Электрический наддув: миф или все возможно? / Хабр

Содержание

Фирма Garrett создала электрический турбокомпрессор — ДРАЙВ

По идеологии новая система близка к электрическим турбинам, используемым в современной Формуле-1.

Компания Garrett построила собственную систему электрического наддува E-Turbo. По схеме она отличается от подобных систем у Мерседесов и Audi, использующих компоненты от своих партнёров BorgWarner и Valeo, соответственно. У немцев электрический нагнетатель представляет собой отдельный узел (электромотор плюс воздушная крыльчатка). Он не заменяет классический турбокомпрессор (а то и не один), а только дополняет его. В системе от Garrett электромотор установлен на валу турбокомпрессора между турбинным и компрессорным колёсами.

Ключевое отличие системы Гарретта от конкурирующих: в некоторых режимах электромотор обращается в генератор и не раскручивает компрессорное колесо, а собирает энергию выхлопных газов, превращая её в электричество для подзарядки батареи (получается аналог формульного блока MGU-H).

По информации производителя, опыт с одной из моделей показал, что E-Turbo позволяет поднять мощность на 16%, а крутящий момент на 10,5%. При раскрутке с низких оборотов мотор выходил на заданную планку момента за одну секунду вместо 1,5 без системы E-Turbo, а время ускорения с 60 до 100 км/ч сократилось с 11 до 8,8 с. Ещё новый узел позволяет почти во всём диапазоне оборотов использовать стехиометрическую смесь (с полным сгоранием топлива). В целом же новация сулит повышение не только динамики разгона, но эффективности силовой установки на 2-4%. Помимо того, E-Turbo якобы хорошо подходит для ДВС в составе гибридов, работающих на обеднённых смесях и для перспективных бензиновых моторов с воспламенением от сжатия.

Компания Garrett напрямую не говорит, на каких автомобилях была испытана система, хотя несколько снимков на сайте разработки указывают на Jaguar F-Pace, а также ряд машин концерна Volkswagen.

Фирма Garrett ведёт переговоры с разными компаниями о внедрении E-Turbo на их моделях и утверждает, что уже в 2021 году первая из них выйдет в свет. Разработчики говорят, что система E-Turbo может стать важным элементом в стратегии производителей с целью обеспечить выполнение ещё более жёстких норм по выхлопам Euro 7 (их внедрение ожидается примерно в 2025 году). Добавим, что темой электрических нагнетателей занимаются многие автопроизводители, например, Alfa Romeo, Mazda, Volvo, Hyundai, KIA и Ferrari.

Автомобильный электрический компрессор | Турбоком-Инвест

Электрический (автомобильный) компрессор – это нагнетатель, приводимый в действие электрическим мотором. В чистом виде (имеется виду привод) его можно встретить довольно редко, потому что обычно используются комбинированные (гибридные) системы. Где электрический и турбо привод работают в паре и дополняют друг друга. Позволяя избегать такого функционального недостатка, как турбояма во время низких оборотов двигателя.

История электрического компрессора

Система электрического компрессора была разработана компанией «Controlled Power Technologies», а через три года ее выкупила «Valeo», сделав дочерним предприятием в подразделении силовых агрегатов.

«Audi» выпустила элетро наддув работающий по отличной схеме от «CPT»:  турбина работает на средних и больших оборотах, а электрический мотор лишь на малых тем самым исключая появление турбоямы. Его установили на трехлитровый V6 TDI с двойным наддувом. При этом решив проблему с повышенным потреблением электроэнергии. Система рекуперации перекроет потери на раскрутку турбины.

На этом повышенное внимание к электрическому компрессору не ограничилось. «BMW» подала заявку на получение патента собственной конструкции электрического наддува. «Ford» совместно с «CPT» и «Valeo» приступили к разработке трех цилиндрового двигателя под рабочим названием «Hyboost» применяющий электронаддув. К тому же на данный момент последняя компания (Valeo) готовится выпустить целый ряд электрических компрессоров тем самым захватив еще не до конца сформировавшийся рынок.

Плюсы электрического компрессора

  1. Полная настраиваемость в зависимости от цели и необходимости.
  2. Электрический наддув не отбирает мощности двигателя и не создает препятствия на пути следования вхлопных газов,  как механический нагнетатель и турбокомпрессор.

Минусы электрического компрессора

Для привода  электрического компрессора требуется электроэнергия и чем больше нагрузка тем больше ее неоходимо. Это повышает требование к акамулятора автомобиля.

Электрический турбонагнетатель KAMANN — альтернатива для атмосферных двигателей

Покупая автомобиль, Вы прежде всего обращаете внимание на безопасность и надежность, красоту и функциональность, а также на мощность и крутящий момент. Максимальные скоростные характеристики, полученные при использовании дополнительной аэродинамики, не могут помочь в получении качественного ускорения на многих автомобилях. Классический способ улучшить ускорение состоит в том, чтобы использовать двигатель большего объема, что в свою очередь увеличивает потребление топлива и количество отработанных газов.
После многих лет научных исследований, специалисты из Германии разработали признанную во всей Европе и доступную идею нагнетания воздуха с минимальными затратами. Новый, и существенно эффективный, способ улучшить нагнетание воздуха в двигатель, предлагает компания KAMANN с использованием мини-турбины, установленной во впускной системе. Изобретенный в Германии ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЬ является мини-турбиной, электрической системой нагнетания воздуха в подкапотном пространстве. Такая установка увеличивает крутящий момент двигателя, что в свою очередь, способствует уменьшению расхода топлива, улучшает качество выхлопных газов, снижая показатели CО и продлевая срок службы катализаторов, и улучшает динамические характеристики автомобиля в целом

БОЛЬШЕ МОЩНОСТИ, МЕНЬШЕ ОТРАБОТАННЫХ ГАЗОВ
Большинство обычных двигателей внутреннего сгорания, оснащенных турбинами для получения большей мощности и хорошего ускорения, потребляют меньше топлива и порождают меньшее количество выхлопных газов и СО при увеличенной производительности, по сравнению с аналогичным двигателем без нагнетателя или компрессора. Все это хорошо производит впечатление в теории, на практике же, складывается другая ситуация. Высокий крутящий момент часто имеется в распоряжении только в относительно узком диапазоне числа оборотов. В частности, у некоторых турбо-дизельных двигателей наблюдается очень плохой показатель ускорения, когда в ответ на изменение положения педали газа двигателю необходимо какое-то время, чтобы увеличить мощность и ускориться. Такое явление получило название «турбо-яма»

БЫСТРЫЙ ОТВЕТ И ЭКОНОМИЯ
Проанализировав рынок современных автомобилей, KAMANN утверждает, что к 2010-2012 году доля автомобилей, оснащенных турбо-нагнетателями, будет составлять 60-70 % от общего количества проданных авто. Тщательно рассмотрев все существующие турбо-системы, специалисты KAMANN разработали прибор, помогающий быстрее реагировать на изменение положения педали газа и в то же самое время экономичен. Эти требования пока не могут быть реализованы в двигателе, оснащенном обычной турбо-системой. Двигатели с турбо-системой от выхлопных газов эффективны только в пределах определенного диапазона оборотов двигателя. Неоспоримым преимуществом электрических турбо-систем является эффективность нагнетания воздуха во всем диапазоне оборотов двигателя, даже когда двигатель только запустился — нагнетаемый воздух уже присутствует во впускном коллекторе. Нагнетая воздух при запуске двигателя, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТУРБО-НАГНЕТАТЕЛЬ дает мгновенный ответ на нажатие педали газа, даже на небольшой скорости. Плюс, нагнетая воздух во время переключения передач, Вы все равно непрерывно получаете дополнительную энергию для движения и ускорения.


ТУРБО-НАГНЕТАТЕЛЬ ДОПОЛНЯЕТ ТУРБО-СИСТЕМЫ
Также Электрический Турбо-Нагнетатель от KAMANN способен дополнить уже существующие системы подачи воздуха в бензиновых/дизельных турбо-двигателях, ускорение такого автомобиля только улучшится. Большинство турбин начинает эффективно работать только свыше 2000-3000 об/мин, что означает — крутящий момент ниже этого значения не увеличивается, что делает Ваш автомобиль не динамичным, а двигатель — слабым. Такая особенность работы двигателей с классической турбо-системой уходит в прошлое. С установкой ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТУРБО-НАГНЕТАТЕЛЯ уже при 1200-1500 об/мин и спустя 1 секунду после нажатия на педаль акселератора, Ваш двигатель получает в распоряжение больше чистого воздуха, не затрачивая при этом ценную энергию. Крутящий момент увеличивается при этом на 10-12% по сравнению с классическим способом всасывания воздуха двигателем!

УВЕЛИЧИВАЕМ МОЩНОСТЬ — И ЭКОНОМИМ
Главное преимущество после установки ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТУРБО-НАГНЕТАТЕЛЯ — получение для двигателя непрерывного крутящего момента и быстрое ускорение автомобиля. KAMANN AUTOSPORT сравнил автомобиль с бензиновым двигателем 1,4, но с установленным ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТУРБО-НАГНЕТАТЕЛЕМ, и автомобиль той же марки с бензиновым двигателем 1,6 и без нагнетателя, и получил результат: у обоих автомобилей примерно одна и та же мощность и крутящий момент (динамика разгона), и это при почти неизменном потреблении топлива! Значит, двигатель 1,4 имеет ту же мощность, что и двигатель 1,6, но при этом потребляет меньше топлива. Владелец такого автомобиля экономит при движении до 10% топлива! Теперь у Вас действительно будут Мощность и Экономия топлива в одном!

Справка
Электрический турбонагнетатель КАМАНН (KAMANN) в Украине можно приобрести в компании ATLAS Tuning Technologies.

Электрический турбо-нагнетатель на автомобиль (электро-турбина, турбо-наддув, турбо-компрессор)

Электрическая турбина с контроллером оборотов для повышения мощности автомобиля.

Турбина нагоняет дополнительный воздух в камеру сгорания, что позволяет мотору сжечь больше топлива за один такт и выдать больше мощности.



 

 

Преимущества установки турбины Увеличение крутящего момента во всем диапазоне оборотов
  Лучшее ускорение автомобиля
  Установка возможна как до, так и после оригинального воздушного фильтра
  Рекомендуем использовать вместе с фильтром нулевого сопротивления

 

Как работает турбина
Турбина нагоняет дополнительный воздух в камеры сгорания мотора, чем повышает его мощность. В отличии от классического турбонаддува данная турбина разгоняется электромотором, а не выхлопными газами, что позволяет ей включится в работу уже с низом.

Неоспоримым преимуществом электрических турбо-систем является эффективность нагнетания воздуха во всем диапазоне оборотов двигателя, даже когда двигатель только запустился — нагнетаемый воздух уже присутствует во впускном коллекторе. Нагнетая воздух при запуске двигателя, электро турбо нагнетатель дает мгновенный ответ на нажатие педали газа, даже на небольшой скорости. Плюс, нагнетая воздух во время переключения передач, Вы все равно непрерывно получаете дополнительную энергию для движения и ускорения

Также Электрический Турбо-Нагнетатель способен дополнить уже существующие системы подачи воздуха в бензиновых/дизельных турбо-двигателях,  ускорение такого автомобиля только улучшится. Большинство турбин начинает эффективно работать только свыше 2000-3000 об/мин, что означает — крутящий момент ниже этого значения не увеличивается, что делает Ваш автомобиль не динамичным, а двигатель — слабым. Такая особенность работы двигателей с классической турбо-системой уходит в прошлое. С установкой ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТУРБО-НАГНЕТАТЕЛЯ уже при 1200-1500 об/мин и спустя 1 секунду после нажатия на педаль акселератора, Ваш двигатель получает в распоряжение больше чистого воздуха, не затрачивая при этом ценную энергию. Крутящий момент увеличивается при этом на 10-12% по сравнению с классическим способом всасывания воздуха двигателем!

