Чем хорош электрический турбонаддув
Что за понятие электрический турбонаддув, которое все чаще встречается в последних новинках автопрома? Давайте разберемся. Стремясь сделать автомобили как можно более экономичными, автопроизводители все чаще уменьшают размеры двигателей, оснащая их технологией турбонаддува. Ведь для того, чтобы компактный двигатель оставался мощным, необходимо “помогать” ему, подавая воздух в цилиндры принудительно, под давлением.
“Сокращение размеров двигателя – это один из основных способов уменьшить расход топлива автомобиля,” – говорит представитель французской компании Valeo, занимающейся поставкой автомобильных комплектующих. “Чтобы малолитражный двигатель мог развить большую мощность, производители обычно используют турбины, работающие от выхлопных газов. Однако, к сожалению, для турбированных двигателей характерна слабая отзывчивость на низких оборотах, называемая “эффектом турбоямы” или “турболагом”.
Этот “провал” при наборе оборотов, вызываемый инерцией турбины, стал “ахиллесовой пятой” турбомоторов. Отчасти проблему удалось решить применением твинскрольной турбины с изменяемой геометрией, или же использованием второй малой турбины в помощь первой. В обоих случаях турбины работают в более широком диапазоне оборотов двигателя, однако полностью ликвидировать “турболаг” все же не удалось. Увы, турбированным агрегатам весьма сложно обеспечить мгновенную реакцию на нажатие педали газа, естественную для атмосферных двигателей.
И вот теперь на помощь пришел новый вид турбонаддува – электрический. Что это за “зверь” и сможет ли электрический турбонаддув “изменить правила игры ”?
Изучая принципы работы электромобилей, автопроизводители обнаружили, что для электромоторов характерна мгновенная отзывчивость. Сегодня всем пересесть на электротранспорт пока нереально. Моторы и аккумуляторы электромобилей из-за своих крупных размеров обходятся недешево, да и ограниченный пробег электрокаров на одном заряде батарей устроит ни каждого.
Но почему бы не использовать небольшой электромотор для питания компрессора турбированного двигателя? Ведь тогда можно будет нагнетать воздух в двигатель без помощи отработавших газов! Именно в этом и состоит принцип работы электрического нагнетателя.
Идея использовать электрический турбонаддув не нова – о разработках в этой области уже несколько лет назад сообщали такие компании, как Mercedes-Benz, BMW и Ferrari. Но, пожалуй, больше других электрическим нагнетателем заинтересовался концерн Volkswagen – в настоящее время VW Group инвестирует огромные средства в развитие техологии электротурбонаддува или электрический турбонаддув .
Марк Жиль, занимающийся развитием технологических коммуникаций в североамериканском подразделении Volkswagen, называет главным преимуществом электрического турбонаддува “ то, что он обеспечивает ускорение на низких оборотах, в то время как обычные турбины, работающие от выхлопных газов, создают нужное давление воздуха минимум при 1500 оборотах двигателя в минуту.”
“Электромотор способен реагировать на нажатие педали газа мгновенно (в течение 250 миллисекунд),” – говорят в Valeo, добавляя, что, используя электрический турбонаддув, “можно сократить потребление топлива на 7-20 процентов”.
Компания Audi, входящая в концерн Volkswagen Group, недавно продемонстрировала свои последние достижения в области электротурбонаддува на примере концепта Clubsport TT Turbo. Полноприводный автомобиль развивает мощность в 600 л.с. и крутящий момент в 649 Нм благодаря тому, что его 2,5-литровый пятицилиндровый двигатель оснастили двумя турбинами – традиционной и электрической.
Электрокомпрессор питается от 48-вольтовой подсистемы, установленной в багажнике и, в отличие от обычной турбины, обеспечивает крутящий момент “по первому требованию”. В итоге Clubsport TT Turbo разгоняется до 100 км/ч всего за 3,6 секунды.
“Компрессор, питающийся от электричества, имеет существенные преимущества,” – говорит Брэд Стерц, занимающийся силовыми установками в североамериканском подразделении Audi. “Он раскручивается до максимума быстро, без какой-либо ощутимой задержки и продолжает создавать давление воздуха, когда традиционной турбине не хватает энергии выхлопных газов.”
“Такой принцип работы позволяет создавать традиционные турбонагнетатели, специально “заточенные” на подачу более высокого давления и, соответственно, обеспечивающие большую мощность двигателя, в то время как электрический компрессор будет отвечать за моментальный отклик и мощные рывки с низких оборотов в любой момент времени,” – добавляет Стерц.
