Электрическая турбина: технические характеристики, достоинства и недостатки

Принцип строения

Нужно отметить, что сейчас некоторые немецкие производители имеют в строении своих моторов такие нагнетатели. И ставятся они как вы поняли, в системе забора воздуха. Первыми применили такие нагнетатели компании Mercedes, BMW и AUDI.

Принцип здесь прост – ставится мощный «вентилятор», который создает давление примерно от 0,5 атмосферы (а возможно и более). Запитан от электро системы автомобиля, он нагнетает в двигатель дополнительный кислород необходимый для увеличения мощности. С настройками подачи топлива, можно добиться существенного прироста – около 20 – 30 %.

Электро турбину стоит настраивать и на определенные обороты, например на холостых она должна работать медленнее, а на высоких оборотах соответственно быстрее. Получается чуть ли не идеальная система! Но в чем же подвох, где минусы? И знаете, они есть.

Что даст турбонаддув автомобилю

Так как автомобиль ВАЗ 2106 не снабжается системой турбо в промышленных критериях, как многие современные иномарки, всю работу по повышению мощности машины придется делать без помощи других в гаражных критериях или нанимать спеца. Но следует учесть, что установка турбины является довольно нелегким делом, и если опыта нет, стоит обратиться за помощью к экспертам.

Механизм работы турбонаддува заключается в нагнетании обработанного и сжатого воздуха в камеру сгорания, что приводит к смешиванию бензина с воздухом и увеличению мощности силового агрегата. Турбина, как правило, располагается между приемной трубой и впускным коллектором. Переработанные и высвободившиеся газы, выходящие из камер сгорания, вращают специальную турбину, соединенную с компрессором. Последний агрегат нагнетает воздух в цилиндры. Качество работы турбины напрямую зависит от количества отработанного бензина.

Турбо кит для «шестерки»

Установка турбины на ВАЗ 2106 имеет свои преимущества:

• турбокомпрессор обладает достаточно маленьким весом;
• турбина может регулироваться под любой двигатель автомобиля, под любой карбюратор;
• турбо можно установить на мотор, прошедший тюнинг;
• монтаж агрегата не мешает дальнейшей модернизации автомобиля;
• турбина подойдет для двигателя любого объема.

Существует 2 вида турбин. Агрегат низкого давления является более дешевым вариантом, к тому же его установка не требует серьезных изменений в конструкции автомобиля, что экономит средства. Турбина высокого давления подразумевает тюнинг основных узлов машины и требует больших затрат. Для установки данного агрегата придется переделывать выхлопную систему, систему впрыска и выполнить чип-тюнинг двигателя. Автомобиль становится спортивным, резким, прытким и динамичным.

Пару слов о китайских электро турбинах

Буквально 2 года назад, «автоинтернет» просто взорвался от электрических турбин из Китая. Предлагалась небольшая «штуковина», которая устанавливалась в разрыв шланга воздухозабора, которая якобы нагнетала воздух с давлением в двигатель, обещанное увеличение мощности аж до – 15%! Сам двигатель представлял из себя непонятный кулер, ни потребление электричества, ни обороты, ни прокачиваемый воздух – показателей не было. Если разобрать его даже визуально, то становится понятно — что это кулер на подобии продвинутых компьютерных, ну что он может увеличить? НИЧЕГО! Так что просто не покупаем – это РАЗВОД.

Сейчас конечно на тех же китайских сайтах начинают появляться другие электро турбины, многие сделаны даже в форме улитки – аля механический компрессор. Но опять же нет ни показателей давления, ни потребления, ни перекачки воздуха. Думайте, прежде чем покупать. Смотрим познавательный ролик.

Простейшие и самодельные механизмы

В начале десятилетия на рынке появились простые дешевые механизмы, такие как компьютерные охладители, также называемые электрическими турбинами. Они расположены на входе и работают от аккумулятора. Такие электрические турбины можно использовать как на карбюраторе, так и на инжекторе. По словам производителей, они увеличивают поток воздуха, поступающего в двигатель, ускоряя его, что дает увеличение производительности до 15%. Параметры (скорость, расход, мощность) обычно не указываются. Установить такие электрические турбины на автомобили своими руками очень просто.