Главное преимущество после установки ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТУРБО-НАГНЕТАТЕЛЯ — получение для двигателя непрерывного крутящего момента и быстрое ускорение автомобиля.

 

Характеристики


Максимальная скорость: 52000rpm
Максимальная мощность: 380W
Максимальное давление: 1.2кг
Максмальный ток: 24A
Комплект: турбина, инвертер тока, контроллер скорости, схема подключения на английском
 

 

Гарантия качества
Товар, который продается у нас — проходит проверку качества.

Избегайте дешевых подделок и бракованной уценки от сомнительных продавцов.

Мы даём вам гарантию: данный товар можно без объяснения причин вернуть в течении 15 дней и получить деньги обратно, при условии что вы сохранили его качества и товарный вид.

Совершайте свои покупки в Интернете просто и безопасно вместе с Lots24.com.ua

Выбирайте компании с проверенной годами репутацией!

Электрический наддув уже под капотом Audi

Сами специалисты ингольдштадской компании называют эту машину «электрический битурбо». Новая система смонтирована в дополнение к штатному турбокомпрессору дизельного двигателя («Автоцентр» протестировал А6 с турбодизелем TDI 3,0 л). Задача компрессора с электроприводом – повысить эффективность наддува на самых низких оборотах, где турбокомпрессор обычно неэффективен. (Из-за чего и наблюдается явление «турбоямы» – замедленный набор оборотов, пока они близки к холостым, т.е. в самом начале разгона.) Компрессор с электроприводом создает повышенное давление сразу же после нажатия акселератора, т.е. в двигателе незамедлительно сгорают «увеличенные» порции топливо-воздушной смеси, что дает заметный прирост крутящего момента.

Специалисты по электрическому Biturbo от Audi считают, что электрический наддув в будущем сможет стать массовым средством повышения динамики автомобилей и сокращения вредных выбросов в атмосферу. Мы опробовали электрический наддув в его последней на сегодняшний день версии. Это автомобиль Audi А6 оснащен турбодизелем с непосредственным впрыском 3.0 V6 TDI, имеющий мощность 313 л.с. и максимальный крутящий момент 650 Нм в диапазоне 1450 – 2800 об./мин. Удельная мощность мотора составляет 77,5 кВт (105,5 л.с.) на литр объема, расход топлива укомплектованного им Audi А6 всего 6,4 литра топлива на 100 км, и выброс CO2 на уровне 169 грамм на км.

Экспериментальный автомобиль отличается от серийного лишь системой подачи воздуха во впускной коллектор. Это сочетание двух видов  наддува – традиционного турбокомпрессора и компрессора с электрическим приводом, чей внешний вид практически идентичен обычному турбокомпрессору. Небольшой электромотор может ускорить «свою» турбину до высоких оборотов в предельно короткие сроки – доли секунды. Электрический наддув компоновочно размещен по пути воздушного заряда после основного турбокомпрессора и интеркулера. Большую часть времени надуваемый воздух направляется в обход электрокомпрессора (через байпасный клапан). Однако, когда производительности основного турбокомпрессора становится недостаточно, упомянутый клапан закрывается и воздух направляется в электрический компрессор, где сжимается во второй раз.

Одним словом, электрический наддув работает на малых оборотах двигателя, турбонаддув – на высоких. Результаты тест-драйва впечатляют – автомобиль реагирует на нажатие акселератора как минимум вдвое быстрее. Речь идет об ускорении именно в первый момент после нажатия педали «газа» при малых оборотах двигателя. Audi пока не приводит конкретных цифр динамики машины без электронаддува и с ним, однако оценить его эффективность во время теста было легко, поскольку на центральной консоли испытуемого Audi A6 стоял выключатель, нажатием на который активировался или отключался электрический наддув.

Понятно, что установкой под капотом второй турбины с электромоторчиком  переделка автомобиля не ограничилась. Пришлось установить в корме машины аккумуляторную батарею напряжением 48 вольт, от которой питается электрический наддув. В пресс-релизе Audi AG упоминается, что автомобиль с электрическим битурбо потребляет не больше топлива, чем обычный аналог. Поскольку энергия, необходимая для привода электрического компрессора, в значительной степени компенсируется подзарядкой батареи путем регенерации энергии во время движения машины накатом. Однако, от какого именно генератора идет подзарядка батареи, не уточняется. Во время посещения учебного центра компании Audi AG в Изманинге неподалеку Мюнхена обозреватель «Автоцентра» протестировал еще несколько опытных автомобилей Audi, оснащенных перспективными силовыми агрегатами. О некоторых из них мы расскажем на нашем сайте в ближайшее время.

Наддув, нагнетатели и немного истории

Автор: Владимир Егоров
Источник: icarbio.ru
59474 9
Готтлиб Даймлер

Наддув начал использоваться на практике, как только конструкторы определили важнейший автомобильный приоритет – высокую удельную мощность при возможно меньших габаритах мотора. Первым нагнетателем, появившемся на автомобильном двигателе (если не считать самых ранних поршневых компрессоров), стал принудительный или механический нагнетатель типа «Рутс» («Roots»), хорошо зарекомендовавший себя в промышленности. Это произошло в 1885 году [1], когда Готтлиб Даймлер запатентовал нагнетатель собственной конструкции, работавший по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1902 г. во Франции Луис Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя, а уже в 1911 г. принцип действия турбонагнетателя, работающего на энергии выхлопных газов, впервые описал и запатентовал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи.

Наддув
Повышение давления воздуха при впуске в двигатель внутреннего сгорания с целью увеличения количества подаваемого топлива и, соответственно, мощности снимаемой с единицы объёма двигателя.
Нагнетатель (компрессор)
Механизм для сжатия и подачи газов под давлением.

Однако быстрое решение задачи (литровая мощность действительно заметно увеличилась) оказалось не таким удачным, как представлялось вначале. Существенно возросший приток тепла, который несли отработавшие газы, преждевременно выводил из строя выпускные клапаны, поршни и систему охлаждения. Несоответствие конструкции и применявшихся материалов задержало развитие наддува на автомобиле.

Истребитель «SPAD» S.XIII»

Следующий шаг сделали авиационные двигателисты. Первым авиационным двигателем с механическим наддувом считается двухтактный ротативный двигатель «Мюррей-Вильята», на самолёте с которым в 1910 г. был установлен рекорд высоты в 5200 м. В 1918 г., на один из истребителей «SPAD» S.XIIIC» был установлен турбонаддувный агрегат «Рато» («Rateau»), который не дал преимуществ самолёту (в связи с недостатками его конструкции и недостаточной для привода турбины мощностью авиадвигателя первых модификаций «Испано-Сюиза» 8-й серии). Но уже в том же году турбонаддувным агрегатом «Рато» был оснащен более мощный чем «Испано-Сюиза» двигатель «Либерти» L-12», а в 1920 г. биплан «Lepere» с этим двигателем поднялся на рекордную по тем временам высоту - 10092 м. Важные исследования, проведенные совместно с металлургами, позволили наладить выпуск поршней, клапанов и подшипников, отвечавших более жестким требованиям. В итоге, наддув всерьез и надолго прижился в авиации.

Внедрению систем наддува не в небесах, а на земле помог автомобильный спорт, где требовались мощные и легкие моторы. Первыми разработали спортивные двигатели с наддувом «Daimler» (1921 г.), «Sunbeam» и «FIAT» (1922 г.). Именно итальянский гоночный «FIAT», выиграв в 1923 г. Большой приз Европы, открыл список побед системы-новинки. В следующем, 1924 г. компрессорные «Alfa Romeo» и «Daimler» завоевали, соответственно, Большой приз автомобильного клуба Франции и первое место в гонках Тарга Флорио в Италии. Уже первые нагнетатели повышали мощность на 50-70%. Например, у 2-литрового двигателя «Delage» после введения наддува мощность возросла со 125 до 190 л.с., т.е. на 52%!

Рассмотрим явление наддува подробнее. Так как подача необходимого количества топлива технических затруднений не вызывает, то мощность двигателя зависит, главным образом, от поступающей в цилиндры за единицу времени массы воздуха. Этот показатель, в свою очередь, связан с рабочим объемом мотора, частотой вращения коленчатого вала (предел здесь — допустимое значение средней скорости поршня) и объемным КПД (коэффициентом наполнения). Стало быть, при заданных условиях увеличить массу воздуха, проходящего через цилиндры, можно только через наддув. Нагнетая воздух в цилиндр принудительно, на современном двигателе можно без особых проблем получить 25%-ную прибавку к мощности, а с интеркулером мощность можно удвоить.

Высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию – это явление очень опасно для бензинового двигателя, так как ведёт к его катастрофическому износу. Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т.е. снижать степень сжатия.

«Mercedes-Benz» 540K»

Сниженная же степень сжатия отрицательно влияла на КПД и экономичность. В итоге приводные нагнетатели рекомендовались лишь для крайних случаев. В инструкции 1937 г. для легкового автомобиля «Mercedes-Benz» 540K» (на этой модели, кстати, карбюратор дополняли специальные клапаны, включавшиеся одновременно с компрессором) говорилось: «Включайте компрессор (при 1000 оборотов в минуту) только в случае острой необходимости, например, для быстрого проезда перекрестков, ускоренных разгонов, преодоления коротких крутых подъемов и т.д. Продолжительность работы мотора с компрессором не должна превышать 1 минуту, а при достижении 3400 об/мин отключите систему немедленно».

Несмотря на попытки «Lancia», «Volkswagen», «General Motors» в 70-80-е годы усовершенствовать нагнетатели, приводные компрессоры постепенно сошли со сцены. Сейчас они применяются в основном различными тюнинг-ателье и гаражными «умельцами» для форсирования двигателей и очень редко стоят на серийных автомобилях. Крупные автопроизодителям используют нагнетатели в том случае, когда необходимо создать ряд двигателей разной мощности без существенной переделки конструкции базового двигателя.

Самая современная система с принудительным нагнетателем, установленная на моделях «Mercedes-Benz» С- и Е-класса практически не отличается от распространённых в 20-30-е годы роторно-шестеренчатых компрессоров типа «Рутс». Двигатель рабочим объемом 2,3 л комплектуется механическим компрессором фирмы «Eaton», усовершенствованной версией «Рутс» — винтообразных лопастей уже не две, а три или четыре. Привод осуществляется поликлиновыми ремнями от коленчатого вала двигателя. Особое покрытие лопастей, уменьшив трение, значительно улучшило КПД механизма. Подключается компрессор уже не водителем, а специальным электромагнитным сцеплением и только тогда, когда требуется резкое увеличение мощности. Степень сжатия уменьшена до 8,8. Четырехцилиндровый двигатель рабочим объемом 2,3 л развивает с компрессором 193 л.с. вместо 150 л.с. при 5400-5500 об/мин. Крутящий момент увеличивается с 220 до 270 Нм при 3750-3800 об/мин.

У нас в стране опыт применения механических нагнетателей на легковых автомобилях ограничился единичными экземплярами гоночных машин в 40-50-е годы.

Значительно более широкое распространение в мире получил наддув с турбонагнетателем, т.е. нагнетателем, приводимым турбиной, действующей на отработавших газах.

Ниже приведена классификация видов наддува ДВС.