Кстати, концепт Clubsport TT Turbo – это не первая попытка Audi поэкспериментировать с электронагнетателем. В прошлом году немецкий производитель снабдил электрокомпрессором 3,0-литровый дизельный двигатель, добавив его к традиционной турбине. Данная конструкция была установлена на спортивное купе RS5. На выходе получился автомобиль, способный “разменять первую сотню” за 4 секунды, расходуя при этом всего 5 литров топлива на 100 км пути. То есть, RS5 с электронаддувом оказался и быстрее, и в два раза экономичнее своего “обычного” собрата.
Так когда же электрический турбонаддув следует ожидать в широких массах? Уже в следующем году! Как сообщил производитель электронагнетателя Valeo, первым серийным автомобилем, на котором будет реализована новая технология, станет спортивный вседорожник Audi SQ7, где электрический турбонаддув получит дизельный двигатель V8, имеющий объем около 4 литров. Мощность данного силового агрегата, предположительно, составит более 400 л.с., а разгон с места до 100 км/ч – 5,5 секунд. SQ7 поступит в продажу в 2016 году.
Интерес к электрическому турбонаддуву также проявили такие компании, как Volvo, Hyundai, Kia и американский производитель Honeywell.
Так что, возможно, вскоре электрический турбонаддув станет нормой жизни, а владельцы турбированных автомобилей забудут о “турболаге”, наслаждаясь отличной тягой практически с холостых оборотов и скромными цифрами расхода топлива.
На заре автомобилестроения инженеры решали вопрос увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания, что называется, в лоб – увеличивали количество и размеры цилиндров. Однако практичность таких разработок даже во времена дешевой нефти была под большим вопросом. Нагнетатель воздуха позволил решить эту проблему своими руками.
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.
2 Нагнетатель воздуха – как влить силы в двигатель?
С развитием автомобилестроения возникали и различные способы компрессии воздуха. Многие разработки уверенно дошли и до наших дней. Итак, разберемся, какие способы наддува существуют:
- Механический – "отец" нагнетателей, возникший практически сразу же после появления ДВЗ. В действие такой наддув приводится коленвалом мотора.
- Электрический – более современный вариант турбонаддува, в котором излишнее давление в цилиндрах создает электрический компрессор.
- Турбонаддув – нагнетатель в такой системе работает от давления выхлопных газов и компрессора.
- Комбинированный наддув – совмещение различных систем, чаще всего механической и турбо.
Как правило, такие системы серийно на автомобили не устанавливаются, что дает автолюбителям множество возможностей для тюнинга своими руками.
3 Механический турбонагнетатель воздуха – своими руками совершенствуем авто!
Наиболее эффективен режим турбо на впрысковых бензиновых двигателях. Моторы карбюраторного типа также могут работать с механическим нагнетателем, однако им необходима определенная доработка своими руками, в частности, установка жиклеров с увеличенным сечением и другие меры. В случае с инжекторным двигателем все сводится к новой прошивке.
Механический нагнетатель, работающий от коленвала двигателя, имеет несомненное достоинство – он работает абсолютно синхронно с агрегатом и в режиме турбо обеспечивает равномерную подачу воздуха в соответствии с оборотами мотора. Однако такое устройство будет отбирать для своей работы часть мощности движка.
Самыми распространенными вариантами построения механических нагнетателей, которые можно установить своими руками, являются три типа:
- Центробежный аппарат – применяется как самостоятельно в виде компрессора, так и в комбинации с другими устройствами. Принцип работы достаточно прост – лопатки, вращающиеся на большой скорости, захватывают воздух и забрасывают внутрь корпуса, который имеет улиткообразную форму. На выходе из корпуса поток воздуха приобретает нужное для режима турбо давление. Невысокая стоимость устройства и возможность установки своими руками сделали его наиболее популярным. Однако в его работе хватает и сложностей, в частности, с техобслуживанием.
- Нагнетатель ROOTS – представляет собой лопатки ротора, которые помещены в замкнутый корпус. Воздух захватывается на входе, за счет высокой скорости вращения лопаток воздух приобретает более высокое давление на выходе. Главный недостаток устройства такого типа – неравномерность подачи воздушного потока, что вызывает пульсацию давления в режиме турбо. Однако относительно тихая работа, надежность и компактность заставляют автомобилистов мириться даже с таким недостатком. При определенных навыках обращения с техникой вам не составит труда установить такой наддув своими руками.
- Нагнетатель LYSHOLM – представитель винтового типа аппаратов. Принцип работы схож с предыдущим – поток воздуха создается роторами, которые вращаются на высокой скорости. Главное отличие этого типа нагнетателей – маленький зазор между винтами, что вызывает множество сложностей в проектировании и установке таких изделий. Встречаются они на автомобилях нечасто и стоят недешево. Устанавливать их своими руками не рекомендуется, лучше обращаться к специалистам по турбонаддуву.