Однако в реальности их электродвигатели развивают до нескольких сотен ватт, что недостаточно для увеличения объема потока, так как для этого требуется около 4 кВт. Поэтому такое устройство станет серьезным препятствием на входе, в результате чего производительность, наоборот, снизится. В лучшем случае потери от него будут небольшими, что существенно не повлияет на динамику.

Кроме того, в интернете можно найти разработки по созданию электрических турбин своими руками. В отличие от дешевых вариантов, упомянутых выше, они построены на базе центробежного компрессора и бесщеточного двигателя мощностью до 17 кВт и напряжением 50-70 в, так как только такой двигатель может обеспечить достаточный крутящий момент и скорость для вращения компрессора. Двигатель должен быть оснащен регулятором скорости вращения. Эта система не требует промежуточного охладителя — для него достаточно холодного приема. Установка такого типа электрических турбин может потребовать замены генератора (на 90-100 А) и аккумуляторной батареи (с более емкой, высокой выходной мощностью тока). Скорость вращения компрессора определяется положением дроссельной заслонки. Причем зависимость не линейная, а экспоненциальная.

Целесообразно создавать такие электрические турбины для автомобилей с маломощными двигателями объемом до 1,5 л, что обусловлено высоким энергопотреблением. Более того, чем больше объем двигателя, тем ниже давление наддува может создать нагнетатель. Так, на 0,7-литровом двигателе она составит 0,4 — 0,5 бар, на 1,5-литровом-0,2-0,3 бар. Кроме того, такой наддув не сможет долго функционировать при максимальной производительности из-за нагрева. Однако контроллер можно настроить для принудительной активации. Из-за высокой стоимости компонентов, очень дорого сделать такую электрическую турбину. Обзоры свидетельствуют о ощутимом росте производительности. С конструктивной точки зрения эти механизмы, как и дешевые варианты, упомянутые выше, называются электрическим вентилятором. Однако их часто ошибочно называют электрическими турбинами. Сейчас на рынке есть более серьезные фирменные механизмы, близкие к самодельным.

Общие особенности

Неэлектрические системы принудительной индукции по источнику энергии классифицируют на турбокомпрессоры и нагнетатели. Электрические системы основаны на них и нацелены на улучшение производительности при переходных процессах и минимизацию лагов.

Электронагнетатель, согласно Honeywell, представляет собой приводимый электродвигателем компрессор, который устанавливают на оснащенный наддувом мотор. То есть это дополнительное устройство для турбодвигателя. Электротурбина — аналог механической турбины. Привод в данном случае может быть реализован по-разному.

Согласно классификации исследователей Висконсинского университета в Мадисоне, электрические системы принудительной индукции по конструкции и принципу функционирования дифференцируют на следующие виды:

• электрические нагнетатели (EC/ET/ES) ;
• турбины с электроассистентом (EAT) ;
• электрически разделенные турбины (EST) ;
• турбины с дополнительным компрессором с электроприводом (TEDC).

1 Турбонагнетатели – с чем столкнулись инженеры?

Сложно это представить, но еще в 1909 году автомобиль с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости в 200 км/ч – достижение для тех времен невероятное. Еще сложнее представить объем двигателя, благодаря которому удалось разогнать авто до такой скорости – 28 литров! Даже речи быть не могло, чтобы запустить такие агрегаты в массовое производство, ведь их обслуживание своими руками было практически невозможным, ввиду огромных габаритов двигателя.

К счастью, дальнейшие разработки автомобильных инженеров велись в сторону уменьшения объема при сохранении мощностей, а также упрощения конструкции. Чтобы автомобиль стал массовым, следует дать возможность ремонтировать его своими руками – так размышляли первые автомобилестроители и были совершенно правы.