Агрегатный наддув осуществляется с помощью нагнетателя. Он подразделяется на:

  • механический наддув, где используется компрессор, приводимый в действие от коленчатого вала двигателя;
  • турбонаддув, где компрессор (обычно центробежный) приводится турбиной, вращаемой выхлопными газами двигателя;
  • наддув «Comprex», заключающийся в использовании давления отработавших газов, действующих непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель;
  • электрический наддув, где используется нагнетатель, вращаемый электродвигателем;
  • комбинированный наддув объединяет несколько схем, как правило, речь идет о совмещении механического и турбонаддува.

Безагрегатный наддув. К нему относят:

  • резонансный наддув (иногда называемый инерционным или акустическим), реализуемый за счёт колебательных явлений в трубопроводах;
  • динамический наддув (скоростной или пассивный наддув) увеличивает давление во впускном коллекторе за счет воздухозаборников особой формы при движении с высокой скоростью;
  • рефрижерационный наддув достигается испарением в поступающем воздухе топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения и большой теплотой парообразования, на автомобильных двигателях не применяется.

Отметим, что существуют некоторые разногласия в понятиях, и резонансный наддув иногда называют динамическим. В данной статье мы под динамическим наддувом будем понимать только увеличение давления на впуске за счет воздухозаборников особой формы.

Механический наддув

Механический наддув позволяет легко поднять мощность двигателя. Основным элементом в такой системе является нагнетатель, приводимый непосредственно от коленчатого вала двигателя. Механический нагнетатель способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки, увеличивая давления наддува строго пропорционально оборотам двигателя, что является важным преимуществом подобной схемы. Однако механический наддув имеет и существенный недостаток – он отбирает на свою работу часть мощности двигателя.

На видео ниже экстремальный трицикл «Rocket 2» с механическим наддувом.

Все виды механических нагнетателей можно подразделить на объемные («Рутс», «Лисхольм» и др.) и центробежные.

Нагнетатель типа «Рутс»/«Итон»

Схема работы нагнетателя типа «Рутс»/«Итон»

Братья Рутс разработали свой нагнетатель еще в 1859 г. Он относится к объёмным роторным шестерённым машинам для подачи газовых сред. Первоначально он использовался как вентилятор для проветривания промышленных помещений. Конструкция его была очень проста: две вращающиеся в противоположных направлениях прямозубые «шестерни», помещенные в общий кожух, перекачивают объемы воздуха от впускного коллектора до выпускного в пространстве между своими зубьями и внутренней стенкой корпуса.

В 1949 году другой американский изобретатель – Итон (Eaton) – усовершенствовал конструкцию: прямозубые «шестерни» превратились в косозубые роторы, а воздух стал перемещаться не поперек их осей вращения, а вдоль. Принцип работы при этом не изменился — воздух внутри агрегата не сжимается, а просто перекачивается в другой объем, отсюда и название — объемный нагнетатель.

Нагнетатель «TVS»

В настоящее время совершенствование нагнетателей данного типа идёт по пути увеличения количества зубьев-лопаток, если первоначально в нагнетателе Итона было по две лопатки на роторе, то сегодня их число достигло четырёх – «Eaton» TVS» [2]. Увеличение числа лопаток позволяет сгладить основной недостаток нагнетателей типа «Рутс» – неравномерность подачи воздуха, создающую пульсацию давления. Кроме того, для тех же целей впускное и выпускное окно компрессора делают треугольным. Эти конструктивные ухищрения позволяют добиться того, что такие компрессоры работают достаточно тихо и равномерно. Компрессоры подобного типа имеют ещё один существенный недостаток. При выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда, поэтому наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления происходит дополнительный нагрев. В этой связи современные нагнетатели данного типа в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.

Механический наддув c нагнетателем «Рутс»/«Итон»

Сегодня современные технологические возможности вывели подобные компрессоры на очень высокий уровень производительности. Основные преимущества нагнетателей «Рутс» заключаются в простоте конструкции (малое количество деталей и малая скорость вращения роторов делают такие нагнетатели очень долговечными), компактности, эффективности на малых и средних оборотах двигателя, низком уровне шума по сравнению с центробежными компрессорами.

Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетатель

Подобные нагнетатели получили в настоящее время наибольшее распространение, как в виде отдельного приводного компрессора, так и главным образом в составе турбонаддува.

Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки (порой с регулировкой угла атаки), призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму (воздухосборник, описывая окружность, постепенно расширяется в диаметре). Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается.

В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40  тыс. об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к 200 тыс. об/мин. И в том случае если привод осуществляется от двигателя посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Проблема шумности и ресурса элементов привода частично снимается введением дополнительного мультипликатора, который снижает КПД механического нагнетателя.

Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления (учитывая огромные нагрузки от центробежных сил). К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку в мощности на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.

Центробежные нагнетатели очень популярны: сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие, более дорогие и сложные типы, особенно в сфере тюнинга. Недостатки данного типа нагнетателей известны: повышенные шум и износ, эффективная прибавка мощности только на высоких оборотах.

Нагнетатели типа «Лисхольм»

Схема нагнетателя типа «Лисхольм»

Следует также рассказать о винтовом нагнетателе или нагнетателе типа «Лисхольм» («Lysholm»). Компрессоры данного типа иногда используются для увеличения мощности двигателя. Первый в мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером Альфом Лисхольмом в 1936 г. Он также как и «Рутс» относится к роторным объёмным нагнетателям. Два ротора с взаимодополняющими профилями захватывая поступающий воздух, начинают взаимное встречное вращение. Порция воздуха проталкивается вперед вдоль роторов. Роторы имеют между собой чрезвычайно малые зазоры — это обеспечивает высокую эффективность и довольно малые потери. Основное отличие винтового компрессора от объемных роторно-шестеренчатых нагнетателей – наличие внутреннего сжатия, следовательно, не возникает дополнительной турбулентности как у рутс-компрессоров. Это обеспечивает им высокую эффективность нагнетания практически на всей шкале оборотов двигателя. Для достижения больших значений давления может потребоваться охлаждение корпуса компрессора.

Нагнетатель типа «Лисхольм»

Основные плюсы нагнетателей типа «Лисхольм»: высокая эффективность (КПД порядка 70%), надежность и компактная конструкция. Кроме того, винтовые компрессоры довольно тихие при правильном проектировании и изготовлении. Здесь и кроется единственный их минус. Дело в том, что роторы этих компрессоров имеют очень сложную форму и, как следствие, дороги. По этой причине нагнетатели «Лисхольм» практически не встречаются в массовом автомобильном производстве. По той же причине и компаний, производящих эти прогрессивные нагнетатели, не так много.

Прочие типы нагнетателей

В 80-х годах прошлого столетия компания «Volkswagen» экспериментировала с довольно необычными спиральными нагнетателями. В автомобильном применении они более известны как «G-Lader». Сейчас это направление компанией VW свернуто. Идея спирального одноосевого нагнетателя также очень стара. В 1905 году изобретатель Леон Креукс подал заявку на патент. Первоначально предусмотренный в качестве паровой машины, такой нагнетатель имел два спиральных витка, расположенных один в другом. В течение десятилетий он совершенствовался и, в конце концов, превратился из первоначальной четырехструйной машины в восьмиструйную, которая была оснащена двумя камерами — внутренней и внешней — по обеим сторонам с углом разворота 180 градусов относительно друг друга. Но тогда о массовом производстве таких нагнетателей можно было только мечтать, потому что в то время еще отсутствовали соответствующее технологии и оборудование. Сложность производства заключалась также в том, что изготовление деталей должно было быть максимально точным, так как любое отклонение в структуре или качестве поверхности могло привести к значительному снижению КПД. Поэтому в качестве нагнетательного аппарата для автомобильного двигателя спиральный нагнетатель стал использоваться очень поздно. С середины восьмидесятых до 1992 года его серийно использовал лишь «Volkswagen» в моделях «Polo», «Corrado», «Golf» и «Passat». Однако ряд фирм (преимущественно немецких) продолжают производить такие компрессоры и сегодня.

Также спиральный нагнетатель имеет важные преимущества: высокий КПД (75,9% у прототипов) и низкий уровень шума, хорошее уплотнение (благодаря чему наличие давления наддува проявлялось уже на малых оборотах) и малые потери на трение.

Поршневые нагнетатели, самая распространенная схема обычных воздушных компрессоров в настоящее время, в автомобилях не прижились совсем. А вот на судовых моторах они использовались достаточно широко. Интересен метод нагнетания подпоршневым насосом. Здесь в качестве нагнетателя используется сам поршень, который при движении к НМТ (нижняя мертвая точка) выталкивает находящийся под ним воздух.

Схема шиберного нагнетателя

Следует упомянуть незаслуженно забытые в автомобилестроение шиберные, или лопастные, нагнетатели. Это довольно простые по конструкции и принципу действия машины. Цилиндрический корпус имеет два отверстия, как правило, растянутые во всю длину цилиндра и находящимися на одной его стороне, т. е. не строго друг против друга. Внутри корпуса находится ротор диаметром примерно в три четверти от внутреннего диаметра корпуса. Ротор смещен к одной из сторон корпуса, примерно посредине отверстий. В роторе несколько продольных канавок, в которых находятся шиберы (лопатки). При вращении ротора благодаря заложенному конструкцией эксцентриситету и шиберам, выдвигающимся за счет центробежных сил, воздух сперва всасывается в одну из долей, образованных парой соседних лопаток, а затем сжимается до момента подхода к выпускному отверстию.

Будучи качественно изготовленными, такие компрессоры нагнетали довольно большое давление. В сравнении с рутс-компрессорами они обладали более высоким КПД, меньше пропускали воздуха, практически не нагревали его и были менее шумными. Да и мощности двигателя они отнимали меньше. Хорошо сконструированный шиберный нагнетатель может быть на 50% более производительным, нежели рутс-компрессор. В силу своей конструкции самой большой проблемой шиберных машин были высокие фрикционные нагрузки между шиберами и корпусом. По мере износа КПД компрессора заметно падал из-за увеличения протечек воздуха. В связи с этой проблемой шиберные компрессоры делали низкооборотными, но довольно габаритными. Это стало практически непреодолимой проблемой, и шиберные компрессоры были забыты. В настоящее время появляются новые материалы и технологии, которые делают вновь востребованными старые технические решения и конструкции.

Турбонаддув

Схема турбонаддува

Турбокомпрессор или турбонагнетатель состоит из газовой и компрессорной турбин посаженных на один вал. Фактически компрессорная часть – это центробежный нагнетатель. Скорость вращения газовой турбины, благодаря энергии отработавших газов, очень высока (50-100 тысяч об/мин). Компрессор засасывает и сжимает воздух, подающийся затем во впускной трубопровод для приготовления горючей смеси. Степень сжатия приходится уменьшать и в этом случае, однако тепловой КПД такого мотора снижается незначительно и, более того, удельный расход топлива иногда даже падает. При высоком давлении наддува целесообразно охлаждать воздух после компрессора до поступления в цилиндры. В бензиновых двигателях температура воздуха в цилиндрах ограничена детонацией. Чем выше жаропрочность лопаток турбины (предел около 1000 °С) и чем большую температуру раскаленных выхлопных газов выдерживает этот материал, тем эффективнее работа турбонагнетателя. Нагрев выхлопных газов в дизелях доходит до 600 °С, а в бензиновых двигателях до 1000 °С, поэтому с точки зрения долговечности дизельная турбина дает лучшие результаты. Также увеличенный приток воздуха позволяет дизелю хорошо справляться с обедненными смесями, воспламенение которых при высоких температурах сжатия не вызывает никаких затруднений. Кроме того, дизели с турбонаддувом становятся менее «жесткими» в работе. Однако при быстром и резком увеличении мощности возникают проблемы. Из-за инерции турбокомпрессора подача воздуха отстает от подачи топлива, поэтому сначала дизель работает на обогащенной смеси с повышенной дымностью. Длительность этого периода зависит от момента инерции ротора турбокомпрессора, которую сводят к минимуму увеличением оборотности при уменьшении диаметра колес турбины.

