Electro-turbine: mga katangian, prinsipyo ng pagpapatakbo, mga kalamangan at kahinaan ng trabaho, mga tip sa pag-install ng do-it-yourself at mga review ng may-ari

2024 May -akda: Erin Ralphs | [email protected]. Huling binago: 2024-02-19 19:28

Kasabay ng paghihigpit sa mga regulasyong pangkapaligiran, napipilitan ang mga automaker na bumuo ng mga paraan upang pahusayin ang pagiging magiliw sa kapaligiran at kahusayan ng mga makina habang pinapanatili ang pagganap. Kaugnay nito, ang sapilitang sistema ng induction ay naging laganap. Sapagkat noong nakaraan ay ginagamit ito upang mapataas ang produktibidad, ngayon ay ginagamit na ito bilang isang paraan ng pagpapabuti ng ekonomiya at pagiging magiliw sa kapaligiran. Salamat sa supercharging, makakamit mo ang parehong pagganap tulad ng sa mga atmospheric engine, na may mas kaunting mga cylinder at mas maliit na volume. Iyon ay, ang mga supercharged na makina ay mas mahusay. Ang isa pang paraan ay ang paggamit ng elektrikal na enerhiya na magkahiwalay (mga de-koryenteng motor) at kasama ng mga panloob na makina ng pagkasunog (hybrid power plants). Tinatalakay ng artikulong ito ang mga electric turbine na pinagsasama ang mga diskarteng ito.

Mga Pangkalahatang Tampok

Non-electric forced induction system ayon sa pinagmumulan ng enerhiya ay inuri sa mga turbocharger at supercharger. Ang mga sistemang elektrikal ay bumubuo sa mga ito at naglalayong pahusayin ang pagganap sa panahon ng mga lumilipas.mga proseso at pag-minimize ng mga lags.

Ang electric blower, ayon kay Honeywell, ay isang compressor na pinapatakbo ng isang de-koryenteng motor na naka-mount sa isang supercharged na motor. Iyon ay, ito ay isang karagdagang aparato para sa isang turbo engine. Ang isang electric turbine ay isang analogue ng isang mekanikal na turbine. Ang drive sa kasong ito ay maaaring ipatupad sa iba't ibang paraan.

Ayon sa klasipikasyon ng mga mananaliksik sa University of Wisconsin-Madison, ang mga electrical system ng forced induction ay naiba sa mga sumusunod na uri ayon sa disenyo at prinsipyo ng operasyon:

• electric blower (EC/ET/ES);
• turbine na may electric assistant (EAT);
• electrically separated turbines (EST);
• turbine na may karagdagang electrically driven compressor (TEDC).

Disenyo

Ang mga nasa itaas na uri ng mga electric turbine ay may ibang disenyo. Ito ay nakasalalay sa iba't ibang mga layout ng mga bahagi, sa mga pagkakaiba sa kanilang mga teknikal na parameter, atbp.

EC

Ang EC ay isang electric motor driven compressor. Ito ang electric blower na binanggit sa itaas. Ang electric drive ay nagbibigay ng pinakamalaking control flexibility at ang kakayahang patakbuhin ang compressor sa pinakamainam na operating point. Gayunpaman, nangangailangan ito ng malalakas na bahagi ng kuryente.

KUMAIN

Sa EAT, ang isang high-speed na de-koryenteng motor ay naka-mount sa pagitan ng turbine at compressor, kadalasan sa isang shaft. Dahil sa ang katunayan na ito ay hindi ang pangunahing pinagkukunan ng enerhiya, ay ginagamitmababang kapangyarihan ng mga de-koryenteng bahagi. Nagreresulta ito sa mababang gastos. Bilang karagdagan, ang mga naturang turbocharger ay may kakayahang matukoy ang sarili sa posisyon ng rotor at nailalarawan sa pamamagitan ng mahusay na mga kakayahan sa pagbuo at pagmomotor. Ang pangunahing problema ay ang epekto ng mataas na temperatura sa de-koryenteng motor, lalo na kung ito ay naka-install sa loob ng housing.

May iba't ibang paraan para malutas ito. Halimbawa, ang BMW ay nag-install ng mga clutches upang payagan ang electric motor na konektado at madiskonekta mula sa baras. Salamat dito, maaaring ilagay ang motor sa labas ng turbine. Gumamit ang G+L inotec ng permanenteng magnet na motor na may malaking air gap, na maaari ding matatagpuan sa labas. Ang panloob na diameter ng stator ay katumbas ng panlabas na diameter ng compressor, at ang panlabas na diameter ng rotor ay katumbas ng outlet diameter ng baras. Ang air gap ay maaaring kumilos bilang isang air inlet. Nagbibigay ito ng mga pakinabang sa mga tuntunin ng paglamig, pagkawalang-galaw at thermal effect. Bilang karagdagan, sa mga tuntunin ng thermal stability at thermal control, ang mga induction electric motor na may variable na magnetic resistance, ang mga universal collector motor ay mas pinipili kumpara sa isang motor na may surface permanent magnets.

