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!

Электронаддув низкого давления — Атлас Тюнинг

Наши первые тесты в направлении Электронаддув начались в далеком 2007 году, с простейшего решения от Каманн-Автоспорт. Обладая малыми размером и потреблением тока — такое решение обладало значительным недостатком — отсутствием регулировки оборотов вращения. К примеру, эффективность нагнетателя, приводимого в действие ремнем, зависит от частоты вращения двигателя. Поэтому он может запаздывать до тех пор, пока двигатель не достигнет достаточной частоты вращения. И хотя есть чистый прирост мощности, ремень — не всегда лучшее решение, перекачивая часть энергии из двигателя, чтобы управлять нагнетателем.

Электрический нагнетатель приводится в действие электрическим двигателем, работающим на аккумулированной энергии. Эта высокоэффективная система обеспечивает мгновенное ускорение, задолго до того, как двигатель достигнет скорости, предлагая превосходную производительность без запаздывания, связанного с турбонагнетателями.

Все нагнетатели, как с помощью ремня, так и электрические, сжимают воздух и увеличивают количество воздуха, подаваемого в двигатель. Дополнительный кислород обеспечивает полное сжигание топлива, что, в свою очередь, увеличивает выброс и уменьшает выбросы твердых частиц. Большинство выбросов твердых частиц двигателем, работающего при частичной нагрузке (ХХ, замедления или ускорения), происходит при недостатке кислорода для полного сгорания топлива. Работа системы электро-наддува независима от двигателя. Ее электронные средства управления увеличивают воздушный поток в критические периоды, чтобы обеспечить полное сгорание. Результат — больше энергии и более чистое сжигание топлива.

Мы считаем, что причина, по которой электрические нагнетатели имеют неоднозначную репутацию заключается в том, что слишком много компаний построили их с двигателями, не подходящими для применения. В результате — обилие неэффективных, хотя и дешевых устройств в интернете. Качественные электрические нагнетатели воздуха готовы покорить рынок запасных частей, потому что они предлагают много легко достижимых преимуществ — повышение крутящего момента на низких оборотах, они могут даже улучшить выбросы и экономию топлива, если они правильно настроены.

Какое напряжение необходимо

Наиболее часто нам задают вопрос — хватит ли 12 Вольт для работы нашего нагнетателя. Да, если он оснащен низковольтным двигателем постоянного тока и специальной крыльчаткой. Почему электрический нагнетатель рассчитан на 12 вольт? Это универсальное решение для всех транспортных средств, включая квадроциклы и легкие коммерческие грузовики. Электрический нагнетатель является универсальным решением для транспортных средств, поскольку он имеет отдельную электронику и может быть сконфигурирован с вашей текущей системой управления двигателем. Один 12-вольтовый нагнетатель значительно улучшит крутящий момент на низких скоростях и подходит для многих видов городских автомобилей.

Какой же аккумулятор необходим для электрического нагнетателя? Можно выбрать аккумулятор, способный выдерживать большой ток. Аккумуляторы с литий-железо-фосфатным химическим составом, в частности, обладают низким сопротивлением, высокой удельной мощностью, легким весом и легко доступны. Для более дешевого, но более тяжелого варианта подойдет качественная свинцово-кислотная батарея.

Нужны ли для электронаддув супер-конденсаторы в дополнение к 12-вольтовой батарее? Нет. Высококачественной батареи 12 В будет достаточно, но однако, можно использовать супер-конденсатор для достижения сверхвысокой производительности и мгновенного динамического отклика.

Как управлять электроникой электрического нагнетателя

Силовая электроника электрического нагнетателя может управляться непосредственно динамическим сигналом педали газа или системой управления двигателем. Правильное подключение является обязанностью установщика. Влияние на производительность, эффективность и выбросы может быть очень положительным при правильной настройке.

Электронаддув — установка

Практически всегда нам задают вопрос — «…могу ли я самостоятельно установить электрический нагнетатель»?

Определенно и технически да, но мы будем вынуждены требовать от конечного потребителя выполнения определенных условий и требований. И хотя электрический нагнетатель работает всего на 12 вольт, но очень мощный. Поэтому вам следует устанавливать его самостоятельно только в том случае, если вы знакомы с правильными процедурами модификации автомобиля.

---

Оставьте заявку на продукт «Электрический наддув низкого давления» и мы свяжемся с вами для проведения тестирования.

E-boost — Будущее турбокомпрессоров

ВВЕДЕНИЕ

Производство автомобилей резко увеличилось с момента создания первого автомобиля, вместе с тем автомобили стали более доступными. Увеличение количества автомобилей на дорогах привело к увеличению спроса на топливо. Нестабильность в некоторых нефтедобывающих регионах по всему миру привела к значительному росту цен на топливо, в результате чего расход топлива и связанные с ним налоги на транспортные средства стали главным фактором при покупке нового автомобиля в настоящее время.