Свои особенности у турбонаддува бензиновых двигателей. Здесь, как правило, экономия топлива достигается переходом на уменьшенный рабочий объем двигателя (при той же или большей мощности, обеспечиваемой турбонаддувом). Воспламенение бедных смесей бензина с воздухом происходит с трудом, поэтому необходимо регулировать количество подаваемого воздуха (а не топлива, как на дизеле), что особенно важно при высоких частотах вращения, когда компрессор работает с максимальной производительностью. Существует множество способов ограничения подачи воздуха при пиковых режимах. Рассмотрим систему регулирования «АРС» фирмы «SAAB», в которой для регулирования давления наддува применена электроника. За давлением наддува следит специальный клапан, контролирующий поток отработавших газов, идущих через перепускной канал мимо турбины. Клапан открывается при разрежении во впускном трубопроводе, величина которого регулируется дросселированием потока воздуха между впускным трубопроводом и входом в компрессор. Степень разрежения в перепускном клапане зависит от положения дроссельной заслонки с электроприводом, управляемым электронным устройством, получающим сигналы датчиков давления наддува, детонации и частоты вращения. Датчик детонации представляет собой чувствительный пьезоэлектрический элемент, установленный в блоке цилиндров и улавливающий детонационные стуки. По сигналу этого датчика ограничивается разрежение в управляющей камере перепускного клапана.

Система «АРС» заметно улучшает динамику автомобиля. Например, для быстрого обгона (или разгона) в условиях интенсивного движения двигатель переводится в режим работы с максимальным давлением наддува. При этом детонация в относительно холодном, работавшем на частичной нагрузке двигателе не может, естественно, возникнуть мгновенно. По истечении нескольких секунд, когда температуры возрастут и начнут проявляться первые тревожные симптомы, по сигналу датчика детонации управляющее устройство плавно снизит давление наддува. Применение системы «АРС» при сохранении значений крутящего момента двигателя по внешней характеристике поднимает степень сжатия с 7,2 до 8,5, уменьшая давление наддува с 50 до 40 кПа при 6-8% экономии топлива.

В последнее время совершенствование концепций наддува идет по пути создания регулирующих систем для повышения крутящего момента при низких оборотах двигателя, а также снижения инерционности. Существует несколько способов решения данной проблемы:

  • применение турбины с изменяемой геометрией;
  • использование двух параллельных турбонагнетателей;
  • использование двух последовательных турбонагнетателей;
  • комбинированный наддув.

Турбина с изменяемой геометрией обеспечивает оптимизацию потока отработавших газов за счет изменения площади входного канала. Турбины с изменяемой геометрией нашли широкое применение в турбонаддуве дизельных двигателей, к примеру турбонаддув двигателя «TDI» от «Volkswagen».

Система с двумя параллельными турбонагнетателями (система «biturbo») применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая.

При установке на двигатель двух последовательных турбин (система «twin-turbo») максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбонагнетателей на разных оборотах двигателя.

Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический компрессор. С ростом оборотов подхватывает турбонагнетатель, а механический компрессор отключается. Примером такой системы является двойной наддув двигателя «TSI» от «Volkswagen».

После отказа от карбюраторов и переходе на электронный впрыск топлива особенно эффективным стал турбонаддув на бензиновых двигателях. Здесь уже достигнута впечатляющая топливная экономичность.

В целом же, следует признать, что турбонаддув, увеличивая тепловые и механические нагрузки, заставляет вводить в конструкцию ряд упрочненных узлов, усложняющих двигатель как в производстве, так и при техническом обслуживании.

Наддув «Comprex»

Также не хотелось оставить без внимания такой интересный способ наддува как «Компрекс» («Comprex»), разработанный фирмой «Браун энд Бовери» (Швейцария) заключающийся в использовании давления отработавших газов, действующих непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель. Получаемые при этом показатели двигателя такие же, как и в случае использования турбокомпрессора, но турбина и центробежный нагнетатель, для изготовления и балансировки которых требуются специальные материалы и высокоточное оборудование, отсутствуют.

Схема системы «Comprex»

Главная деталь в системе «Компрекс» — это лопастный ротор, вращающийся в корпусе с частотой вращения, втрое большей частоты вращения коленчатого вала двигателя. Ротор установлен в корпусе на подшипниках качения и приводится в движение клиновым или зубчатым ремнем от коленчатого вала. Привод компрессора типа «Компрекс» потребляет не более 2% мощности двигателя. Агрегат «Компрекс» не является компрессором в полном смысле слова, поскольку его ротор имеет только каналы, параллельные оси вращения. Эта система наддува является единственным выпущенным большой партией нагнетателем с волновым обменником давления. Он, как и механический нагнетатель, приводится в действие от распределительного вала, но использует полученную энергию лишь для синхронизации частоты вращения ротора с частотой вращения распределительного вала двигателя, а сжимает воздух энергия отработавших газов. Ротор имеет каналы параллельные оси его вращения, где поступающий в двигатель воздух сжимается давлением отработавших газов. Торцовые зазоры ротора гарантируют распределение отработавших газов и воздуха по каналам ротора. На внешнем контуре ротора расположены радиальные пластины, имеющие небольшие зазоры с внутренней поверхностью корпуса, благодаря чему образуются каналы, закрытые с обеих сторон торцовыми крышками.

В правой крышке имеются окна: а — для подачи отработавших газов от двигателя в корпус агрегата и г — для отвода отработавших газов из корпуса в выпускной трубопровод и далее — в атмосферу. В левой крышке имеются окна: б — для подачи сжатого воздуха в двигатель и д — для подвода свежего воздуха в корпус из впускного трубопровода е. Перемещение каналов при вращении ротора вызывает их поочередное соединение с выпускным и впускным трубопроводами двигателя.

При открывании окна а возникает ударная волна давления, которая со скоростью звука движется к другому концу выпускного трубопровода и одновременно направляет в канал ротора отработавшие газы, не смешивая их с воздухом. Когда эта волна давления достигнет другого конца выпускного трубопровода, откроется окно б и сжатый отработавшими газами воздух в канале ротора будет вытолкнут из него в трубопровод в к двигателю. Однако еще до того, как отработавшие газы в этом канале ротора приблизятся к его левому концу, закроется сначала окно а, а затем окно б, и этот канал ротора с находящимися в нем под давлением отработавшими газами с обеих сторон будет закрыт торцовыми стенками корпуса.

При дальнейшем вращении ротора этот канал с отработавшими газами подойдет к окну г в выпускной трубопровод и отработавшие газы выйдут в него из канала. При движении канала мимо окон г выходящие отработавшие газы эжектируют через окна д свежий воздух, который, заполняя весь канал, обдувает и охлаждает ротор. Пройдя окна г и д, канал ротора, заполненный свежим воздухом, вновь закрывается с обеих сторон торцовыми стенками корпуса и, таким образом, готов к следующему циклу [3].

Описанный цикл весьма упрощен в сравнении с происходящим в действительности и осуществляется лишь в узком диапазоне частоты вращения двигателя. Здесь кроется причина того, что известный уже в течение долгого времени этот способ наддува практически не применяется в автомобилях. «Comprex» был серийно использован в дизельных моделях двух знаменитых марок: «Opel» в 2,3-литровом «Senator» и «Mazda» 626» в 2,0-литровом четырехцилиндровом моторе. Но «Opel» ставил компрекс-нагнетатели на свои модели всего год (до 1986 года), в отличие от компании «Mazda», которая поставляла свои двигатели с компрекс-наддувом до 1996 года, пока в июне 1997 года он окончательно не был снят с программы производства.

Свое преимущество компрекс-нагнетатель проявляет уже на низких оборотах двигателя, так как при этом ему вполне достаточно и малого объема отработавших газов для того, чтобы получить высокую степень сжатия. В этом и заключается важное отличие от турбонагнетателя, количество отработавших газов в котором находится в прямой зависимости от привода компрессора. Также применение агрегата наддува «Компрекс» вместо турбокомпрессора снижает шум двигателя, так как он работает при более низкой частоте вращения.

Электрический наддув

Система электрического наддува разрабатывалась фирмой «Controlled Power Technologies» (в настоящий момент вошла в состав подразделения силовых агрегатов компании «Valeo») в течение трех лет.

В отличие от турбонаддува, где центробежный нагнетатель приводят в действие выхлопные газы, или механического наддува, где нагнетатель связан с коленчатым валом двигателя, в системах с электрическим наддувом нагнетатель вращается электромотором. Обычно подобные системы являются комбинированными, так как использование электрического и турбонаддува совместно даёт существенный выигрыш, позволяя избежать турбоямы на низких оборотах двигателя.

Система электрического наддува «Controlled Power Technologies»
Она совмещает в одном устройстве электрический и турбонагнетатель.

Компания «Audi» недавно представила систему электрического наддува, работающую по схеме, отличной от схемы «Controlled Power Technologies». Система «Audi» (на рис. ниже) использует двойной наддув: обычная турбина работает на средних и высоких оборотах, а электрическая — на малых, исключая турбояму.

Система электрического наддува «Audi»

В «Audi» собираются снабдить электрическим наддувом собственные дизельные моторы. На заводе компании уже собран пробный образец трехлитрового V6 TDI с подобным двойным наддувом. В системе задействован компактный электродвигатель, способный быстро раскрутить турбину до высоких скоростей. Возникновение дополнительного потребителя никак не должно отразиться на общем уровне энергопотребления, так как потери на раскрутку турбины перекроются при помощи системы рекуперации.

Внимание к электрическому наддуву в последнее время проявляют также компании «Ricardo», «Ford» и «BMW». Последняя недавно получила патент на электротурбину собственной конструкции, а компания «Ford» работает совместно с «Controlled Powertrain Technologies» и «Valeo» над трёхцилиндровым двигателем «Hyboost» с электронаддувом. «Valeo» станет первым поставщиком комплектующих, который предложит на рынок целый спектр электрических нагнетателей.

На рынке тюнинга существуют и так называемые осевые электрические нагнетатели, которые, как правило, входят в систему динамического наддува (читайте ниже). Движение воздуха в них осуществляется в осевом направлении. Один или пара последовательных либо параллельных вентиляторов с электромоторчиком, будучи установленными в воздушном тракте, проталкивают воздух вдоль себя назад, в фильтр или уже после него во впускной коллектор. Если такая система преодолевает хотя бы сопротивление фильтрующих элементов, эффект уже неплохой.

Резонансный наддув (инерционный наддув)

Другое интересное решение, которое фактически не является искусственным методом нагнетания воздуха, — система резонансного наддува. Идея основана на том факте, что приходы волн сжатия к впускному клапану и волн разрежения к выпускному клапану способствуют продувке и очистке камеры сгорания от отработавших газов.

Система резонансного наддува

В первом случае нужно просто поймать волну сжатия, а именно так ведет себя воздух во впускном коллекторе при работе двигателя: чередование приливов и отливов. С изменением оборотов амплитуда этих колебаний меняется. И для того, чтобы поймать волну сжатия, необходимо менять длину впускного коллектора. Поначалу конструкторы пошли по довольно примитивному по смыслу, но довольно сложному по воплощению пути: несколько воздуховодов разной длины и клапана, открывающие тот или иной канал. В настоящее время эта идея нашла свое логическое воплощение в устройствах впускного коллектора переменной длины. Например, компания «BMW» применяет устройство, которое обеспечивает изменение длины впускного тракта. Разумеется, это не полноценная замена наддуву, но определенная выгода от этого есть. Давление наддува, создаваемое за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар. Для сравнения: с помощью турбонаддува или механического наддува можно получить значения в диапазоне между 750 и 1200 миллибар. Плюсом системы резонансного наддува является то, что энергия мотора на ее привод практически не затрачивается.