Благодаря появлению нагнетателя, удалось при сохранении всех параметров сходу увеличить мощность на целых 50 %! Сегодня опытному автомобилисту не составит труда своими руками установить одну из популярных систем турборежима.

Представить принцип работы такого устройства совершенно не сложно даже школьнику младших классов. Работу мотора обеспечивает постоянное сгорание топливно-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры двигателя. В зависимости от возможностей двигателя и режимов его работы устанавливается оптимальное соотношение воздуха и топлива. В обычных условиях объем ТВС ограничен размерами цилиндра – внутрь камеры смесь попадает благодаря разрежению на такте впуска.

Нагнетатель воздуха позволяет подать внутрь цилиндра на впуске больше топливно-воздушной смеси. Больше ТВС – больше энергии при сгорании, больше мощность агрегата. Казалось бы, все просто, как дважды два, однако без нюансов не обошлось. Увеличение мощности двигателя таким способом повлекло целый ряд проблем. Главная из них – возрастание количества тепловой энергии при сгорании смеси, что в свою очередь влечет быстрое прогорание поршней, клапанов, поломку системы охлаждения. И далеко не всегда последствия удается ликвидировать своими руками.

Кроме того, с увеличением объема ТВС увеличивается и шанс детонации двигателя в буквальном смысле этого слова. Даже без детонации преждевременный износ агрегата гарантирован. Чтобы уменьшить негативные последствия для автомобиля (избежать их полностью не удается), принято использовать высокооктановое топливо, а также декомпрессию. В первом случае приходится своими руками платить немалые деньги, а во втором существенно снижается мощность.

Автомобильная электротурбина / Habr

Наиболее действенным способом увеличения мощности двигателя автомобиля является турбина. Однако она имеет ряд существенных недостатков таких как: наличие турбоямы, оптимальная работа в небольшом диапазоне оборотов двигателя, невысокий ресурс, сложность установки в неподготовленный для этого двигатель. Многие из этих проблем способна решить электротурбина. С электротурбиной необходимое давление наддува можно создать в любой момент и можно сбавлять обороты не боясь, что давление понизится. В электротурбине нет горячей части разогреваемой до тысячи градусов. Это положительно сказывается на её ресурсе, цене и простоте установки.

Данная статья будет посвящена нашей разработке в этом направлении.

Разработка и конструктивные особенности На данный момент в Китае можно купить множество электротурбин, которые ставятся прямо на вход перед воздушным фильтром. Однако они оказываются на 100% бесполезны. Для обеспечения необходимого давления и большого объема подаваемого воздуха мощность электродвигателя должна составлять около 4КВт. У китайских турбин от силы несколько сот ватт.

Для питания данного мотора нами было решено использовать два автомобильных аккумулятора. Это сильно упростит процесс эксплуатации и цену установки. Один аккумулятор используется штатный, второй подключается к нему последовательно. Для подзарядки второго аккумулятора, он переподключается к первому через высокоточные реле контакторы. Литиевые аккумуляторы стоили бы на порядок дороже, при этом для них понадобилась бы специальная зарядка и очень бережная эксплуатация с соблюдением правильного температурного режима.

Однако у данного решения есть и минус. Для питания мотора на полной мощности нужен ток в районе 250А, свинцовые аккумуляторы способны выдать такой, но не продолжительно(секунд на 10-30). Затем аккумуляторам нужно будет немного “отдохнуть”. Однако нам кажется этого вполне достаточно, редко от двигателя требуется полная мощность на более длительный срок.

Мы удалили из неё всё лишнее и расточили под крепление мотора. Все подшипники находятся непосредственно в моторе и крыльчатка одевается на его вал, что автоматически даёт соосность вала мотора и крыльчатки. Поскольку турбина будет вращаться на очень больших оборотах мы подобрали в мотор высокоскоростные подшипники SKF итальянского производства.

