Гибридный турбокомпрессор - Hybrid turbocharger

Базовая схема гибридного турбокомпрессора Aeristech

Прототип электрического компрессора Aeristech 2009

А гибридный турбокомпрессор электрический турбокомпрессор состоящий из высокой скорости турбина -генератор и высокоскоростной электрический воздух компрессор. Турбина и компрессор - это высокоскоростные аэромашины, как в обычном турбокомпрессоре. Электродвигатели работают со скоростью свыше 120 000 об / мин и при использовании в качестве генераторов вырабатывают электроэнергию с электрическим КПД до 98,5%. Высокий электрический КПД имеет первостепенное значение, потому что между турбиной и компрессором нет механической связи. Другими словами, гибридный турбокомпрессор относится к серия гибрид установка, в которой скорость и мощность компрессора не зависят от скорости и мощности турбины. Такая гибкость конструкции приводит к дальнейшему повышению эффективности турбины и компрессора по сравнению с обычным турбокомпрессором.

Физическое расположение

В электродвигателях используется постоянные магниты которые имеют более высокий КПД, чем стандартная высокая скорость асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели создают электромагнитное поле в твердом сердечнике ротора.

Режимы работы

Режим разгона для турбокомпрессора HTT

Ускорение

Когда водитель нажимает на дроссельную заслонку, HTT сначала действует как электрический нагнетатель. Электродвигатель компрессора питается от накопителя энергии, что позволяет ему разгоняться до полной рабочей скорости менее чем за 500 мс. Такой темп ускорения устраняет турбонаддув, который является основным ограничивающим фактором производительности стандартных двигателей с турбонаддувом.

На этом переходном этапе блок управления двигателем (ECU) на стандартном двигателе с турбонаддувом использует комбинацию датчиков, таких как лямбда-датчики и датчики массового расхода воздуха, для регулирования расхода топлива. В двигателе, оборудованном HTT, ЭБУ может более точно определять точный расход топлива для полного сгорания. Это достигается за счет прямого управления расходом воздуха и давлением наддува с помощью управления скоростью компрессора.

Зарядка

Режим зарядки турбокомпрессора HTT

При высоких оборотах двигателя турбина вырабатывает больше энергии, чем требуется компрессору. В этих условиях избыточная энергия может использоваться для перезарядки накопителя энергии для следующей фазы ускорения или использоваться для питания некоторых вспомогательных нагрузок, таких как электрическая система кондиционирования воздуха.

В сочетании с турбиной с изменяемой геометрией противодавление на двигатель можно изменять в соответствии с электрическими потребностями транспортного средства и состоянием заряда накопителя энергии.

В настоящее время ведутся разработки по замене аккумуляторного накопителя энергии на супер конденсатор которые можно заряжать и разряжать очень быстро.

Устойчивое состояние

Большую часть времени гибридный турбонагнетатель работает, мощность компрессора и турбины (не обязательно скорость) будет согласована. Это дает дополнительную степень свободы разработчикам турбокомпрессора. крыльчатка.

Здесь гибридный турбокомпрессор эффективно передает электричество между турбиной и компрессором. Последняя программа испытаний Aeristech доказала, что эффективность гибридного турбокомпрессора эквивалентна (если не лучше) эффективности обычного механического турбокомпрессора.

Системные преимущества

Некоторые производители заявляют о многих других преимуществах работы гибридного двигателя с турбонаддувом:

Улучшенная упаковка, позволяющая размещать турбину и компрессор в отдельных частях моторного отсека.
Более высокая плотность наддувочного воздуха за счет уменьшения длины впускных каналов и увеличения размера крыльчатки компрессора.
Уровни наддува, контролируемые ЭБУ, позволят более точно контролировать сгорание в цилиндрах.
Уменьшение габаритов двигателя аналогично преимуществам гибридного автомобиля, но с гораздо меньшей (примерно 1/7) емкостью накопления энергии для достижения того же уровня уменьшения габаритов.

В разработке находятся другие типы электротурбонагнетателей и электрогидравлических нагнетателей:

eBooster от BorgWarner - небольшой вспомогательный электрический компрессор, работающий от электрической системы автомобиля.
TurboPac от TurboDyne - Электрический нагнетатель
Турбо с электроприводом Garrett
Valeo - Электрический нагнетатель с малоинерционным вентилируемым реактивным двигателем.

Изолированный газотурбинный генератор

Это аналогичная технология, но применяется к микрогазотурбинным двигателям. Здесь они используют электрически связанные компрессор и турбину непосредственно в двигателе, а не для помощи поршневому двигателю.

Двигатель сжимает сжигаемое топливо в камере сгорания, которое выбрасывается через турбину.

Утверждается, что этот двигатель преодолевает неэффективность небольших газотурбинных двигателей.