Во втором случае энергию отработавших газов частично применяют для улучшения наддува двигателя, используя возникающие колебания их давления уже в выпускном трубопроводе. Использование колебаний давления состоит в том, что после открывания клапана в трубопроводе возникает ударная волна давления, со скоростью звука проходящая до открытого конца трубопровода, отражающаяся от него и возвращающаяся к клапану в виде волны разрежения. За время открытого состояния клапана волна может несколько раз пройти по трубопроводу. При этом важно, чтобы к фазе закрывания выпускного клапана к нему пришла волна разрежения, способствующая очистке цилиндра от отработавших газов и продувке его свежим воздухом. Каждое разветвление трубопровода создает препятствия на пути волн давления, поэтому наиболее выгодные условия использования колебаний давления создаются в случае индивидуальных трубопроводов от каждого цилиндра, имеющих равные длины на участке от головки цилиндра до объединения в общий трубопровод.

Внешняя скоростная характеристика
Внешняя скоростная характеристика двигателя гоночного автомобиля «Порше».

Скорость звука не зависит от частоты вращения двигателя, поэтому во всем ее диапазоне чередуются благоприятные и неблагоприятные с точки зрения наполнения и очистки цилиндров условия режима работы. На кривых мощности двигателя Ne и его среднего эффективного давления pe это проявляется в виде «горбов», что хорошо видно на рис. справа, где изображена внешняя скоростная характеристика двигателя гоночного автомобиля фирмы «Порше». Колебания давления используют также и во впускном трубопроводе: приход волны давления к впускному клапану, особенно в фазе его закрывания, способствует продувке и очистке камеры сгорания.

Если с общим выпускным трубопроводом соединяется несколько цилиндров двигателя, то число их должно быть не более трех, а чередование работы — равномерным с тем, чтобы выпуск отработавших газов из одного цилиндра не перекрывал и не влиял на процесс выпуска из другого. У рядного четырехцилиндрового двигателя два крайних цилиндра обычно объединяются в одну общую ветвь, а два средних цилиндра — в другую. У рядного шестицилиндрового двигателя эти ветви образованы соответственно тремя передними и тремя задними цилиндрами. Каждая из ветвей имеет самостоятельный вход в глушитель, или на некотором расстоянии от него ветви объединяются, и организуется их общий ввод в глушитель.

Динамический наддув (скоростной или пассивный наддув)

Система динамического наддува (также называемого скоростным или пассивным наддувом) увеличивает давление на впуске двигателя. Рост давления во впускном коллекторе достигается за счет воздухозаборников особой формы, которые при увеличении скорости движения начинают буквально загонять воздух в двигатель.

Заметный эффект от пассивного наддува начинает проявляться при больших скоростях движения (более 150 км/ч), поэтому на обычных автомобильных двигателях система динамического наддува встречается крайне редко, но иногда применяется на спортивных мотоциклах и автомобилях, а также широко используется для наддува поршневых авиационных двигателей. Нередко пассивный наддув объединяют с другими видами наддува, делая воздухозаборник соответствующей формы.

На «тюнингованных» автомобилях часто выводят впускной тракт на капот или в решетку радиатора, т. е. в зону максимального давления, чем имитируют систему динамического наддува (ниже на рисунке приведена подобная система). Почему имитируют? Потому что пассивный наддув, как уже было написано выше, начинает работать только на высоких скоростях. Также при подобном «тюнинге» ставят «фильтр нулевого сопротивления», который плохо справляется с очисткой поступающего воздуха, что приводит к усиленному износу двигателя.

Динамический наддув
«Тюнинг». Впускной тракт выведен вместо фары.
«Инерционный» наддув
Разновидность динамического наддува. Внутри патрубка системы установлена крыльчатка, благодаря инертности (поэтому некоторые и наывают такой наддув «инерционным») вращения которой возникает завихрение поступающего воздуха, что обеспечивает его максимально быстрое проникновение в камеры сгорания и более полное их наполнение топливо-воздушной смесью. В общем, ерунда полная, на которую ведутся горе-тюнеры.

Преимуществом динамического наддува является то, что это самый дешевый способ относительно остальных.

Последнее обновление 15.11.2012
Опубликовано 22.08.2010

Читайте также

  • Увеличиваем пробег

    Современные технологии помогут сделать двигатель внутреннего сгорания более экологически чистым.

  • Плазменное зажигание

    Плазменное зажигание может обеспечить гарантированное зажигание бедных топливовоздушных смесей, использование которых в двигателе позволяет экономить топливо.

Сноски

  1. ↺ По другим данным он запатентовал сам принцип использования наддува на автомобиле.
  2. ↺ О нагнетателе «TVS» на сайте компании «Eaton».
  3. ↺ Описание работы системы «Comprex» дано по книге Мацкерле Ю. «Современный экономичный автомобиль» (книга есть в библиотеке сайта).

Комментарии

Всеобщее наддувательство — журнал «АБС-авто»

Узлы и агрегаты постоянно совершенствуются. Исследователи рассказали о том, какими будут турбонагнетали ближайшего будущего и зачем нужны турбины гибридным автомобилям.

Один из ведущих производителей автомобильных турбин – Honeywell – рассказал о том, какими он видит моторы будущего. Представители компании прогнозируют, что через пять лет доля транспортных средств с турбированными двигателями составит 47%. Кроме того, автогигантам потребуются инновации, которые улучшат характеристики силовой установки в целом и упростят ее. Также технологии придется подстраивать под нужды каждого конкретного рынка.

Свои наблюдения Honeywell опубликовала в масштабном исследовании в преддверии Международного автосалона во Франкфурте. Именно на этой выставке представлены последние достижения в области применения турбин на дизельных, бензиновых и гибридных транспортных средствах. Причем технология используется при производстве как бюджетных автомобилей, так и машин класса люкс.

Сплошные сайзинги

Согласно исследованию, сегодня компании уже не гонятся за даунсайзингом (уменьшением объема двигателя при использовании наддува). Все более популярным становится так называемый райтсайзинг (англ. right – правильный + size – размер). Этот подход также предусматривает использование турбины при более продуманной подгонке всех параметров мотора для работы с наддувом.

На выходе должен получиться автомобиль с хорошими динамическими показателями и относительно небольшим расходом топлива, как того требуют все более ужесточающиеся экологические ограничения.

«Как показывает статистика, для технологий турбо наступает золотой век, – указал высокопоставленный менеджер Honeywell Терренс Хан. – Существует заметный спрос на более продвинутые турботехнологии, которые не ограничиваются одним мотором».

Автомобильные компании обращаются к таким фирмам, как Honeywell, для того чтобы удовлетворить потребности по созданию эффективных 3-цилиндровых двигателей, снять больше «лошадей» с 4-цилиндровых моторов. В скором времени, по словам Хана, ожидается рост спроса на системы рекуперации и E-boost для гибридных транспортных средств с продвинутыми силовыми установками.

Двухступенчатая турбина Honeywell

На трех цилиндрах

Двигателям не потребуется четвертого цилиндра

Специалисты компании прогнозируют рост доли машин с 3-цилиндровыми моторами в ближайшие пять лет. Это станет глобальной тенденцией для автомобилей низкого и среднего ценового сегмента с небольшим расходом топлива, отметили в Honeywell. Процент таких автомобилей будет увеличиваться до 2020 года в среднем на треть.

К этому времени во всем мире будет продано около 7 млн транспортных средств с 3-цилиндровыми турбированными двигателями. Учитывая данный тренд, производители разрабатывают турбины, способные выдерживать более высокие нагрузки в отсутствие четвертого цилиндра.

При этом на моторы с четырьмя цилиндрами будет приходится 75% мировых продаж машин с турбонаддувом. Объемы реализации в этой категории будут расти в среднем на 7% в год за рассматриваемый период.

Технологии будущего

В компании выделяют ряд технологий, которые станут наиболее востребованными в ближайшие несколько лет.

Концерны будут проявлять повышенный интерес к турбокомпрессорам изменяемой геометрии (VNT). В Honeywell отмечают, что последнее поколение турбокомпрессоров технологии VNT характеризуется образцово-быстрым откликом в переходных режимах, эффективностью работы на низких оборотах, высокой надежностью, малым весом и разнообразием вариантов исполнения.

Так выглядит электрический нагнетатель

Востребованной будет система Twin Scroll. К примеру, на автомобилях BMW она подра­зумевает использование одного турбокомпрессора, приводимого в действие турбовентиляторами, расположенными в двух выхлопных трубах. Как и вариант с двумя меньшими по размеру раздельными турбокомпрессорами, такая схема двойного наддува обеспечивает ускоренное нагнетание давления и, как следствие, более высокую «отзывчивость» двигателя. Однако система на основе технологии Twin Scroll более компактна и имеет меньшую массу. В результате улучшаются динамические характеристики, увеличиваются мощности, снижается расход топлива.

Для пикапов малой и средней грузоподъемности с двигателями рабочим объемом 6,0 л и более выпускается турбокомпрессор VNT DualBoost Turbo, конструкция которого отличается наличием целого ряда инноваций. В их числе – двустороннее колесо компрессора, позволяющее производителям легких грузовых автомобилей добиться от двигателей с одной турбиной отдачи, сравнимой с отдачей двигателей с двумя турбинами.

Еще одной ключевой инновацией в категории грузового транспорта станет применение многоступенчатого турбонаддува для дизельного мотора. Это позволит существенно улучшить характеристики двигателя без выхода за рамки экологических требований. Поэтому к 2020 году можно ожидать, что каждые 12 месяцев на рынке будут появляться более 2 млн легких грузовиков, при производстве которых использовалась данная технология.

В ближайшее время также планируется запуск нового продукта – мотора с двуступенчатым наддувом. Система будет включать два турбокомпрессора изменяемой геометрии, объединенных в один блок.

В будущем доля продаж легкового транспорта с дизельными моторами сохранится на значительном уровне (около 20%). В частности, исследователи ожидают, что количество автомобилей с дизельным двигателем удвоится в Северной Америке. Рост популярности связывают с применением технологии «чистый дизель» и систем дополнительной очистки отработавших газов.

Рост продаж транспортных средств с гибридной силовой установкой составит 4–7% в ближайшие пять лет. При этом около 25% будут оснащаться турбированными моторами. Для сравнения в настоящее время этот показатель составляет 10%. Соответственно все более востребованными будут технологии E-boost и рекуперации. Менее радужные перспективы рисуются для электрокаров. Они составят лишь процент от всех транспортных средств в мире. Причины известны – высокая стоимость батарей и ограниченный пробег между зарядками.

Турбомоторы становятся все более популярны

«Популярность наддува продолжает увеличиваться на фоне разработки автопроизводителями глобальных программ по выпуску моторов, которые бы отвечали спросу на разных рынках, – объяснил Хан. – Потребители хорошо принимают технологию и ждут от концернов высочайшего качества и надежности».

В компании также подчеркнули, что на данный момент уже недостаточно просто уменьшать размеры мотора и добавлять к нему турбокомпрессор. Автогигантам приходится искать решения для обеспечения такого динамического режима, при котором мотор мгновенно реагировал бы на действия водителя.

Смелые новинки

Готовятся к выводу на рынок и более смелые новинки. Китайские онлайн-торговцы предлагают множество устройств под названием «электротурбонагнетатель». Доверия такие узлы у потребителя не вызывали. Большинство рассматривало их как бесполезную трату денег. Тем не менее оказалось, что именитые фирмы давно работают в данном направлении.