EST

Sa EST, ang turbine at compressor ay hindi konektado sa pamamagitan ng shaft, at bawat isa sa kanila ay nilagyan ng electric motor. Pinapayagan nito ang mga gulong ng compressor at turbine na gumana sa iba't ibang bilis. Ang disenyo na ito ay may katulad na mga pakinabang sa ET, ngunit, hindi katulad nito, ay nakakagawa ng enerhiya. Bilang karagdagan, siyaIto ay may mas kaunting thermal effect dahil sa paghihiwalay ng compressor at turbine, pati na rin ang kawalan ng karagdagang inertia mula sa turbine at shaft nito. Ang paghihiwalay ng turbine at compressor ay kapaki-pakinabang mula sa isang punto ng view ng packaging, dahil pinapayagan nito ang daanan ng daloy ng hangin na ma-optimize. Gayunpaman, ang teknolohiyang ito ay nangangailangan din ng malakas na de-koryenteng motor, generator at mga inverter upang matugunan ang torque/inertia ratio, na may halaga.

TEDC

Ang TEDC ay isang mechanical turbine na may karagdagang compressor na pinapaandar ng electric motor. Ayon sa lokasyon ng compressor na may kaugnayan sa turbine, ang mga sistemang ito ay inuri sa mga opsyon sa upstream at downstream (sa itaas at ibaba ng turbine, ayon sa pagkakabanggit). Sa pangkalahatan, ang mga ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng makabuluhang mas mahusay na pagtugon sa panahon ng mga lumilipas sa "ibaba" dahil sa pagsasarili ng motor na de koryente mula sa pagkawalang-kilos ng turbine at baras. Bukod dito, ang mga downstream na TEDC ay higit na mataas sa bagay na ito sa mga opsyon sa upstream dahil sa katotohanan na ang huli ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang malaking volume upang mapanatili ang presyon. Ang isa pang bentahe ng ganitong uri ng mga electric turbine ay ang kaunting pagkakaiba mula sa mga mekanikal.

Prinsipyo sa pagpapatakbo

Ang mga nasa itaas na uri ng mga electric turbine ay naiiba sa prinsipyo ng pagpapatakbo. Kaya, ang drive ay ipinatupad sa ibang paraan, ang ilan sa mga ito ay nakakagawa ng enerhiya, atbp.

EC

Sa EC, ang compressor ay pinapatakbo ng isang de-koryenteng motor. Ang ganitong sistema ay hindi may kakayahang makabuo ng enerhiya, ngunit para ditoang imbakan ay maaaring isama sa isang regenerative braking system o isang built-in na starter generator.

KUMAIN

Sa EAT sa mababang rpm, ang de-koryenteng motor ay nagbibigay ng karagdagang torque sa compressor para palakasin ang pressure. Sa "mga tuktok" ito ay bumubuo ng enerhiya na maaaring ilipat sa imbakan. Bilang karagdagan, maaaring pigilan ng de-koryenteng motor ang turbine na lumampas sa limitasyon ng bilis nito. Gayunpaman, maaaring magkaroon ng mataas na back pressure na epekto, na bumabagay sa enerhiya na nakuha mula sa mga gas na tambutso.

Dahil sa posibilidad na makabuo ng kuryente mula sa mga gas na tambutso, ang mga naturang turbocharger ay tinatawag na hybrid. Sa mga pampasaherong sasakyan, depende sa ikot ng pagmamaneho, maaari silang makabuo mula sa ilang daang watts hanggang kW. Nagbibigay-daan ito sa iyong palitan ang alternator habang nagtitipid ng gasolina.

EST

Sa EST, ang enerhiya ng mga gas na tambutso ay hindi direktang nagtutulak sa compressor, ngunit na-convert sa elektrikal na enerhiya gamit ang generator. Ang compressor ay hinihimok ng nakaimbak na enerhiya.

TEDC

Sa TEDC, ang de-koryenteng motor ay gumagana nang hiwalay sa turbine, at ang karagdagang compressor na minamaneho nito ay nagsisilbing pataas ng boost sa "ibaba".

Mga pagkakaiba sa disenyo at functional

Ang mga pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng mga itinuturing na electrical system ng forced induction ay pinagsama ng mga mananaliksik sa University of Wisconsin-Madison sa graphical at tabular form. Ipinapakita ng figure sa ibaba ang mga diagram ng kanilang device (a - EAT, b - EC, c - EST, d - TEDC upstream, e - TEDC downstream).