4 Турбонагнетатель – универсальный наддув своими руками
Как для бензиновых, так и для дизельных двигателей возможно применение турбонагнетателя. Это устройство представляет собой комбинацию компрессора и турбины, которая использует давление выхлопных газов для работы. Последнее устройство создает ряд проблем – турбина должна выдерживать высокие температуры и огромную скорость вращения, а значит, материалы для ее изготовления должны быть сверхпрочными. Некоторую часть нагрузки с турбины снимает компрессор, что и позволяет комплексу в целом справляться со своей задачей.
Недостаток устройства заключается в некотором запаздывании режима турбо – необходимо время, чтобы после нажатия на педаль турбина раскрутилась до нужного количества оборотов.
Впрочем, современные агрегаты решают и эту проблему, в основном благодаря наличию дополнительных нагнетателей. В отличие от турбонагнетателя, никакого запаздывания после нажатия на педаль в случае с электрическим компрессором вы не почувствуете – устройство, которое чаще всего комбинируют с центробежной турбиной, начинает работать уже на малых и средних оборотах, а турбина подключается на высоких. Электрический нагнетатель воздуха достаточно прост в реализации – никаких сложных систем и устройств для его установки не потребуется, так что усовершенствовать авто своими руками с его помощью вполне осуществимо.
Сегодня хочу поднять интересную тему, в принципе это логическое продолжение статьи, . Если немного забежать вперед по теме — то получается, что сейчас все турбированные двигатели используют механические компрессоры воздуха, у такого подхода есть много плюсов и много минусов. Но недавно многие компании стали задумываться над электро турбинами, которые не будут использовать отработанные газы авто, а также не будут иметь механических подключений и приводов, а нагнетать воздух будет электродвигатель, который будет «питаться» от бортовой системы …
Задумка неплохая! Ведь можно избежать многих минусов механических систем, особенно турбин которые работают от отработанных газов, такие как:
2) Охлаждение турбины
3) Смазка моторным маслом
4) Расход масла
5) НУ и конечно же ресурс
Если подвести черту, можно понять что механические системы, далеки от идеала. Конечно , будут надежнее. Однако и у них есть минусы, это тот же привод который использует для работы обычный ремень, который со временем изнашивается.
В общем, подумали разработчики и поняли, что механику можно заменить на электрику! Или нельзя?
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.
Минусы электрического варианта
Многие мои читатели думают — что сделать такую систему очень просто, нужно взять какой-нибудь кулер и вставить его в патрубок забора воздуха и вот оно счастье! Такие «чудо-кулеры» продаются, как правило в китайских интернет магазинах, про такие типы поговорим ниже.
Однако ребята тут не все так просто. В нормальном (на холостых) режиме, атмосферный двигатель 1,6 литра потребляет примерно 300 – 400 литров воздуха за час работы. А на больших оборотах скажем в 4000 – 5000 умножаем эту цифру на 4 – 5, то есть 1200 – 1600 литров. Просто представите этот объем! Если вычислить минутное потребление 300/60 = 5 литров в минуту, или 20 при больших оборотах.
Так вот – электро турбина должна увеличивать эту цифру, а не тормозить ее! Если вы поставите слабый двигатель, он не будет нагнетать нужное давление, а создаст эффект «воздушной пробки», то есть он своими лопастями будет тормозить приток воздуха в двигатель – мешать нормальному проходу.
А теперь представьте, какой нужен электрический вариант двигателя для нагнетания такого объема! Повторюсь для повышения производительности нужно хотя бы 6 – 7 литров воздуха на холостых, и 25 на высоких и это для 1,6 литрового варианта, для больших объемов нужно больше.
Если провести аналогию с немецкими производителями, то там применяется как минимум бесколлекторный 0,5 КВт электромотор, который вращается с бешенными оборотами, может достигать до 20 000 и его способности к давлению составляют от 1 до 5 атмосфер.
Для более мощных автомобилей, применяются более мощные двигатели до 0,7 КВт.
Как становится понятно штатный генератор может и не потянуть такое потребление электричества, поэтому его заменяют на более мощный, либо ставят дополнительный.
А как известно высокое потребление энергии просто тормозит генераторы, а значит и увеличивает торможение двигателя, что скажется на его отдаче, понижается КПД.
Однако, проведенные эксперименты выявили рост производительности, примерно на 20 – 30% это существенно. Но из-за сложности и дороговизны устройств, применение на автомобилях пока не имеет массового производства.
Например, механические компрессоры намного дешевле и производительнее. Иногда разница в цене может достигать 5 – 7 раз.
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.
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.
Для того чтобы выжать все возможное из автомобиля, автопроизводители прибегают к турбонаддувам двигателя, но на пути новый вид турбокомпрессора, который может изменить игру.