Та же Honeywell на недавнем Международном автомобильном салоне во Франкфурте представила последнюю разработку – электрический наддув. Ее предполагается использовать для автомобилей на топливных элементах. Силовые установки автомобилей будущего потребуют интеграции электрических и традиционных турбин в систему подачи воздуха транспортных средств.

«Honeywell потратила 10 лет на совместные работы с автопроизводителями по разработки электрических турбонагнетателей, – сказал технический директор подразделения транспортных систем компании Крейг Бэлас. – Мы рассматриваем электрический наддув и технологию топливных элементов как расширение наших возможностей по улучшению характеристик двигателя и выход за границы возможного для силовых установок».

Ключевым фактором для развития рынка электрических турбонегнеталей должен стать переход отрасли на более продвинутую бортовую электрическую систему автомобиля, рассчитанную на 48 В. Хотя для этого потребуется несколько лет, автоконцернам все же придется изменить архитектуру бортовой сети под давлением экологов, прогнозируют спе­циалисты.

Турбинами оснастят авто на топливных элементах

«Мы видим отблеск будущего в наших электрических разработках для продвинутых программ автоспорта, – отметил Бэлас. – Сейчас мы сотрудничаем с Scuderia Ferrari в области создания электрического турбонагнетателя интегрированного в гибридную систему. Проект должен улучшить показатели их машины, участвующей в “Формуле‑1″. Кроме того, мы сотрудничаем с одной транснациональной компанией по разработке новейшего воздушного компрессора. Он станет ключевым продуктом для транспортных средств, где применяется технология топливных элементов. Причем на рынок эти агрегаты попадут уже очень скоро».

Полная электрификация

По словам разработчиков, полностью электрическая турбина представляет собой один интегрированный узел, который как потребляет, так и производит электричество, необходимое ему для работы, а также узел используется для питания другого оборудования автомобиля. В случае установки на гибридное транспортное средство такая турбина сможет отдавать часть энергии на коленчатый вал. Таким образам система станет более эффективной.

Также ставка делается и на разработку электрического воздушного компрессора. По сути, это электрический насос, с помощью которого через топливные водородные элементы прогоняется воздух.

«Электрификация турбонагнетателей станет ключевой технологией для отрасли в ближайшие десятилетия, – убежден Бэлас. – Электрические воздушные компрессоры дадут толчок к развитию электротранспорта. Подобные машины смогут обеспечивать себя энергией с помощью собственной внутренней водородной станции».

Новые турбины – новые проблемы

Конечно, на бумаге планы производителей выглядят грандиозно, однако не стоит забывать, что наддув для серийных автомобилей всегда был связан с повышенными рисками поломок. В 80-е годы прошлого века ряд моделей с турбированными моторами оказался довольно проблематичным.

Подшипники турбины смазывались во время работы двигателя, после остановки мотора они перегревались, а масло образовывало нагар. По этой причине потребители стали относиться к таким новшествам с осторожностью. Судя по количеству реализованных транспортных средств с турбонагнетателями, на первый взгляд можно сделать вывод, что проблемы остались в прошлом.

Экономичность Ecoboost подвергли сомнению

К примеру, высокопоставленный представитель General Motors Майк Кейтерберг заявлял, что доработки позволили сделать технологию наддува более надежной. В списке 15 наиболее частых поломок двигателя турбина не значится, заверил он. Контуры смазки и системы охлаждения, работающие после остановки двигателя, снизили серьезность проблемы. Детали агрегата теперь лучше противостоят высоким нагрузкам.

Между тем специалисты говорят, что проб­лемы все равно возникают. «Традиционные турбированные двигатели, установленные на Audi, Volkswagen и BMW, работают надежно, пока транспортное средство остается относительно новым, – прокомментировал ситуацию изданию «The Traverse City Record-Eagle» представитель влиятельного журнала «Consumer Reports» Дуглас Лав. – Однако по мере старения автомобиля появлялись проблемы. Причем новые турбомоторы, например EcoBoost от Ford, не всегда оказывались надежными с момента покупки».

Владельцы Ford обращались с жалобами в Национальное управление по безопасности движения автотранспорта США (NHTSA) на проблемы при наборе скорости. Нарушения в работе были вызваны образованием конденсата. Управление также засвидетельствовало ряд случаев отказа турбины на машинах BMW 535is и Volkswagen Passat TDI. Изданию также известно о том, что Audi распространила информацию среди автомехаников о случаях выхода из строя турбин на моделях A3 2015 года выпуска.

Наконец, недавние тесты издания WardsAuto продемонстрировали, что моторы с наддувом не такие уж и экономичные, как на бумаге. Испытаниям подвергся новый Ford F‑150 с 2,7-литровым двигателем EcoBoost V6. Согласно данным Агентства по охране окружающей среды США (в его обязанности входит следить за исполнением принятых стандартов и норм), пикап потребляет 9 л на 100 км пути на моноприводе и 10,2 л на полном.

Несколько журналистов издания решили выяснить, действительно ли так хорош F‑150. После пробега в 407 км бортовой компьютер показал расход на уровне 12,3–13,3 л на 100 км. При расчете потребленного топлива по чекам за АЗС и вовсе оказалось, что показатель составил 15 л на 100 км.

Высокая конкуренция заставляет производителей выводить на рынок продукты как можно быстрее. При этом узлы становятся все сложнее. Конечно, старые болячки со временем устраняются, но 100%-й гарантии того, что не появятся новые, не даст никто.

  • Андрей Филатов

E-boost — будущее турбокомпрессоров

ВВЕДЕНИЕ

Производство автомобилей значительно выросло 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 потребление топлива и соответствующее налогообложение транспортных средств стали основным фактором при покупке нового автомобиля в настоящее время.

В качестве решения вышеупомянутой проблемы и строгого законодательства производители автомобилей пошли по пути уменьшения размеров двигателя, чтобы снизить как расход топлива, так и выбросы в атмосферу. Здесь необходимо рассмотреть еще один момент. Если двигатель внутреннего сгорания (ДВС) будет уменьшен в размерах, он, скорее всего, не будет производить такое же количество мощности по сравнению с двигателем большего размера, тем не менее, у этих автомобильных компаний уже давно есть туз, спрятанный под рукавом под названием «Турбокомпрессор» .

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

Турбокомпрессор можно определить как устройство с принудительной индукцией с приводом от турбины, которое увеличивает эффективность и выходную мощность ДВС, нагнетая дополнительный воздух в камеру сгорания. Таким образом, это устройство помогает двигателям уменьшенного размера производить такую ​​же мощность, что и более крупные безнаддувные двигатели. Проблема решена?

К сожалению, на этом история не заканчивается. Чтобы еще больше повысить эффективность ДВС, несколько лет назад более популярной стала конкретная технология (использующая в качестве основы обычный турбокомпрессор) под названием «Электрический нагнетатель» .

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

ТЕХНОЛОГИЯ E-BOOST

Эта технология состоит из обычного турбокомпрессора, дополненного электрическим компрессором (EPC) . EPC улучшает давление наддува и переходную реакцию двигателя, особенно на низких оборотах и ​​после переключения передач.Следовательно, снижение расхода топлива и выбросов. Важно подчеркнуть, что EPC не соединен с турбиной, следовательно, он может работать независимо.

Рисунок 2. eBooster (Borgwarner, 2018)

ПРОФИ

  • Общее повышение теплового КПД ДВС
  • Снижение расхода топлива
  • Снижение выбросов
  • Резкое снижение турбо-лага
  • Снижение запаздывания переключения передач
  • Увеличение крутящего момента при низких оборотах
  • Повышение качества вождения

Минусы

  • Надежность и сложность
  • Увеличение общего веса автомобиля
  • Дорогая и сложная технология
  • Подача мощности EPC доступна только при низких оборотах
  • Увеличенные усилия по калибровке и тестированию

E-BOOST IN DYMOLA

За основу в DYMOLA был взят шаблон 4-цилиндрового двигателя 1800 куб. См с турбонаддувом.Электродвигатель был соединен с валом турбонагнетателя, а турбонагнетатель был модифицирован для управления скоростью электродвигателя в зависимости от требуемых условий.

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

РЕЗУЛЬТАТЫ

Три разные модели были смоделированы 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 при полностью открытой дроссельной заслонке за 3,5 секунды с момента t = 0,5 секунды. Начальная скорость автомобиля была установлена ​​на 5 км / ч, а максимальное давление наддува было ограничено максимум 2,3 барами. Максимальный предел наддува зависит от частоты вращения двигателя и нагрузки.

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

Случай 1 — Участки синего цвета — обычная турбина

Случай 2 — Графики в красном — E-boost

Случай 3 — Зеленые участки — Twin Scroll turbo

Первые три диаграммы отображают давление в камере статического давления, скорость автомобиля и частоту вращения двигателя соответственно (рис.4). Следующие две диаграммы показывают угловую скорость турбовального вала и фактическое открытие дроссельной заслонки (рис. 5).

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

АНАЛИЗ

Графики, представленные в предыдущем разделе, показывают превосходство E-boost. Он может обеспечивать значительно более высокое давление в камере, а следовательно, и крутящий момент, во время переходных процессов с разницей примерно в 100000 Па (пиковая точка) по сравнению с другими турбинами (рис. использование электродвигателя.В пиковой точке вал турбонагнетателя E-boost достигает разницы примерно в 70000 об / мин (рис. 5) по сравнению с более традиционными решениями. Как следствие, эта помощь 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, это дает большие преимущества для впечатлений от вождения, такие как уменьшение турбо-лага и высокого крутящего момента на низких оборотах, не говоря уже о потенциальном сокращении расхода топлива и выбросов.В заключение хочу сказать, что этот новый продукт выполняет свою задачу, поскольку он помогает двигателям обеспечивать более высокую производительность, чем их аналоги с текущими технологиями турбонаддува, во что раньше было трудно поверить.

Главное внимание здесь — надежность. Поскольку это новая технология, она требует обширного плана испытаний и калибровки, чтобы гарантировать правильные рабочие характеристики и стандарты безопасности. В любом случае большая часть тестирования и разработки контроллеров может быть выполнена виртуально с помощью соответствующих инструментов CAE и соответствующих знаний.

ТЕКУЩИЕ ЗАЯВКИ

Производители автомобилей по всему миру уже внедрили технологию E-boost в свои двигатели из-за очевидных преимуществ. Это случай Jaguar Land Rover и их нового шестицилиндрового двигателя Ingenium . В этом двигателе используется несколько технологий, включая электрический нагнетатель; в результате он способен обеспечить сокращение выбросов на 12% и более экономичный расход топлива на 20% (по сравнению с предыдущим двигателем JLR V6).

Рис. 6. Шестицилиндровый двигатель Ingenium Jaguar Land Rover (Green Car Congress, 2020)

ССЫЛКИ

  1. Ред Булл. (2014). Формула-1 с турбонаддувом V6: разъяснение правил 2014 года . [Изображение] Доступно по адресу: https://www.youtube.com/watch?v=A-Bb9KkQwKM
  2. Что такое турбокомпрессоры? Объясняя, 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 семейство двигателей Ingenium за счет рядного шестицилиндрового бензинового двигателя; Система MHEV 48V; На 20% более экономичен, чем уходящий V6. (2019). Доступно по адресу: https://www.greencarcongress.com/2019/02/201
  5. -jaguar.html

Автор: Хосе Мигель Ортис Санчес, инженер проекта

Пожалуйста, свяжитесь с нами, если у вас есть вопросы или тема, о которой вы хотели бы, чтобы мы написали.Вы можете отправить свои вопросы / темы через: Вопросы из технического блога / Предложение по теме.

