Блог Артёма Краснова
Четверг, 28.03.2024, 11:53

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: 1162 | Добавил: Артем_КРАСНОВ | Теги: турбины, Формула 1, двигатели | Рейтинг: 3.8/4


Всего комментариев: 6
1 Paragon  
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  
А вот у TSI какая турбина ? Вроде там не обычная от выпуска, потому и подхват начинается с более низких оборотов...

3 Артем_КРАСНОВ  
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  
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  
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  
То есть якобы это достигнуто тем, что турбине помогает раскручиваться электромотор (электрическая турбина)

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Copyright MyCorp © 2024 |