигают максимально допустимого уровня, контроллер подключает электродвигатель в режиме генератора. Этим он предотвращает превышение максимально допустимого числа оборотов. В случае слишком редкого снижения оборотов муфтовые соединения позволят крыльчаткам вращаться независимо друг от друга, а это в свою очередь снизит нагрузку на подшипники. Электротурбина избавлена от недостатков обычной турбины, а её размер значительно уменьшен.

Разработчики BMW уверены, что их новая технология поможет производителям автомобилей соответствовать новым экологическим нормам, которые начнут действовать с 2015 года.

Как работает электрический турбонаддув?

Электротурбонаддув приходит на смену классической автомобильной турбине

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*