Для работы бесколлекторного мотора нужен контроллер и на такой большой ток он достаточно дорогой. Однако мы специально подбирали токи и напряжения так, чтобы для этой задачи подошёл наиболее мощный из дешевых контроллер стоимостью 1500р. Данного контроллера хватает на грани на полную мощность и ему при этом требуется обеспечить очень хорошее охлаждение. Более мощные контроллеры стоят уже дороже 10000р.

Результат

Замеры нашего мотора на мощности до 1000Вт показали, что характеристики нашего мотора (потребление, обороты, Kv) достаточно близки к рассчитанным при моделировании. Большой объем статора и медной проволоки смогли обеспечить высокий КПД и низкий нагрев. При должном питании турбина с ним разгоняется до нужных оборотов. Но к сожалению мы пока не смогли провести полноценные испытания на полной мощности. При питании от двух аккумуляторов, через 2 секунды после набора полных оборотов контроллер сгорел, из-за отсутствия должного охлаждения. Мы заказали новый контроллер и планируем поместить его в ёмкость с трансформаторным маслом, что должно обеспечить его наилучшим охлаждением.Видео тестов работы турбины с питанием 600 и 1000 ваттВывод В итоге нам удалось создать рабочую электротурбину, которая обладает не высокой стоимостью и достаточно проста в установке. Далее будут проходить испытания уже на реальном автомобиле.

Примерная стоимость необходимых компонентов:

• Мотор -17000р
• Турбина -20000р
• Аккумулятор -3000р
• 4 реле -3000р
• Дополнительная электроника, пайпы, воздуховоды -5000р

Итого стоимость комплекта турбины выйдет в районе 50000р. P.S. Автором данной идеи является Frimen3 (). Он уже давно занимается проработкой этого вопроса geektimes.ru/post/252076 и он как раз и заказал у нас разработку мотора под данную задачу.

habr.com

Можно ли сделать электро вариант своими руками

Гипотетически можно, причем многие такое устанавливают на свой автомобиль. Лично я также задумывался над установкой на свой авто, но цена меня остановила.

Вам нужно решить рад пунктов:

1) Однозначно установка мощного генератора, что на иномарку уже дорого.

2) Мощный и компактный электромотор, желательно бесколлекторный именно он отдает большие обороты при оптимальном потреблении энергии. Лично я видел такие для компактных моделей, однако мощностью от 0,5 Квт стоит также не дешево.

3) Крыльчатка и корпус. Также нужно сделать самому либо купить, для максимального нагнетания воздуха. Также непростая задача.

4) Ну и конечно стабилизатор или инверторы, для питания электромотора.

Задачи не простые, на некоторые иномарки нет мощных генераторов, так что сделать очень сложно!

Но многие умельцы, в гараж устанавливают на свои автомобили, прирост мощности действительно можно достичь до 20 – 30 %.

Причем многие ставят дополнительный датчик потребления воздуха в патрубок перед турбиной, он «видит» прокачиваемый объем и автоматически регулирует большую подачу топлива (подает значения в ЭБУ), для обогащения топливной смеси. Так что прошивка может и не понадобиться.

Если подвести итог, получается – электро турбина на авто, это возможно, даже скажу больше ее можно сделать своими руками, однако не все так просто и часто «игра не стоит свеч». Ведь вам нужно переделать не только электро систему автомобиля, но и систему подачи топлива, возможно нужна прошивка ЭБУ.

Принцип строения

Нужно отметить, что сейчас некоторые немецкие производители имеют в строении своих моторов такие нагнетатели. И ставятся они как вы поняли, в системе забора воздуха. Первыми применили такие нагнетатели компании Mercedes, BMW и AUDI.

Принцип здесь прост – ставится мощный «вентилятор», который создает давление примерно от 0,5 атмосферы (а возможно и более). Запитан от электро системы автомобиля, он нагнетает в двигатель дополнительный кислород необходимый для увеличения мощности. С настройками подачи топлива, можно добиться существенного прироста – около 20 – 30 %.

