Domanda:
Perché i motori turbo compound non sono più ampiamente utilizzati?
Brinn Belyea
2015-03-02 05:00:33 UTC
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I motori mescola turbo estraggono una certa energia di scarico utilizzandola per alimentare una turbina collegata all'albero di trasmissione. Perché questi motori non sono più ampiamente utilizzati?

Più ampiamente utilizzato di cosa? In quale contesto e per quali applicazioni?
Pochissimi motori alternativi a combustione interna sono composti. La maggior parte non lo sono.
Sembra che l'uso principale dei motori turbo compound sia stato nell'aviazione. I turboelica li hanno sostituiti.
Sarebbero utili nei veicoli terrestri o nelle navi?
Il costo e la complessità della turbocomposizione impediscono l'utilizzo di questo sistema nei veicoli terrestri. Alcuni veicoli terrestri catturano l'energia dai gas di scarico per azionare un turbocompressore. Nelle navi alimentate da motori diesel di grandi dimensioni, il motore principale è solitamente turbocompresso per aumentare la potenza e il calore residuo viene solitamente indirizzato a una piccola caldaia per fornire vapore per varie applicazioni.
Sei risposte:
#1
+5
Adam Davis
2015-03-04 01:36:29 UTC
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Ci sono molte ragioni, ma le ragioni principali sono l'aumento dei costi e la diminuzione dell'affidabilità. La potenza prodotta è costata anche l'efficienza del motore in quanto hanno aumentato la contropressione nella linea di scarico.

Quindi, quando progetti un motore hai poche scelte. Ad esempio, puoi aumentare l'efficienza del motore o assorbire energia dalla linea di scarico. Se utilizzi la fasatura variabile delle valvole, ad esempio, puoi estrarre molta più energia di scarico e metterla nell'albero motore senza turbo. Se invece aggiungi un turbo, hai aggiunto un altro set di ingranaggi, più parti mobili, occupato più spazio e aggiunto più peso.

Ora il turbo potrebbe essere leggermente migliore nell'estrarre energia rispetto alla variabile fasatura delle valvole, ma compensa il costo aggiuntivo, il peso e l'affidabilità?

Quindi la maggior parte dei produttori di motori non utilizza il turbo a meno che non ci sia un motivo.

Ad esempio, alcune gare hanno un limite al numero di cilindri e al volume dei cilindri, e i piloti si preoccupano di più di quell'efficienza dello 0,1% in più che dell'affidabilità poiché hanno un team di meccanici che lavora sul veicolo. Quindi ha senso lì.

Non ha molto senso su un veicolo di consumo standard in cui i compromessi tra costo / peso relativi alle prestazioni possono essere impiegati in modo più efficace altrove nel motore.

#2
+4
Eric Magnuson
2019-01-18 21:23:44 UTC
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Ci sono una serie di fattori che hanno limitato l'adozione più ampia dei turbo-composti e tutto dipende da come funzionano effettivamente e da dove ricevono i loro maggiori benefici. Nei primi studi del concetto di NACA negli anni '40 hanno determinato che il fattore più critico è il rapporto tra pressione di scarico (Pe) e pressione assoluta del collettore di aspirazione (MAP, o Pm) poiché questo determina la velocità media effettiva del getto di scarico, Ve (eff), disponibile per la fase di recupero della potenza della turbina. Ciò significa che un Turbo-Compound produce i maggiori vantaggi a bassi valori del rapporto (basso Pe, alto Pm), rendendoli ideali per l'uso in condizioni con MAP eccezionalmente alta o Pe eccezionalmente bassa. Escludendo altri stadi di recupero dei gas di scarico (come un successivo turbocompressore), il Pe sperimentato dalla turbina Turbo-Compound - la Turbina Power Recovery - è normalmente uguale alla pressione atmosferica statica (Pa). Ciò significa che hanno molto senso negli aeromobili che operano ad altitudini elevate con un Pa basso abbassando così naturalmente il rapporto Pe: Pm, e quindi aumentando il Ve (eff) e la potenza disponibile per la turbina di recupero di potenza.

Con questo in mente, dovrebbe essere evidente l'efficacia limitata del Turbo-Compound nella maggior parte delle applicazioni stradali. Poiché le automobili generalmente funzionano a pressioni al livello del mare o vicine a esse, hanno un Pe più elevato, che aumenta il valore del rapporto Pm: Pe e riduce la quantità di recupero possibile con la turbina. Affinché un'auto possa ricevere un vantaggio più che marginale da un Turbo-Compound, dovrebbe funzionare con un aumento continuo nel MAP, e abbastanza significativo. Ciò significa che prima deve utilizzare l'induzione forzata (sovralimentatore o turbocompressore) e, in secondo luogo, che il ventilatore mantiene una MAP costante del 30% o maggiore di boost rispetto a Pa in condizioni operative normali. Poiché la maggior parte delle auto stradali funziona a farfalla parziale in quasi tutte le condizioni, ciò significa che deve avere una spinta positiva in quelle condizioni di accelerazione parziale, che non è una disposizione molto comune a causa della tensione sul motore e del calore prodotto. Questo è il motivo per cui in realtà si vede solo nei motori ad accensione per compressione, Diesel, che funzionano entro un intervallo di giri / min impostato limitato la stragrande maggioranza del tempo a velocità che producono un flusso d'aria sufficiente per un raffreddamento efficace (sia aria di sovralimentazione che refrigerante). Come altri hanno sottolineato, potrebbero teoricamente essere utili anche nelle corse, in particolare nelle corse su pista lunga / ovale, dove l'auto viene utilizzata a regimi continui e ad alta velocità per lunghi periodi. Un altro luogo in cui ho potuto vedere un buon beneficio dal Turbo-Compounding è nelle gare di Pike's Peak Hill Climb: sprint brevi, a tutto gas e ad alta spinta ad alta quota.