Электротурбокомпрессоров Garrett будут запущены в производство в 2021 году

Электрический турбокомпрессор Garrett Motion с силовой электроникой и аккумулятором

Garrett Motion

Электродвигатели, несомненно, с каждым годом становятся все более значительным и важным элементом автомобильной силовой установки. Непосредственная передача крутящего момента для поворота ведущих колес является наиболее очевидным вариантом использования, как в гибридных, так и в электрических транспортных средствах.Но двигатели появляются повсюду, включая насосы для масла и охлаждающей жидкости, а теперь и турбокомпрессоры. Garrett Motion готовится к тому, что в 2021 году может быть впервые применен в производстве электрический турбокомпрессор.

Garrett был отделен от Honeywell в конце 2018 года, вернув часть первоначального названия, которое у него было до того, как оно было приобретено той же компанией в 2004 году. Garrett производит турбокомпрессоры с 1950-х годов и является одним из немногих лидеров рынка наряду с BorgWarner , BMTS, IHI и Mitsubishi, каждая из которых разрабатывает аналогичные технологии.

Давайте вернемся к краткому руководству по форсированию двигателя. Двигатель внутреннего сгорания вырабатывает энергию за счет воспламенения смеси воздуха и топлива в цилиндрах. Чем больше сжигается воздуха и топлива, тем больше энергии можно произвести. Безнаддувный двигатель втягивает воздух через открытые клапаны за счет частичного вакуума, создаваемого поршнем, движущимся вниз в цилиндре. Нагнетатель — это насос с механическим приводом, который нагнетает больше воздуха в цилиндр. Обычно они приводятся в движение ремнем коленчатого вала.Они дают отличный отклик благодаря прямому приводу, но потребляют много энергии для движения на более высоких скоростях.

Турбонагнетатель делает то же самое, но приводится в движение выхлопными газами, выходящими из двигателя через турбину. Газы раскручивают турбину, которая находится на том же валу, что и колесо компрессора. Когда турбина вращается, компрессор нагнетает воздух в цилиндры. Турбины более эффективны, чем нагнетатели, благодаря меньшим паразитным потерям, но у них может быть задержка при раскрутке, пока они ждут давления выхлопа.Вот где на сцену выходит добавление электродвигателя.

На самом деле существует два различных типа устройств электрического наддува для двигателей, которые появились в последние несколько лет. Первый тип, который уже используется Volkswagen Group и Mercedes-Benz, — это электронный ускоритель. По сути, это просто компрессорная сторона турбонагнетателя в паре с электродвигателем. Размер компрессора по своей природе ограничен размером двигателя, необходимого для его вращения на высоких скоростях, и электронные бустеры используются в последовательной комбинации с турбинами с приводом от выхлопных газов.Электронный бустер обеспечивает быструю реакцию двигателя на низких частотах, а затем, по мере роста давления, более крупный турбонаддув вступает во владение, обеспечивая максимальный наддув.

Электронный турбонагнетатель, задуманный Гарреттом и его конкурентами, объединяет электродвигатель с турбонагнетателем в одном блоке. На более низких скоростях двигатель может быстро раскручивать турбонаддув и создавать наддув, обеспечивая превосходный крутящий момент на низких скоростях и управляемость. По мере роста давления выхлопных газов он берет на себя работу по управлению электронным турбонаддувом. Это позволяет инженерам использовать компрессор и турбину большего размера для большего наддува, что, в свою очередь, позволяет уменьшить рабочий объем двигателя.Большие колеса на турбонагнетателе обычно вызывают еще большую задержку отклика, но электродвигатель решает эту проблему.

Компоновка электронного турбонаддува имеет еще одно преимущество. Когда водитель отпускает педаль акселератора, выхлопные газы и инерция колес заставляют турбонаддув некоторое время вращаться. В этот момент двигатель становится генератором, который может заряжать аккумулятор. В сочетании с электрической системой 48 В e-turbo способствует рекуперации энергии, которая обычно теряется в выхлопной трубе.В свою очередь, эта энергия затем используется для раскрутки электронного турбо, когда требуется следующее ускорение. Электронный турбонагнетатель менее сложен в упаковке, чем комбинация электронного усилителя и обычного турбонагнетателя.

По словам Джеффа Даффа, директора по разработке приложений в компании Garrett, в зависимости от конкретной конфигурации двигателя и размеров электронного турбонаддува, электронный турбо может способствовать повышению топливной эффективности до 10%, хотя в большинстве случаев это будет примерно На 2-4% лучше.

Это повышение эффективности можно еще больше усилить за счет уменьшения габаритов двигателя.Дополнительная отзывчивость e-turbo преодолевает потерю мощности меньшего рабочего объема. Обычно двигатели с турбонаддувом работают на обедненной топливовоздушной смеси с низким наддувом, чтобы обеспечить некоторую дополнительную мощность в этом рабочем диапазоне. Однако это повышает температуру сгорания и производит больше NOx. Быстрое ускорение и ускорение электронного турбонаддува позволяет двигателю работать с идеальным соотношением воздух-топливо в этом диапазоне.

И наоборот, обычный турбокомпрессор с турбиной меньшего размера для быстрого реагирования нагревается на высоких скоростях.Как правило, эти конфигурации переходят на более богатую топливную смесь по мере увеличения скорости, что охлаждает турбину, но также больше загрязняет и потребляет больше топлива. Размер электронного турбонагнетателя может соответствовать более крупной турбине, которая остается более прохладной, но не жертвует отзывчивостью и, опять же, поддерживает идеальное соотношение воздух-топливо для снижения выбросов по всем направлениям.

При использовании на дизельном двигателе электронный турбо может способствовать снижению выбросов NOx на 20%. Это будет особенно важно для тяжелых условий эксплуатации, в которых в настоящее время используется дизельное топливо.Несмотря на то, что предпринимаются многочисленные попытки электрифицировать двигатели в этих более крупных транспортных средствах, большая часть аккумуляторов по-прежнему представляет собой проблему, поскольку снижает полезную нагрузку. Аккумуляторы особенно опасны при перевозках на дальние расстояния. Использование электронных турбин на этих больших дизелях может снизить количество вредных веществ, выделяемых этими двигателями.

Garrett еще не объявляет, какой производитель или тип двигателя будет использовать его электронный турбонагнетатель в 2021 году. Пока ни один из других производителей турбонагнетателей не объявил о конкретных запусках производства, но не удивительно, если один или несколько из них прибудут в продажу. сроки, аналогичные программе запуска Гарретта, или вскоре после нее.

Предполагается, что первичный электропривод

займет еще большую долю на рынке новых транспортных средств в 2020-х годах, при этом Navigant Research прогнозирует, что к 2030 году на электромобили с аккумуляторной батареей будет приходиться более 15% мировых продаж легких грузовиков. Однако двигатели внутреннего сгорания в паре с разная степень электрификации, вероятно, будет существовать еще много лет, и Гарретт намеревается стать частью этой смеси.

Boost Fin Ранняя пташка — Повышение скорости серфинга

Наслаждайтесь более длительными сеансами и ловите в 3 раза больше волн по специальной цене от 299 долларов! Это 25% скидка!

Предполагаемые даты отгрузки
  • Партия 5 (в продаже) декабрь 2021 г.
  • серия №4.6000 ласт (продано) сентябрь 2021 г.
  • серия №3. 4000 ласт (продано) августа 2021 г.
  • серия №2. 2000 ласт (продано) июль 2021 г.
  • Первоначальная партия. 75 ласт (продано) мая 2021 г.

Заказы, отправляемые за пределы США / Европы / Японии / Австралии, могут длиться на 4-6 недель дольше, чем обычно.

  • Особый дуэт Boost Fin

    Boost Fin Special Duo

    Обычная цена
    798 долларов.00

    Цена продажи
    $ 589,00 Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Коробка для путешествий Boost Fin

    Коробка для путешествий Boost Fin

    Обычная цена
    89 долларов.00

    Цена продажи
    89,00 долларов США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Зарядное устройство 12 В

    Зарядное устройство 12В

    Обычная цена
    39 долларов.00

    Цена продажи
    39,00 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Поводок Boost Fin

    Поводок Boost Fin

    Обычная цена
    14 долларов.90

    Цена продажи
    14,90 $ Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Адаптер FCS

    Адаптер FCS

    Обычная цена
    19 долларов.99

    Цена продажи
    19,99 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Адаптер FCSII

    Адаптер FCSII

    Обычная цена
    19 долларов.99

    Цена продажи
    19,99 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Адаптер Flip Lock

    Адаптер Flip Lock

    Обычная цена
    19 долларов.99

    Цена продажи
    19,99 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Фьючерсный адаптер

    Адаптер Futures

    Обычная цена
    19 долларов.99

    Цена продажи
    19,99 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Адаптер NSP FCS

    Адаптер NSP FCS

    Обычная цена
    19 долларов.99

    Цена продажи
    19,99 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Адаптер мягкого верха

    Адаптер мягкого верха

    Обычная цена
    19 долларов.99

    Цена продажи
    19,99 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Коробка для плавников с наклейками

    Коробка с плавником

    Обычная цена
    29 долларов.99

    Цена продажи
    29,99 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

  • Адаптер Wayler

    Адаптер Wayler

    Обычная цена
    19 долларов.99

    Цена продажи
    19,99 долл. США Распродажа

    Цена за единицу
    / за

Используйте стрелки влево / вправо для навигации по слайд-шоу или проведите пальцем влево / вправо при использовании мобильного устройства

Новые правила ЕС по повышению энергоэффективности электродвигателей

Новые меры ЕС по экологическому проектированию электродвигателей и приводов с регулируемой скоростью вступают в силу 1 июля 2021 года, направленные на повышение энергоэффективности этих продуктов во всем ЕС.Применимые к асинхронным двигателям переменного тока * (например, те, которые можно найти в стиральных машинах, кондиционерах или тепловых насосах, а также широко используются во многих типах промышленных применений), новые правила обновляют предыдущие правила с 2009 года. Новые правила имеет значительно более широкую область применения, охватывая двигатели с диапазоном мощности от 0,12 кВт до 1000 кВт (относительно прежних 0,75 — 375 кВт). Требования к энергоэффективности также были усилены, что отражает технический прогресс и эволюцию рынка за последнее десятилетие.Например, новые правила теперь будут регулировать эффективность приводов с регулируемой скоростью. Это электронное устройство, которое можно использовать для регулировки скорости вращения электродвигателя в соответствии с потребностями приложения, что может привести к значительной экономии энергии. И двигатели, и приводы теперь будут зависеть от требований к информации, таких как эффективность при различных точках нагрузки. Это поможет инженерам оптимизировать эффективность всей системы.

ЕС также станет первым регионом в мире, который с июля 2023 года сделает международный уровень энергоэффективности IE4 обязательным для некоторых категорий электродвигателей.

В соответствии с предыдущим постановлением 2009 года ожидалось, что повышение эффективности двигателей принесет к 2020 году 57 ТВтч ежегодной экономии энергии в ЕС. 110 ТВтч к 2030 году, что эквивалентно потреблению электроэнергии в Нидерландах. Это означает, что ежегодно будет предотвращаться 40 миллионов тонн выбросов CO2 и ежегодный счет за электроэнергию домашних хозяйств ЕС.

Во всем мире электродвигатели составляют около 50% потребляемой электроэнергии. Продвижение на рынок эффективных двигателей и приводов является важным вкладом в борьбу с изменением климата. ЕС поддерживает Инициативу по развертыванию сверхэффективного оборудования и устройств (SEAD), объединяющую страны всего мира для сотрудничества в продвижении эффективных устройств. В настоящее время SEAD уделяет особое внимание электродвигателям, холодильному оборудованию, охлаждению и освещению и поставил перед собой цель к 2030 году удвоить эффективность этих продуктов, продаваемых во всем мире, что недавно приветствовали министры G7.Этой цели способствуют новые нормативные требования ЕС, вступающие в силу 1 июля.