Электро турбину стоит настраивать и на определенные обороты, например на холостых она должна работать медленнее, а на высоких оборотах соответственно быстрее. Получается чуть ли не идеальная система! Но в чем же подвох, где минусы? И знаете, они есть.

Проблемы с кузовом

На автомобилях 8-го и 9-го семейства ВАЗ телевизор также является проблемным местом. На отечественных автомобилях, особенно на «Жигулях», используется довольно тонкий металл. Если, конечно, это не шестёрка первых выпусков. Поэтому если увеличить мощность двигателя, на кузов будут воздействовать высокие нагрузки и металл начнёт разрываться.

Причём не имеет значения, в хорошем или плохом состоянии находится кузов. Поэтому перед проведением тюнинга необходимо установить новое кузовное железо. И весь металл, который находится в моторном отсеке, заменить на более прочный. Только после проведения всех работ по улучшению кузова можно приступать к дальнейшим усовершенствованиям.

Установка турбины

Можно ли поставить турбину на автомобиль, зависит от конкретной модели авто. В некоторых случаях проще приобрести новую машину, чем подбирать запчасти. Если же вы решили это сделать, то найдите хорошего мастера, потому что самостоятельно справиться с установкой довольно сложно.

Процесс переоборудования начинается с того, что все детали в автомобиле, связанный со впуском и выпуском воздуха, снимают. Новый турбоколлектор соединяют с турбиной, которую разворачивают так, чтобы работа с присоединением патрубков была максимально упрощена.

Подшипники турбины, которая вращается с большой скоростью, постоянно нуждаются в смазке. Трубку подачи масла подключают к месту в двигателе, где масло идет под давлением.

Для подключения можно также использовать тройник датчика давления масла. Другой конец трубки подсоединяют к верхней части картриджа турбины. Сливаться масло будет уже под низким давлением в поддон через специальный сосок. Система охлаждения будет подключаться с другой стороны от водяной помпы.

Поскольку в двигатель будет поступать больше воздуха, ему потребуется больше топлива. Чтобы увеличить его подачу, устанавливают более производительные форсунки. Не помешает также установка нового топливного насоса, соответствующего форсункам. Но делать ли это, решают в каждом конкретном случае.

Избыточное давление воздуха в двигателе будет контролировать электроника. К ней подключают датчики температуры охлаждающей жидкости и воздуха. Контроллер должен быть откалиброван так, чтобы топливо впрыскивалось ровно в необходимый момент времени, связанный с состоянием двигателя.

Прошивкой мотора должен заниматься специалист с большим опытом за плечами. В противном случае, сбив заводские настройки, можно привести двигатель в нерабочее состояние, и затем тратить деньги на его ремонт.

Если на автомобиль будет установлен компрессор, то настройка пройдет значительно проще. Не потребуется такое количество дополнительных деталей. Он сможет работать на низких и на высоких оборотах.

В целом процесс переоборудования довольно трудоемкий и требует навыков. Соответственно и цена вопроса будет высокой. Нужно ли вам это, решайте сами. Зато при успешном монтаже турбины динамические характеристики автомобиля значительно улучшаются.

Конструкция

Приведенные выше типы электротурбин имеют различное устройство. Это заключается в разных схемах расположения компонентов, в отличиях их технических параметров и т. д.

EC представляет собой приводимый электромотором компрессор. Это упомянутый выше электронагнетатель. Электропривод обеспечивает наибольшую гибкость контроля и возможность эксплуатации компрессора в оптимальной рабочей точке. Однако для этого требуются мощные электрические компоненты.

В EAT высокоскоростной электромотор установлен между турбиной и компрессором, обычно на валу. Ввиду того, что он не является основным источником энергии, используются электрические компоненты малой мощности. Это обуславливает невысокую стоимость. К тому же такие турбокомпрессоры имеют способность самоопределения положения ротора и характеризуются хорошими генерирующими и моторными возможностями. Основной проблемой является высокотемпературное воздействие на электромотор, особенно если он установлен внутри корпуса.