В качестве решения вышеупомянутой проблемы и ужесточения законодательства производители автомобилей пошли по пути уменьшения размеров двигателя, чтобы уменьшить как расход топлива, так и выбросы в атмосферу. Здесь следует остановиться еще на одном моменте. Если двигатель внутреннего сгорания (ДВС) уменьшен, он, скорее всего, не будет производить такое же количество энергии, как двигатель большего размера, тем не менее, у этих автомобильных компаний уже давно спрятан козырь под названием «Турбокомпрессор» 9.0008 .

Рисунок 1. Турбокомпрессор в действии (Red Bull F1, 2014 г.)

Турбокомпрессор можно определить как устройство принудительной индукции с приводом от турбины, которое повышает эффективность и выходную мощность ДВС за счет нагнетания дополнительного воздуха в камеру сгорания. Таким образом, это устройство помогает двигателям меньшего размера производить такое же количество энергии, как и более крупные двигатели без наддува. Проблема решена?

К сожалению, на этом история не заканчивается. Чтобы еще больше повысить эффективность ДВС, несколько лет назад стала более популярной технология (с использованием обычного турбокомпрессора в качестве основы) под названием 9. 0007 «Электрический нагнетатель» .

Помня о предыдущем, в настоящем сообщении в блоге рассказывается об этом новом продукте, подчеркиваются его преимущества и недостатки по сравнению с существующими технологиями. DYMOLA и некоторые родственные библиотеки MODELICA, такие как VeSyMA — Engines, используются в качестве основных инструментов для исследования.

ТЕХНОЛОГИЯ E-BOOST

Эта технология состоит из обычного турбонагнетателя, дополненного компрессором с электроприводом (EPC) . EPC улучшает давление наддува и переходную реакцию двигателя, особенно на низких оборотах и ​​после переключения передач. Таким образом, снижается расход топлива и выбросы. Важно подчеркнуть, что EPC не связан с турбиной, поэтому он может работать независимо.

Рисунок 2. Ebooster (Borgwarner, 2018)

Pros

• Общее повышение тепловой эффективности ледовоч
• Улучшение качества вождения автомобиля

МИНУСЫ

• Надежность и сложность
• Увеличение общей массы автомобиля
• Дорогая и сложная технология
• Подача мощности EPC доступна только при низких оборотах
• Увеличение усилий по калибровке и тестированию

E-BOOST IN DYMOLA

Шаблон 4-цилиндрового двигателя объемом 1800 куб. см с турбонаддувом был взят за основу в DYMOLA. Электродвигатель был соединен с валом турбокомпрессора, а турбоконтроллер был модифицирован для управления скоростью электродвигателя в зависимости от требуемых условий.

Рисунок 3. 4-цилиндровый двигатель объемом 1800 см3 с турбонаддувом и E-boost в Dymola

РЕЗУЛЬТАТЫ

Были смоделированы три разные модели в одинаковых условиях. Используемый двигатель был одинаковым во всех случаях, разница заключалась в системе принудительного впуска воздуха, используемой в каждом из них.

Эксперимент состоит из двигателя, соединенного с простым динамометрическим стендом. Двигатель разгонялся с полностью открытым дросселем за 3,5 секунды с t=0,5 секунды. Начальная скорость автомобиля была установлена ​​на уровне 5 км/ч, а максимальное давление наддува было ограничено до 2,3 бар. Максимальный предел наддува зависит от частоты вращения двигателя и нагрузки.

Получены следующие результаты (рис. 4 и 5). С целью расширения сравнения на диаграммах показан следующий сценарий.

Вариант 1 — Синие графики — обычный турбо

Вариант 2 — Красные графики — E-boost

Вариант 3 — Зеленые графики — Twin Scroll turbo

Первые три графика отображают давление в нагнетательной камере, скорость автомобиля и двигатель скорость соответственно (рис. 4). Следующие два графика показывают угловую скорость турбовала и фактическое открытие дроссельной заслонки (рис. 5).

Рисунок 4. Результаты, часть 1 Рисунок 5. Результаты, часть 2

АНАЛИЗ

Диаграммы, показанные в предыдущем разделе, показывают превосходство E-boost. Он может обеспечить значительно более высокое давление в камере сгорания и, следовательно, крутящий момент во время переходных процессов с разницей около 100000 Па (пиковая точка) по сравнению с другими турбинами (рис. 4), что в значительной степени благодаря помощи турбовала из-за использование электродвигателя. В пиковой точке турбовал E-boost достигает разницы около 70000 об/мин (рис. 5) по сравнению с более традиционными решениями. Как следствие, это вспомогательное средство помогает улучшить начальную реакцию дроссельной заслонки и скорость автомобиля примерно на 30% (пиковая точка, рис. 4).