* Новые правила не распространяются на определенные типы двигателей, такие как двигатели с постоянными магнитами, двигатели с питанием от батарей постоянного тока, двигатели с механическими коммутаторами, двигатели для портативного оборудования, а также двигатели, специально разработанные для автомобилей.

Ссылки по теме

г. для увеличения расходов на электромобили, строительство заводов по производству аккумуляторных батарей

General Motors ускоряет свои планы по производству электромобилей, что является последним признаком того, что автопроизводители участвуют в конкурентной гонке за преобразование себя и принятие электрификации легковых и грузовых автомобилей.

В среду автопроизводитель заявил, что планирует построить еще два завода по производству аккумуляторов в США в течение следующих нескольких лет в дополнение к двум заводам по производству аккумуляторов, которые он уже строит в Огайо и Теннесси.

Компания заявила, что планирует потратить 35 миллиардов долларов на E.V. в течение пяти лет, закончившихся в 2025 году. Это второе увеличение за последние восемь месяцев. Год назад Г. заявила, что потратит в этот период 20 миллиардов долларов, а в ноябре увеличила цифру до 27 миллиардов долларов.

«Е.В. принятие растет и достигает критической точки, и мы хотим быть готовы производить мощности, необходимые для удовлетворения спроса с течением времени », — сказал главный финансовый директор GM Пол Джейкобсон во время телеконференции с журналистами. «Мы знаем, что эти аккумуляторные заводы нам понадобятся для достижения наших целей».

В то же время Г. также заявила, что ожидает, что операционная прибыль в первом полугодии составит от 8,5 до 9 млрд долларов, что является значительным улучшением по сравнению с предыдущим прогнозом.Компания отметила улучшение поставок компьютерных микросхем, более высокую, чем ожидалось, прибыль от своего финансового подразделения, а также высокий общий спрос и цены на новые автомобили. Г. ранее ожидала резкого падения операционной прибыли во втором квартале из-за глобального дефицита полупроводников.

G.M. стремится увеличить E.V. Расходы последовали за заявлением Ford Motor о том, что в этом году он начнет производить электрическую версию своего пикапа F-150. Ford недавно заявил, что к 2025 году планирует потратить 30 миллиардов долларов на электромобили и грузовики.

Ford уже начал продавать внедорожник с электроприводом, Mustang Mach E. У Volkswagen есть аналогичная модель ID.4, которая сейчас находится в дилерских центрах. Tesla ведет переход на электромобили и, как ожидается, в этом году продаст около 800 000 автомобилей по всему миру.

г. в этом году представила обновленную версию своего электромобиля Chevrolet Bolt, которая может путешествовать дальше на полной зарядке, и добавила более просторную версию того же автомобиля. Пикап GMC Hummer с аккумуляторным питанием будет запущен в производство в конце этого года, а в ближайшие четыре года за ним последуют более 20 электрических моделей.

Компания не сообщила, где будут построены два дополнительных завода по производству аккумуляторов. Они строятся на совместном предприятии с южнокорейским производителем LG Chem.

В рамках своего объявления в среду G.M. заявила, что достигла соглашения с Honda Motor о производстве электрического S.U.V. для бренда Honda японской компании и еще одного для линейки роскошных автомобилей Acura.

г. поставила цель продавать к 2025 году один миллион электромобилей в год. К 2035 году она также надеется производить только электромобили и грузовики.

Испания направляет средства ЕС на развитие индустрии электромобилей

МАДРИД (AP) — Правительство Испании инвестирует 4,3 миллиарда евро (5,1 миллиарда долларов) из своей доли европейских фондов восстановления после пандемии, чтобы модернизировать свою автомобильную промышленность и направить ее на производство электроэнергии. автомобили и их компоненты, заявил премьер-министр в понедельник.

Педро Санчес сказал, что эти инвестиции станут «настоящей революцией» для экономики Испании и принесут примерно 19 миллиардов евро (22 доллара.5 млрд) в виде дополнительных частных инвестиций.

Его левое коалиционное правительство хочет вложить деньги во все сегменты производственной цепочки автомобилей, от добычи лития до линий сборки электрических батарей, заявил лидер правящей социалистической партии Испании.

«Спонтанное функционирование рынка само по себе не приведет к запуску новой модели, охватывающей так много отраслей, — сказал он.

Санчес выступал на мероприятии, на котором представил первый из семи планов по преобразованию промышленности Испании за счет 140 миллиардов евро (166 миллиардов долларов), которые страна, как ожидается, получит в течение следующих шести лет из фондов следующего поколения ЕС.

«Наше государство должно быть предпринимательским государством в тесном союзе с основными заинтересованными сторонами», — добавил он, объявив, что правительство назначит лидера отрасли, который возглавит совместные частные и государственные усилия.

Кабинет министров Испании должен утвердить автомобильный план на своем еженедельном заседании во вторник. Компании смогут подавать заявки на финансирование сразу после этого, а первые выплаты должны поступить в сентябре.

План направлен на увеличение доли отрасли в валовом внутреннем продукте Испании с нынешних 10% до 15% к 2030 году и добавление новых рабочих мест к 2 миллионам рабочих.Санчес сказал, что это затронет компании, помимо автопроизводителей или их поставщиков, в том числе горнодобывающую промышленность, телекоммуникации и электроэнергетику.

Премьер-министр также сказал, что страна инвестирует 1 миллиард евро в стимулирование продаж электромобилей и что государственные инвестиции в размере еще миллиарда евро пойдут на установку новых общественных электрических розеток, которых в стране всего несколько.

Выбросы автомобилей: Байден объявляет о новых стандартах, цель которых состоит в том, что 50% автомобилей, проданных в США к 2030 году, будут электрическими

Байден подписал указ в Белом доме вместе с представителями Ford, GM и Stellantis, и членами Соединенных Штатов. Профсоюз работников автомобильной промышленности.Согласно совместному заявлению трех автопроизводителей, автопроизводители поддерживают новую цель Байдена, заявляя о своем «общем стремлении», чтобы 40-50% их автомобилей, проданных к 2030 году, были электромобилями.

Выступая в четверг на южной лужайке Белого дома перед четырьмя электромобилями, Байден сказал, что будущее автомобилестроения в Америке «за электричеством и пути назад нет».

«Вопрос в том, будем ли мы впереди или отстанем в гонке на будущее», — добавил президент.В своем выступлении Байден подчеркивал, что переход к электромобилям должен сопровождаться гарантией того, что эти автомобили и батареи, питающие их, должны производиться в США и совместно с профсоюзными работниками.

Агентство по охране окружающей среды и Министерство транспорта также объявили в четверг, что они обращают вспять откат эпохи Трампа стандартов на выбросы топлива. Недавно предложенные агентствами стандарты для легковых автомобилей будут на 10% более строгими, чем правила эпохи Трампа для автомобилей 2023 модельного года, а затем будут становиться на 5% более строгими с каждым годом для автомобилей 2026 модельного года.

Предлагаемый стандарт выбросов для 2026 года составляет 52 мили на галлон, по сравнению с 43,3 мили на галлон при администрации Трампа, что является текущим стандартом пробега. Новый стандарт также увеличен с 50,8 миль на галлон в соответствии с правилами администрации Обамы для пробега в 2026 году.

Предложенный администрацией Байдена стандарт будет означать ценность этикетки — то, что потребитель увидит на новой автомобильной наклейке — 38,2 миль на галлон. По оценкам EPA, внедрения этих стандартов можно избежать 2.2 миллиарда тонн выбросов углекислого газа до 2050 года.

Агентства также объявили об отдельном наборе правил по сокращению выбросов парниковых газов для большегрузных автомобилей. Ожидается, что первый процесс разработки правил для грузовиков будет завершен в следующем году и будет применяться к автомобилям большой грузоподъемности, начиная с 2027 года пробега, согласно EPA.

Выступая в среду вечером, высокопоставленный чиновник администрации повторил комментарии Байдена.

«Это смена парадигмы», — заявил журналистам в среду высокопоставленный чиновник администрации.«То, что мы слышим повсюду, — это консенсус в отношении того, в каком направлении будет развиваться эта отрасль, и объединение усилий вокруг признания того, что это момент истины, а не только для действий по борьбе с изменением климата для экономических действий».

«Это важный сектор экономики», — сказал в среду CNN высокопоставленный представитель администрации. «Транспортные выбросы составляют наибольшую долю выбросов в экономике. Это центральный элемент программы президента по борьбе с выбросами в космос, и это центральный элемент его экономической повестки дня, чтобы помочь нам укрепить наше лидерство в области электромобилей, расти сопутствующие им хорошо оплачиваемые профсоюзы.

Тем не менее, некоторые защитники окружающей среды и законодатели опасаются, что автомобильные компании могут обойти стандарты с помощью лазеек, в том числе разрешить производителям электромобилей, таким как Tesla, продавать кредиты компаниям, которые продают автомобили, потребляющие много бензина, тем самым позволяя им соответствовать стандартам без электрификации своей

«Мы должны остерегаться включения устаревших лазеек, которые могут позволить даже более низкие стандарты выбросов парниковых газов, чем раньше», — заявил сенатор-демократ Эд Марки из Массачусетса.«Мы знаем, что самые высокие стандарты экономически целесообразны и технологически достижимы, потому что автомобильная промышленность уже устанавливает их».

На вопрос CNN, как новые стандарты повлияют на те нормативных кредитов, чиновник сказал: «Правила определяют траекторию кредитов, которую агентства будут комментировать».

Адвокаты также призвали Байдена внедрить более строгие стандарты выбросов , вместо того, чтобы призывать автопроизводителей добиваться поставленных целей.

«Президент Байден назвал глобальное потепление реальной угрозой, но эти стандарты не защитят нас», — сказал в своем заявлении Дэн Беккер, директор Кампании за безопасный перенос климата в Центре биологического разнообразия. «Единственная причина, по которой автопроизводители когда-либо сокращали загрязнение, заключается в том, что строгие правила вынуждали их делать это. А эти правила — нет».

Молодежная группа защиты климата Sunrise Movement резко раскритиковала цель Байдена в отношении электромобилей, заявив, что этого недостаточно для борьбы с климатическим кризисом.

«Байден не может считать себя президентом по климату с целью на 50% использовать электромобили», — сказал в своем заявлении исполнительный директор Sunrise Варшини Пракаш. «FDR не ставил цели выиграть войну наполовину, а JFK не ставил цели добраться до середины луны. Если мы все еще будем продавать бензиновые машины в 2030 году, они будут в пути еще 10, 15, 20 лет — спустя много времени после его президентства и в наше и без того нестабильное будущее ».

Президент UAW Рэй Карри призвал Конгресс выделить больше средств на электромобили, а также усилить меры защиты труда, такие как Закон PRO, который укрепил бы способность профсоюзов создавать и заключать сделки.

«Члены UAW, нынешние и будущие, готовы строить эти электромобили и грузовики, а также батареи, которые в них входят», — говорится в заявлении Карри. «Наши члены — секретное оружие Америки в победе в этой глобальной гонке».

Как и UAW, американские автопроизводители призвали Байдена и Конгресс сделать дополнительные инвестиции в создание инфраструктуры и стимулов для электромобилей в своем предстоящем законопроекте о согласовании, призывающем к созданию всеобъемлющей сети зарядных станций для электромобилей и стимулированию покупок для потребителей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *