Блог Артёма Краснова
Воскресенье, 29.11.2020, 20:04

Приветствую Вас Гость

Авторский

...
KIA_feb_240x400_kras
Поиск по сайту
Форма входа

Форум
Ранее в блоге
Ранее в блоге
Ранее в блоге
Главная » 2013 » Август » 7 » Силовые турбины возвращаются
15:42
Силовые турбины возвращаются

Фото Renault F1

Mercedes использовал двигатели с прямым впрыском бензина еще в 50-х. Массовый рынок подобные моторы захватили почти полвека спустя.

Турбонаддув еще двадцать лет назад считался уделом машин неэкологичных, прожорливых и быстрых, а сегодня та же технология работает на диаметрально противоположные цели.

А вот еще одна забытая тема — силовые турбины. Они крутят не компрессор, а сразу коленчатый вал мотора или какой-нибудь генератор энергии. Когда-то эта тема считалась сверхперспективной, ведь примерно треть энергии, выделяемой из топлива, улетает с отработавшими газами. Силовая турбина позволяет использовать часть этой халявной энергии и одновременно повысить эластичность, мощность и экономичность мотора. Такую технологию использовал, например, военный дизель 5ТДФ http://krasnov74.ru/blog/samyj_neverojatnyj_porshnevoj_motor/2010-03-09-58 , один из самых поразительных моторов, созданных советскими конструкторами.

На гражданских моторах силовые турбины не прижились, как когда-то были отвергнуты прямой впрыск и сам турбонаддув. Силовые турбины сложны, а степень рекуперации сравнительно невысока: может быть, 5-10% от общей энергии выхлопных газов. К тому же компактная турбина должна иметь огромную частоту вращения, и возникают почти неразрешимые проблемы с передачей энергии прямо на коленчатый вал.

Ветер перемен задул с неожиданной стороны. «Формула 1» уже давно считалась спортом, бесконечно далеким от массовых технологий. Однако производителям (в частности, Renault и Mercedes-Benz), участвующим в чемпионате, это не нравилось, и они продавили существенное изменение регламента на двигатели, которые должны стать на порядок ближе к гражданским моторам. Вместо атмосферных V8 объемом 2.4 литра со следующего года будут использовать V6 объемом 1,6 литра с наддувом.

Но самое интересное, что как и в гражданском моторостроении, особый акцент теперь делается на экономичность мотора: в среднем, она должна улучшиться примерно в полтора-два раза! И ради этого планируется использовать несколько уловок, весьма перспективных для массового автомобилестроения.

Одна из них — как раз силовые турбины, подключенные к электрогенератору, который сможет питать электромотор, приводящий через трансмиссию колеса автомобиля. Пока нет ни малейшего понятия о том, сколько именно энергии удастся спасти таким образом и какова будет прибавка в крутящем моменте и мощности, однако в кои-то веки «Формула 1» в самом деле станет полигоном для отработки новой (вернее, хорошо забытой старой) технологии.

Сама концепция «турбина-генератор» удобная для современного автомобиля в силу своей модульности. Условно говоря, если идея пойдет, появятся специализированные разработки компаний, представляющие компактные автономные модули «турбина-генератор». Их будет проще интегрировать в плотную компоновку современного автомобиля, чем механическую силовую турбину. Теоретически, такая система на первых порах может заменит штатный генератор, питая электросистемы «бесплатной» энергией, а если мы говорим о гибридах — то и приводить машину в движение.

«Формула 1» со следующего года и будет гибридом. Не таким, правда, как Toyota Prius, но тоже с тяговым электродвигателем. Собственно, еще с 2009 года в «Формуле 1» используются системы KERS — рекуперации кинетической энергии. На торможениях они запасают электрическую энергию, на разгонах отдают. Но пока емкость этих систем существенно ограничена регламентом (400 кДж, что эквивалентно прибавке в 80 л.с. в течение 6,7 секунд на круге), тогда как в следующем году полномочия существенно расширятся. На каждом круге длиной в среднем 5 км болид «Формулы 1» сможет запасать энергию, эквивалентную 100 граммам топлива, что в пересчете на привычные величины обеспечивает экономию около 3 л/100 км (это без учета силовой турбины). В автоспортивных терминах это означает, что примерно 50% дистанции болид «Формулы 1» будет использовать даровые 160 л.с.