Уменьшение размеров двигателя автомобиля является одним из ключевых решений, используемых автопроизводителями, чтобы уменьшить расход топлива транспортным средством ( от компании Audi). Тем не менее, чтобы сокращенный в размерах двигатель обладал высокой производительностью, автокомпании, как правило, используют турбонаддув, который приводится в движение с помощью выхлопных газов (подробнее о работе турбонаддува, читайте ). У классической схемы работы турбонаддува имеется одна острая проблем, она приводит к задержке ответа наддува. Это явление широко известно, как турболаг. Чтобы было понятно, объясним проще, вы следуете на обгон, жмете педаль газа в пол, включается турбонаддув, но рывок автомобиля происходит лишь через пару секунд из-за так называемого турболага.
Эта медленная реакция преследует автомобили с турбонаддувами уже многие годы и является распространенной жалобой. Такие вещи, как турбонаддув с двойной улиткой или небольшие турбины, часто используются как средство борьбы с этим отставанием, но и они не совершенны. Попытки обуздать этот недостаток при помощи, так называемой , о которой мы писали ранее, также, к сожалению ни к чему и не привели, не выдержав испытаний на практике. Проще говоря, очень сложно сделать двигатель с турбонаддувом с немедленной реакцией.
Принцип работы электрического турбонаддува
Все останется на своих местах, пока мы не начнем использовать электрические компоненты. В то время как автопроизводители со всех сторон исследовали все плюсы и минусы полностью электрических силовых установок, они пришли к выводу, что когда дело касается элеткродвигателей, то в них ответная реакция возникает моментально. Взять к примеру классический Toyota Prius, более быстрой реакции на ускорение вы не найдете ни в одном сходном по параметрам автомобиле. Конечно, электрические транспортные средства дорогие из-за размера их двигателей и батарей, и они не совсем практичны, из-за ограниченного диапазона движения. Но, невзирая на это, автопроизводители могут использовать небольшие электромоторы и компоненты в своих целях. Одним из таких случаев является питание турбокомпрессора, который ускоряет двигатель автомобиля, не полагаясь на выхлопные газы.
Электрический двигатель реагирует мгновенно, в течение 250 миллисекунд. Используя такой механизм, можно снизить расход топлива на 10 процентов. Так как подобного рода турбокомпрессор не использует выхлопные газы, то технически он является просто нагнетателем. Для того, чтобы потребителям была ясна концепция данного механизма, его часто называют электрическим турбонаддувом.
Компания Volkswagen и связанные с ней автомобильные бренды активно инвестируют в эту электрическую турбо технологию.
Компания Audi демонстрирует E-Turbo
Недавно компания Audi представила свои последние разработки в мире электрических турбонаддувов вместе с концепт-каром Clubsport TT Turbo Concept, который предоставляет владельцу 600 лошадиных сил мощности и 479 Нм крутящего момента благодаря оборудованному турбонаддувами 2,5-литровому пятицилиндровому двигателю. Один турбонаддув является традиционным и приводится в движение выхлопными газами, второй турбонаддув работает с электрическим блоком.
Компания создала концепт для демонстрации потенциала электрических турбокомпрессоров, сказав тем самым, что технология готова к использованию в серийных автомобилях. 48-вольтная электрическая подсистема, которая питает электротурбонаддув, расположена в багажнике автомобиля и по первой необходимости дает двигателю ускорение, не заставляет его ждать, как традиционный турбонаддув.
«Турбокомпрессор с электрическим приводом обеспечивает значительные преимущества», сказал представитель компании Audi. «Он быстро и равномерно увеличивает скорость двигателя до максимального количества оборотов, без каких-либо существенных задержек».
Такой принцип работы позволяет проектировать обычный турбонаддув конкретно для двигателей высоких мощностей - e-turbo обеспечивает мгновенный отклик и мощный спринт на низких оборотах двигателя.
Это не первый раз, когда компания Audi показала свою заинтересованность в электрическом турбонаддуве. В прошлом году немецкий автопроизводитель добавил электротурбонаддув в 3,0-литровый дизельный двигатель V-6 твин-турбо и засунул всю эту смесь в RS5. Результатом стал вызывающе быстрый автомобиль в кузове купе, который набирает скорость от 0 до 100 км/ч всего за 4 секунды. Это делает его быстрее, чем обычный RS5 и в два раза сокращает расход топлива.
Когда нам ожидать электрические турбонаддувы в серийных автомобилях?
При всех положительных отзывах, которые получает данная технология, компания Audi, по всей видимости, будет в числе первых автопроизводителей, которые используют электротурбонаддув в серийных автомобилях, но до сих пор компания не распространяется о том, когда мы сможем увидеть такие автомобили у официальных дилеров.