Существуют различные методы ее решения. Например, BMW установила сцепления для обеспечения возможности подключения и отключения электродвигателя от вала. Благодаря этому мотор можно разместить за пределами турбины. G+L inotec использовала двигатель с постоянными магнитами с большим воздушным зазором, который также может находиться снаружи. Внутренний диаметр статора равен внешнему диаметру компрессора, а внешний диаметр ротора – выходному диаметру вала. Воздушный зазор может выполнять роль впускного воздушного канала. Это обеспечивает преимущества с точки зрения охлаждения, инерции и термического эффекта. Кроме того, по термоустойчивости и терморегулированию индукционные электромоторы, с переменным магнитным сопротивлением, универсальные коллекторные более предпочтительны в сравнении с двигателем с поверхностными постоянными магнитами.

В EST турбина и компрессор не соединены валом, и каждый из них оснащен электродвигателем. Это обеспечивает возможность работы компрессорного и турбинного колес с различными скоростями. Данная конструкция имеет преимущества, аналогичные ET, но, в отличие от нее, способна генерировать энергию. Кроме того, она отличается меньшим температурным эффектом ввиду разделения компрессора и турбины, а также отсутствием дополнительной инерции от турбины и ее вала. Разделение турбины и компрессора выгодно с точки зрения компоновки, так как позволяет оптимизировать путь воздушного потока. Однако такая технология также требует мощных электромотора, генератора и инверторов для удовлетворения соотношения крутящий момент/инерция, что сказывается на стоимости.

TEDC представляет собой механическую турбину с дополнительным компрессором, приводимым электромотором. По расположению компрессора относительно турбины данные системы классифицируют на варианты выше и ниже по потоку (над и под турбиной соответственно). В целом они характеризуются значительно лучшей отзывчивостью при переходных процессах на «низах» ввиду независимости электродвигателя от инерции турбины и вала. Причем TEDC в нисходящем потоке в данном отношении превосходят варианты в восходящем ввиду того, что последние отличаются большим объемом для поддержания давления. Еще одно достоинство электротурбин данного типа состоит в минимальных отличиях от механических.

Можно ли сделать электро вариант своими руками

Гипотетически можно, причем многие такое устанавливают на свой автомобиль. Лично я также задумывался над установкой на свой авто, но цена меня остановила.

Вам нужно решить рад пунктов:

1) Однозначно установка мощного генератора, что на иномарку уже дорого.

2) Мощный и компактный электромотор, желательно бесколлекторный именно он отдает большие обороты при оптимальном потреблении энергии. Лично я видел такие для компактных моделей, однако мощностью от 0,5 Квт стоит также не дешево.

3) Крыльчатка и корпус. Также нужно сделать самому либо купить, для максимального нагнетания воздуха. Также непростая задача.

4) Ну и конечно стабилизатор или инверторы, для питания электромотора.

Задачи не простые, на некоторые иномарки нет мощных генераторов, так что сделать очень сложно!

Но многие умельцы, в гараж устанавливают на свои автомобили, прирост мощности действительно можно достичь до 20 – 30 %.

Причем многие ставят дополнительный датчик потребления воздуха в патрубок перед турбиной, он «видит» прокачиваемый объем и автоматически регулирует большую подачу топлива (подает значения в ЭБУ), для обогащения топливной смеси. Так что прошивка может и не понадобиться.

Если подвести итог, получается – электро турбина на авто, это возможно, даже скажу больше ее можно сделать своими руками, однако не все так просто и часто «игра не стоит свеч». Ведь вам нужно переделать не только электро систему автомобиля, но и систему подачи топлива, возможно нужна прошивка ЭБУ.

Применение пара на практике довольно известно в промышленных целях, поскольку паровые турбины уже давно используют данный принцип.

Именно такое оборудование работает на ТЭЦ и электростанциях. Правда, для некоторых мастеровых людей не составляет особой трудности сделать их аналоги скромных размеров в домашних условиях.