Ang talahanayan ay sumasalamin sa mga pangunahing probisyon ng device. Kabilang dito ang pinagmumulan ng enerhiya, ang drive ng compressor, ang kapangyarihan ng mga de-koryenteng bahagi. Bilang karagdagan, ang mga katangian tulad ng mga sukat at epekto ng temperatura ay mahalaga.

Uri	EC	KUMAIN	EST	TEDC
Power source	Baterya	Mga maubos na gas / baterya	Mga maubos na gas / baterya	Mga maubos na gas / baterya
Power ng electric motor at inverter	Mataas	Mababa	Mataas	Mababa
Epekto sa temperatura	Mababa	Mataas	Mababa	Mababa
Laki	Maliit	Medium	Malaki	Malaki
Electric turbine	Hindi	Oo	Oo	Hindi
Turbo-electric compressor drive	Hindi	Oo	Hindi	Hindi

Kaya, ang mga teknolohiya ng EAT at EST ay nabibilang sa mga electric turbine. EC tulad noonnabanggit - isang hiwalay na mekanismo, TEDC - isang conventional turbocharging system na nilagyan nito.

Mga kalamangan at kahinaan

Ang turbine na pagmamaneho ng isang de-koryenteng motor ay nag-aalis ng mga pangunahing disadvantage ng mga mekanikal na turbocharger.

• Walang lag dahil kayang paikutin ng de-koryenteng motor ang rotor nang napakabilis.
• Walang turbo lag na dulot ng kakulangan ng mga gas na tambutso, dahil sa kasong ito ang de-koryenteng motor ay nagbabayad para sa kakulangan ng enerhiya.
• Ang de-koryenteng motor ay nagbibigay-daan sa iyo na mapanatili ang lakas sa panahon ng mga transient tulad ng anti-lag nang walang negatibong epekto ng huli.
• Nagbibigay ito ng malawak na saklaw ng pagpapatakbo at pare-parehong torque.
• Ang ilang uri ng mga mekanismong ito ay maaaring makabuo ng kuryente, na nagpapababa ng load sa generator at nakakabawas sa pagkonsumo ng gasolina.
• Posible ang pagbawi ng nawalang enerhiya, dahil ipinatupad ang Ferrari sa Formula 1 engine.
• Ang mga electro-turbine ay gumagana sa mas banayad na mga kondisyon at sa mas mababang bilis (100 thousand sa halip na 200-300 thousand).

Gayunpaman, may ilang disadvantage ang teknolohiyang ito.

• Mahusay na pagiging kumplikado ng disenyo kabilang ang motor at mga controller.
• Nagdudulot ito ng mataas na halaga.
• Sa karagdagan, ang pagiging kumplikado ng disenyo ay nakakaapekto sa pagiging maaasahan.
• Dahil sa malaking bilang ng mga structural elements (bilang karagdagan sa turbine, kabilang dito ang isang de-koryenteng motor, mga controller, baterya), ang mga turbocharger na ito ay mas malaki at mas mabigat kaysa sa mga nakasanayan.

Sa karagdagan, ang bawat uri ng electric turbine ay nailalarawanmga partikular na feature.

Uri	EC	KUMAIN	EST	TEDC upstream	TEDC downstream
Dignidad	Control flexibility; layout flexibility; kawalan ng shaft inertia; walang wastegate; walang backpressure	Compact; low power na motor at inverter; walang wastegate	Control flexibility; layout flexibility; kawalan ng shaft inertia; walang wastegate	Madaling i-install; kawalan ng shaft inertia; low power na motor at inverter; Patuloy na pagpapabuti ng performance	Mas mahusay na pansamantalang tugon; madaling i-install; low power na motor at inverter; Patuloy na pagpapabuti ng performance
Flaws	High power na motor at inverter; mababang kahusayan	Ang pangangailangan para sa karagdagang paglamig; karagdagang shaft inertia; boost acceleration limit dahil sa back pressure	High power na motor at inverter; pagkawala ng enerhiya sa panahon ng conversion; limitasyonboost boost dahil sa back pressure; nangangailangan ng karagdagang espasyo sa pag-install	Hindi masyadong mabilis lumilipas na tugon; nangangailangan ng karagdagang espasyo sa pag-install; mababang kahusayan	Nangangailangan ng karagdagang espasyo sa pag-install; mababang kahusayan

Sa mga tuntunin ng tibay, ayon sa IHI, ang mga de-kuryenteng turbin ay magiging katumbas ng mga mekanikal dahil sa pagpapatakbo sa parehong mga kundisyon sa mas banayad na mode na may mas kumplikadong disenyo.