Tutti questi fattori: i requisiti per ottenere il beneficio sufficiente dal sistema; il costo aggiuntivo, il peso e la complessità; la potenziale ridotta affidabilità; e altre tecnologie disponibili; hanno relegato il tradizionale Turbo-Compound a una curiosità in gran parte storica di "cosa avrebbe potuto essere".

D'altra parte, stiamo assistendo a variazioni dell'idea. Nell'attuale era della F1 usano qualcosa di simile al Turbo-Compound che immagazzina l'energia recuperata come elettricità invece di applicarla direttamente alla pedivella. La Ferrari sta sviluppando un sistema simile da utilizzare anche nella prossima generazione di auto sportive, ma utilizzerà la potenza recuperata per azionare un compressore elettrico come una sorta di turbocompressore disaccoppiato. In ogni caso, il recupero di energia viene utilizzato più per la generazione elettrica che per qualsiasi altra cosa e l'elettricità viene quindi utilizzata per produrre lavoro attraverso motori indipendenti.

#3
+2
phillip
2018-01-25 06:36:42 UTC
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La mescola turbo è attualmente utilizzata nei motori dei camion di Detroit diesel e Volvo, ma sono adatti per applicazioni a lungo raggio in cui il motore è a un regime di giri / carico costante, la turbina di potenza si dice estrae fino a 50 cavalli per rimettere a posto nell'albero motore ma il compromesso come spiegato in precedenza è una maggiore contropressione allo scarico, il che significa che i pistoni devono spingere più forte per far uscire i gas di scarico, quindi in funzionamento transitorio (motore su e giù per la gamma di giri) la turbina di potenza costa energia, in un costante dichiarare che può ridurre il consumo di carburante del 2-5%

#4
+2
niels nielsen
2018-01-25 14:01:12 UTC
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Limito i miei commenti agli aerei:

il turbocompound, come usato nell'R3350, era un modo per estrarre l'energia cinetica dei gas di scarico con una turbina e rimetterla sull'albero motore. L'accumulo di contropressione dei gas di scarico non era un limitatore di progettazione per la crociera a 25.000 piedi. Oggi, la turbina di recupero dell'energia dei gas di scarico viene utilizzata invece per azionare il compressore, che sul 3350 era azionato dall'albero motore, rendendo la turbocompressione meno complessa del turbocomposto.

La questione è discutibile per i motori di aerei più grandi di 600 CV o giù di lì, dove hanno preso il sopravvento i motori turboelica. sono molto più affidabili nella gamma 1500-2000 SHP rispetto all'R3350 o all'R4360 e hanno un migliore rapporto peso / potenza.

In quanto tale, il turbocompound era una tecnologia ponte tra i motori a pistoni e la tecnologia turboelica. Una volta arrivati ​​i motori come l'Allison 501, i motori a pistoni a 18 e 28 cilindri, con o senza turbocomposto, furono finiti.

#5
+2
Arne Christian Rosenfeldt
2019-02-17 14:46:26 UTC
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I moderni motori compound utilizzano motori elettrici per tradurre la velocità della turbina in quella della ruota o dell'elica. Per questo, è necessaria un'elettronica moderna. Funziona in F1 e nei camion e funzionerebbe su auto ibride con un piccolo motore a combustione interna. Le turbine hanno un raggio di azione più ristretto rispetto a un motore a pistoni. Le auto per la maggior parte del tempo sono al minimo o necessitano della massima potenza per l'accelerazione.

Mi chiedo se sia possibile utilizzare un motore a pistoni con rapporto di compressione ridotto e una camera di combustione (ricoperta di materiale catalitico, imbottita di isolamento), dove le temperature sono abbastanza basse da ridurre gli NOx, ma comunque abbastanza alte da bruciare fuliggine e CO. Queste temperature aneal e quindi appiattiscono la superficie del catalizzatore (cosiddetto pre-cat) e quindi sono evitate nei normali convertitori di catalizzatore. Lo scarico ad alta temperatura e alta pressione può essere utilizzato per azionare una turbina a due stadi. Si noti che questo alloggiamento della turbina costa più di un alloggiamento per uno scarico diesel relativamente freddo. Anche il primo stadio può richiedere lame in Nickel e solo il secondo stadio può avere piani di guida variabili. Un ciclone (o anche un filtro) nella camera può aiutare a prolungare la durata delle particelle di fuliggine nella camera.

Tutto sommato è roba per un'auto o un camion ibrido premium. L'agilità è dovuta al motore elettrico azionato da un supercondensatore. FADEC impone temperature elevate al filtro per non essere mai congestionato dalla fuliggine. L'energia in eccesso viene scaricata nelle batterie.

#6
  0
Joseph Novak
2019-04-26 07:04:08 UTC
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Ho letto molto su questo e quello che non abbiamo visto è una forma di turbo compound, ma utilizza invece un piccolo motore a turbina in grado di funzionare da solo quando è richiesta una coppia costante. Se abbinato a un motore alternativo con fasatura variabile delle valvole, le valvole potrebbero essere mantenute aperte; la turbina che genera la potenza. In accelerazione la turbina potrebbe funzionare come un turbocompressore utilizzando l'aria di spurgo intercooler come boost.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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