ВЫВОДЫ

Технология E-boost, без сомнения, является большим шагом вперед в автомобильной промышленности. Помимо повышения общей эффективности ДВС, он дает большие преимущества для удовольствия от вождения, такие как уменьшение турбо-задержки и высокий крутящий момент на низких оборотах, не говоря уже о потенциальном снижении расхода топлива и выбросов. В заключение, этот новый продукт выполняет свою задачу, поскольку помогает двигателям работать лучше, чем их аналоги с современными турботехнологиями, во что в прошлом было трудно поверить.

Главное, на что следует обратить внимание, это надежность. Поскольку это новая технология, она требует обширного плана испытаний и калибровки, чтобы обеспечить надлежащие стандарты производительности и безопасности. В любом случае многие испытания и разработка контроллеров могут быть выполнены виртуально с помощью соответствующих инструментов CAE и надлежащего опыта.

ТЕКУЩИЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Производители автомобилей по всему миру уже внедрили технологию E-boost в свои двигатели благодаря очевидным преимуществам. Это случай Jaguar Land Rover и их новый шестицилиндровый двигатель Ingenium . В этом двигателе используется несколько технологий, включая электрический нагнетатель; в результате он способен обеспечить сокращение выбросов на 12% и повышение топливной экономичности на 20% (по сравнению с предыдущим двигателем JLR V6).

Рис. 6. Шестицилиндровый двигатель Jaguar Land Rover Ingenium (Конгресс экологичных автомобилей, 2020 г.)

ССЫЛКИ

1. Red Bull. (2014). Formula One V6 turbo: объяснение правил 2014 года . [Изображение] Доступно по ссылке: https://www.youtube.com/watch?v=A-Bb9KkQwKM
2. Что такое турбокомпрессоры? Объяснение того, как работает турбокомпрессор (или турбо). (2020). Доступно по адресу: https://www.melett.es/technical/what-are-turbochargers-2/
3. Borgwarner. (2018). eBooster.  [Изображение] Доступно по адресу: https://www.borgwarner.com/technologies/electric-boosting-technologies.
4. Jaguar Land Rover расширяет линейку двигателей Ingenium рядным шестицилиндровым бензиновым двигателем; система MHEV 48В; На 20% более экономичный, чем предыдущий V6. (2019). Доступно по адресу: https://www.greencarcongress.com/2019/02/201

   -jaguar.html

Автор: Хосе Мигель Ортис Санчес, инженер проекта

Пожалуйста, свяжитесь с нами, если у вас есть какие-либо вопросы или есть тема в виду, что вы хотели бы, чтобы мы написали о. Вы можете отправить свои вопросы / темы через: Вопросы технического блога / Предложение темы.

Отмеченная наградами технология E-Turbo — Garrett Motion

ПОВЫШЕННАЯ МОЩНОСТЬ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Electric Turbo Innovation

Электрифицированные 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 турбонаддув Награда

, первый электрический турбокомпрессор. Инженеры Garrett мирового класса успешно преодолели множество проблем, связанных с управлением температурным режимом, рекуперацией энергии, компактной компоновкой и крупносерийным и недорогим дизайном, чтобы разработать E-Turbo, удивив судейскую коллегию PACE, чтобы получить 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 развиваться (MHEV, HEV, PHEV) Европа

CO ₂ -15 % к 2025 г., -37,5 % к 2030 г. (по сравнению с 2020 г.)
RDE – город, загород и шоссе
Доступ к городу – Дорожные сборы и плата за парковку
Бензин – Твердые частицы и лямбда 1
Дизель – NOx и Nh4

Силовые агрегаты должны быть гибридизированы для достижения целей по экономии топлива и выбросов в соответствии с требованиями EU7.

заряжать СОК). Таким образом, любой штраф по инерции может быть более чем компенсирован 9Электродвигатель 0007 и добавление широкодиапазонного компрессора к улучшают отклик на низких частотах и повышают производительность на высоких частотах одновременно.

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% мощности
• Параметры двигателя (крутящий момент)10,5% крутящего момента
• Transient4x Градиент крутящего момента при 1500 об/мин
• Постоянство крутящего момента в диапазоне скоростей
• Управление энергопотреблением> 60% Рекуперация кинетической энергии в наконечнике (текущий, потенциал> 100%)
• ПОТЕНЦИАЛ ВОССТАНОВЛЕНИЯ (исследуется)
• ПОТЕНЦИАЛ CO2 (расследуется)

Ключевые преимущества E-Turbo

Сокращение

напр. 3 л —> 2 л или 2 л —> 1,5 л
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 при эффективной гибридной системе

Управление температурным режимом

Помощь при холодном пуске/контроль нагрузки

Двухступенчатая

Повторное согласование и переход

Управление энергопотреблением

Управление состоянием заряда по сравнению с eHorizon

Предвидеть дорогу вперед

Готовы 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.