Frage:
Warum werden Turbomischmotoren nicht häufiger eingesetzt?
Brinn Belyea
2015-03-02 05:00:33 UTC
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Turbo Compound -Motoren extrahieren etwas Abgasenergie, indem sie eine mit der Antriebswelle verbundene Turbine antreiben. Warum werden diese Motoren nicht häufiger eingesetzt?

Weiter verbreitet als was? In welchem ​​Kontext und für welche Anwendungen?
Es werden nur sehr wenige Hubkolben-Verbrennungsmotoren zusammengesetzt. Die meisten sind es nicht.
Es scheint, dass die Hauptanwendung von Turbomischmotoren in der Luftfahrt lag. Turboprops haben sie ersetzt.
Würden sie in Bodenfahrzeugen oder Schiffen nützlich sein?
Die Kosten und die Komplexität der Turbo-Compoundierung wirken der Verwendung dieses Systems in Bodenfahrzeugen entgegen. Einige Bodenfahrzeuge erfassen die Energie aus Abgasen, um einen Turbolader anzutreiben. Bei Schiffen, die mit großen Dieselmotoren angetrieben werden, wird der Hauptmotor normalerweise mit Turbolader betrieben, um die Leistung zu erhöhen, und jegliche Abwärme wird normalerweise an einen kleinen Kessel geleitet, um Dampf für verschiedene Anwendungen bereitzustellen.
Sechs antworten:
#1
+5
Adam Davis
2015-03-04 01:36:29 UTC
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Es gibt viele Gründe, aber die Hauptgründe sind erhöhte Kosten und verringerte Zuverlässigkeit. Die von ihnen erzeugte Leistung kostete auch den Motorwirkungsgrad, da sie den Gegendruck in der Abgasleitung erhöhten.

Wenn Sie also einen Motor entwerfen, haben Sie einige Möglichkeiten. Sie können beispielsweise entweder den Motorwirkungsgrad erhöhen oder Energie aus der Abgasleitung verbrauchen. Wenn Sie beispielsweise eine variable Ventilsteuerung verwenden, können Sie viel mehr dieser Abgasenergie extrahieren und ohne Turbo in die Kurbelwelle einbringen. Wenn Sie stattdessen einen Turbo hinzufügen, haben Sie einen weiteren Satz Zahnräder hinzugefügt, mehr bewegliche Teile, mehr Platz beansprucht und mehr Gewicht hinzugefügt.

Jetzt kann der Turbo möglicherweise etwas besser Energie extrahieren als die Variable Ventilsteuerung, aber gleicht es die zusätzlichen Kosten, das Gewicht und die Zuverlässigkeit aus?

Die meisten Motorenhersteller setzen also keinen Turbo ein, es sei denn, es gibt einen Grund dafür.

Zum Beispiel haben einige Rennen eine Begrenzung der Anzahl der Zylinder und des Zylindervolumens, und Rennfahrer legen mehr Wert auf diesen zusätzlichen Wirkungsgrad von 0,1% als auf Zuverlässigkeit, da sie ein Team von Mechanikern haben, die an der Fahrzeug. Daher ist es dort sinnvoll.

Bei einem Standard-Verbraucherfahrzeug, bei dem die Kosten-Gewichts-Kompromisse im Verhältnis zur Leistung an anderer Stelle im Motor effektiver eingesetzt werden können, ist dies nicht sinnvoll.

#2
+4
Eric Magnuson
2019-01-18 21:23:44 UTC
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Es gibt eine Reihe von Faktoren, die die Verbreitung von Turbo-Compounds eingeschränkt haben, und alles hängt davon ab, wie sie tatsächlich funktionieren und wo sie ihre größten Vorteile erhalten. In den frühen Studien des Konzepts von NACA in den 1940er Jahren stellten sie fest, dass der kritischste Faktor das Verhältnis des absoluten Abgasdrucks (Pe) zum Ansaugkrümmer-Absolutdruck (MAP oder Pm) ist, da dies die effektive mittlere Abgasstrahlgeschwindigkeit Ve bestimmt (eff), verfügbar für die Turbinenleistungsrückgewinnungsstufe. Dies bedeutet, dass eine Turboverbindung bei niedrigen Werten des Verhältnisses (niedriger Pe, hoher Pm) die größten Vorteile bietet, was sie ideal für den Einsatz unter Bedingungen mit außergewöhnlich hohem MAP oder außergewöhnlich niedrigem Pe macht. Mit Ausnahme anderer Abgasrückgewinnungsstufen (z. B. eines nachfolgenden Turboladers) entspricht der Pe der Turbo-Compound-Turbine - der Power Recovery-Turbine - normalerweise dem statischen atmosphärischen Druck (Pa). Dies bedeutet, dass sie in Flugzeugen, die in großen Höhen mit niedrigem Pa arbeiten, sehr sinnvoll sind, wodurch das Pe: Pm-Verhältnis auf natürliche Weise gesenkt wird und somit das Ve (eff) und die der Leistungswiederherstellungsturbine zur Verfügung stehende Leistung erhöht werden.

Vor diesem Hintergrund sollte die begrenzte Wirksamkeit des Turbo-Compounds bei den meisten Straßenanwendungen offensichtlich sein. Da Autos im Allgemeinen bei oder in der Nähe des Meeresspiegeldrucks arbeiten, haben sie einen höheren Pe, was den Wert des Pm: Pe-Verhältnisses erhöht und die mit der Turbine mögliche Rückgewinnungsmenge verringert. Damit ein Auto mehr als nur einen geringfügigen Nutzen aus einem Turbo-Compound ziehen kann, muss es mit einem kontinuierlichen Anstieg des MAP betrieben werden, und zwar mit einem ziemlich signifikanten. Dies bedeutet, dass erstens eine erzwungene Induktion (Kompressor oder Turbolader) verwendet werden muss und zweitens, dass das Gebläse unter normalen Betriebsbedingungen einen konstanten MAP von 30% oder mehr gegenüber Pa beibehält. Da die meisten Straßenfahrzeuge unter fast allen Bedingungen mit Teillast betrieben werden, bedeutet dies, dass sie unter diesen Bedingungen mit Teillast einen positiven Schub benötigen, was aufgrund der Belastung des Motors und der erzeugten Wärme keine sehr häufige Anordnung ist. Dies ist der Grund, warum dies nur bei Selbstzündungsmotoren (Dieselmotoren) der Fall ist, die die meiste Zeit in einem begrenzten Drehzahlbereich mit Geschwindigkeiten arbeiten, die einen ausreichenden Luftstrom für eine effektive Kühlung (sowohl Ladeluft als auch Kühlmittel) erzeugen. Wie andere bereits betont haben, könnten sie theoretisch auch im Rennsport von Nutzen sein, insbesondere im Langstrecken- / Oval-Rennsport, bei dem das Auto über längere Zeiträume mit kontinuierlicher Drehzahl und hoher Geschwindigkeit betrieben wird. Ein weiterer Ort, an dem ich einen guten Nutzen für Turbo-Compounding sehen konnte, ist Pikes Peak Hill Climb-Rennen - kurze Sprints mit Vollgas und hohem Schub in großer Höhe.

All diese Faktoren: die Anforderungen an den ausreichenden Nutzen aus dem System ziehen; die zusätzlichen Kosten, das Gewicht und die Komplexität; die potenziell verminderte Zuverlässigkeit; und andere verfügbare Technologien; haben die traditionelle Turbo-Verbindung zu einer weitgehend historischen Neugierde auf "was hätte sein können" verbannt.

Auf der anderen Seite sehen wir Variationen der Idee. In der aktuellen F1-Ära verwenden sie etwas, das Turbo-Compound ähnelt und die zurückgewonnene Energie als Strom speichert, anstatt sie direkt an die Kurbel zurückzuleiten. Ferrari entwickelt ein ähnliches System für die nächste Generation von Sportwagen, wird jedoch die zurückgewonnene Leistung nutzen, um einen elektrischen Lader als eine Art entkoppelten Turbolader anzutreiben. In beiden Fällen wird die Energierückgewinnung mehr zur Stromerzeugung als alles andere verwendet, und die Elektrizität wird dann zur Erzeugung von Arbeit durch unabhängige Motoren verwendet.