Системы рекуперации кинетической энергии — вторая технология, которая можете перетечь в гражданское автомобилестроение. В гибридах такое собирание килоджоулей уже используется, но пока степень рекуперации невысока. Вместе с тем, если взять городской цикл (он отчасти напоминает гоночный режим с постоянными разгонами и торможениями), то теоретически можно добиться того, чтобы экономичность автомобиля в городском цикле была такой же, как в загородном. А это, как вы знаете, экономия примерно в 1,5 раза.

И обкатка систем в «Формуле 1» может помочь. Так, одна из проблем эффективной рекуперации в том, что генератор должен заменить тормоза автомобиля. И возникает масса проблем, связанных с настройкой «электротормоза», чтобы он был достаточно эффективен, ощущался натуральным и при экстренных замедлениях плавно передавал эстафету штатным тормозам.

Наверняка «Формула 1» поспособствует развитию компактных и эффективных электрогенераторов, и хотя гражданские узлы должны обладать другими характеристиками и большим ресурсом, некоторые базовые принципы наверняка можно будет перетащить «на гражданку».

Возможно, эти две технологии — силовые турбины и рекуперация энергии — продлят жизнь двигателю внутреннего сгорания. Другое дело, что они же сделают его еще более сложным и наверняка — ломучим.

Каждый новый шаг в борьбе за экономичность сближает гражданские двигатели и «формульные», в том числе по цене. Поэтому, полагаю, рано или поздно экология сделает электромобили в самом деле рентабельным.

Категория: На злобу дня | Просмотров: 1029 | Добавил: Артем_КРАСНОВ | Теги: турбины, Формула 1, двигатели | Рейтинг: 3.8/4


Всего комментариев: 6
1 Paragon   [Материал]
Цепочка "генератор-преобразователь-аккумулятор-преобразователь-двигатель" слишком длинна, чтобы обеспечить высокий КПД. Как ни упирайся, при таком построении общая эффективность системы будет в разы ниже эффективности каждого из её компонентов.

А электрическое торможение далеко не всегда помогает экономить энергию. Рекуперативное торможение эффективно только для высоких скоростей, и при снижении скорости эффективность падает драматически. Практически все электрические приводы — от лифта до электровоза — приходится оборудовать механическим тормозом. Потому что при малых частотах вращения электрическое торможение совершенно неэффективно (кроме торможения противовключением, но тут уж никакая экономия электроэнергии рядом не валялась).

2 liposoma   [Материал]
А вот у TSI какая турбина ? Вроде там не обычная от выпуска, потому и подхват начинается с более низких оборотов...

3 Артем_КРАСНОВ   [Материал]
TSI в большинстве случаев это просто турбомоторы, но есть у них версии в которых к турбокомпрессору в пару идет механический нагнетатель (например, 1.4 TSI 180 л.с.)

4 liposoma   [Материал]
Про механический нагнетатель то все ясно, а вот как на одной турбине такую полку момента сделали ?
"Конструкция турбокомпрессора обеспечивает достижение номинального крутящего момента уже при низких оборотах двигателя и поддержание его в широком пределе (от 1500 до 4000 об/мин)"

6 Артем_КРАСНОВ   [Материал]
Это турбины низкого давления, которые на повышенных оборотах часть отработавших газов пропускают мимо себя по байпассному каналу. То есть мощность турбины как бы избыточная, поэтому она начинает уже неплохо дуть с низких оборотов

5 liposoma   [Материал]
То есть якобы это достигнуто тем, что турбине помогает раскручиваться электромотор (электрическая турбина)

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Copyright MyCorp © 2020 |