Kaugnayan

Sa kabila ng mahusay na pagganap, ang mga electric turbine ay kasalukuyang hindi malawakang ginagamit sa mga sasakyang maramihang ginawa. Ito ay dahil sa kanilang mataas na gastos at pagiging kumplikado. Bilang karagdagan, ang mga pinahusay na bersyon ng mga mekanikal na turbine (kambal na scroll at variable na geometry) ay may katulad na mga pakinabang sa mga paunang pagbabago (bagaman sa isang mas mababang lawak) sa mas mababang halaga. Ngayon ang EST ay gumagamit ng Ferrari sa Formula 1 na makina. Ayon kay Honeywell, ang malawakang paggamit ng mga electric turbine ay magsisimula sa simula ng susunod na dekada. Dapat tandaan na ang mga electric supercharger ay ginagamit na sa ilang produksyon na sasakyan, tulad ng Honda Clarity, dahil mas simple ang mga ito.

Ang pinakasimple at gawang bahay na mekanismo

Maagang bahagi ng dekada, lumitaw sa merkado ang mga simple at murang makina tulad ng mga computer cooler, na tinatawag ding mga electric turbine. Matatagpuan ang mga ito sa inlet at pinapatakbo ng baterya. Posibleng gamitin ang mga naturang electric turbines pareho sa carburetor at sa injector. Ayon sa mga tagagawa, pinapataas nila ang daloy ng hangin na pumapasok sa makina, pinabilis ito, na nagbibigay ng pagtaas ng pagganap ng hanggang 15%. Sa kasong ito, ang mga parameter (revs, flow, power) ay karaniwang hindi ipinahiwatig. Napakadaling mag-install ng mga naturang electric turbine sa isang kotse gamit ang iyong sariling mga kamay.

Gayunpaman, sa katotohanan, ang kanilang mga de-koryenteng motor ay nagkakaroon ng hanggang ilang daang watts, na hindi sapat upang mapataas ang dami ng daloy, dahil nangangailangan ito ng humigit-kumulang 4 kW. Samakatuwid, ang gayong aparato ay magiging isang malubhang balakid sa pasukan, bilang isang resulta kung saan, sa kabaligtaran, ang pagiging produktibo ay mababawasan. Sa pinakamainam, ang mga pagkalugi mula rito ay magiging maliit, na hindi makakaapekto nang malaki sa dynamics.

Bilang karagdagan, sa Internet maaari kang makahanap ng mga pag-unlad sa paglikha ng isang electric turbine gamit ang iyong sariling mga kamay. Hindi tulad ng mga murang opsyon na nabanggit sa itaas, ang mga ito ay binuo batay sa isang centrifugal compressor at isang brushless motor na may lakas na hanggang 17 kW at isang boltahe na 50-70 V, dahil ang naturang motor lamang ang makakapagbigay ng sapat na metalikang kuwintas at bilis ng pag-ikot ng compressor. Ang motor ay dapat na nilagyan ng speed controller. Ang sistemang ito ay hindi nangangailangan ng isang intercooler - isang malamig na paggamit ay sapat na para dito. Ang pag-install ng isang electric turbine ng ganitong uri ay maaaring mangailangan ng kapalit ng isang generator (para sa 90-100 A) at isang baterya (para sa isang mas malawak na may mataas na kasalukuyang output). Ang bilis ng pag-ikot ng compressor ay tinutukoy ng posisyon ng throttle. Bukod dito, ang dependence ay hindi linear, ngunit exponential.

Iminumungkahi na lumikha ng mga naturang electric turbine para sa mga kotse na may maliliit na makina hanggang sa 1.5 litro, dahil sa mataas na pagkonsumo ng enerhiya. Bukod dito, mas malaki ang volume ng engine, mas mababa ang boost pressure na maaaring gawin ng supercharger. Kaya, sa isang 0.7-litro na makina, ito ay magiging 0.4-0.5 bar, para sa 1.5 litro - 0.2-0.3 bar. Bilang karagdagan, ang naturang supercharger ay hindi magagawang gumana nang mahabang panahon sa maximum na pagganap dahil sa pag-init. Gayunpaman, maaaring i-configure ang controller upang puwersahin ang pag-activate.

Dahil sa mataas na halaga ng mga bahagi, napakamahal ng paggawa ng naturang electric turbine. Isinasaad ng mga review ang nasusukat na pagtaas sa performance.

Sa mga tuntunin ng disenyo, ang mga mekanismong ito, tulad ng mga murang opsyon na binanggit sa itaas, ay mga electric supercharger. Gayunpaman, madalas silang maling tinutukoy bilang mga electric turbine. Ngayon sa merkado ay may mas seryosong mga branded na paggalaw na malapit sa gawang bahay.

CV

Ang mga electric turbine ay mas tumutugon, produktibo at mahusay kaysa sa mekanikal at may mga karagdagang feature. Kasabay nito, sa isang banda, mayroon silang kumplikadong disenyo, ngunit, sa kabilang banda, gumagana ang mga ito sa mas kaaya-ayang mga kondisyon.