#3
+2
phillip
2018-01-25 06:36:42 UTC
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Turbo-Compoundierung wird derzeit in Lkw-Motoren von Detroit Diesel und Volvo verwendet. Sie eignen sich jedoch für Langstreckenanwendungen, bei denen der Motor eine konstante Drehzahl / Last aufweist. Die Turbine soll bis zu 50 PS zurücksetzen in die Kurbelwelle, aber der Kompromiss, wie zuvor erläutert, ist ein erhöhter Abgasgegendruck, was bedeutet, dass die Kolben stärker drücken müssen, um das Abgas herauszuholen, so dass die Leistungsturbine im transienten Betrieb (Motor im Drehzahlbereich auf und ab) stetig Energie kostet Geben Sie an, dass der Kraftstoffverbrauch um 2-5%

gesenkt werden kann
#4
+2
niels nielsen
2018-01-25 14:01:12 UTC
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Ich beschränke meine Kommentare auf Flugzeuge:

Turbocompounding, wie es im R3350 verwendet wird, war eine Möglichkeit, die kinetische Energie der Abgase mit einer Turbine zu extrahieren und wieder auf die Kurbelwelle zu setzen. Der Aufbau des Abgasgegendrucks war kein Konstruktionsbegrenzer für Kreuzfahrten auf 25.000 Fuß. Heute wird stattdessen die Abgasenergierückgewinnungsturbine verwendet, um den Lader anzutreiben, der beim 3350 von der Kurbelwelle angetrieben wurde, wodurch die Turboaufladung weniger komplex als die Turbocompounding ist.

Die Frage ist für Flugzeugtriebwerke mit mehr als 600 PS strittig oder so, wo Turboprop-Motoren übernommen haben. Sie sind im Bereich von 1500 bis 2000 PS weitaus zuverlässiger als der R3350 oder der R4360 und haben ein besseres Leistungsgewicht.

Als solches war Turbocompounding eine Brückentechnologie zwischen Kolbenmotoren und Turboprop-Technologie. Sobald Motoren wie der Allison 501 auf den Markt kamen, wurden 18- und 28-Zylinder-Kolbenmotoren mit oder ohne Turbocompounding fertiggestellt.

#5
+2
Arne Christian Rosenfeldt
2019-02-17 14:46:26 UTC
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Moderne Verbundmotoren verwenden Elektromotoren, um die Drehzahl der Turbine in die Drehzahl des Rads oder Propellers umzuwandeln. Dafür wird moderne Elektronik benötigt. Es funktioniert in der F1 und in den Lastwagen und würde in Hybridautos mit einem kleinen Verbrennungsmotor funktionieren. Turbinen haben einen engeren Arbeitsbereich als ein Kolbenmotor. Autos sind die meiste Zeit im Leerlauf oder benötigen die volle Leistung zum Beschleunigen.

Ich frage mich, ob es möglich ist, einen Kolbenmotor mit kleinem Verdichtungsverhältnis und eine Brennkammer (bedeckt mit einem Katalysatormaterial, gepolstert mit Isolierung) zu verwenden. wo die Temperaturen niedrig genug sind, um NOx zu reduzieren, aber immer noch hoch genug, um Ruß und CO zu verbrennen. Diese Temperaturen anealen und glätten somit die Oberfläche des Katalysators (sogenannte Pre-Cat) und werden daher in üblichen Katalysatorkonvertern vermieden. Das Hochtemperatur- und Hochdruckabgas kann zum Antrieb einer zweistufigen Turbine verwendet werden. Beachten Sie, dass dieses Turbinengehäuse mehr kostet als ein Gehäuse für relativ kalte Dieselabgase. Auch die erste Stufe benötigt möglicherweise Nickelblätter und nur die zweite Stufe kann variable Führungsebenen aufweisen. Ein Zyklon (oder sogar ein Filter) in der Kammer kann dazu beitragen, die Dauer der Rußpartikel in der Kammer zu verlängern.

Alles in allem ist dies etwas für ein Premium-Hybridauto oder -lastwagen. Agilität ist auf den Elektromotor zurückzuführen, der von einem Superkondensator angetrieben wird. FADEC erzwingt hohe Temperaturen am Filter, um niemals durch Ruß verstopft zu werden. Überschüssige Energie wird in die Batterien geleitet.

#6
  0
Joseph Novak
2019-04-26 07:04:08 UTC
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Ich habe viel darüber gelesen und was wir nicht gesehen haben, ist eine Form der Turbo-Compoundierung, sondern die Verwendung eines kleinen Turbinentriebwerks, das in der Lage ist, sich selbst zu betreiben, wenn ein konstantes Drehmoment erforderlich ist. Wenn sie mit einem Hubkolbenmotor mit variabler Ventilsteuerung verheiratet sind, können die Ventile offen gehalten werden. die Turbine, die den Strom erzeugt. Unter Beschleunigung könnte die Turbine als Turbolader arbeiten, wobei als Ladedruck gekühlte Zapfluft verwendet wird.



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