Questão:
Por que os motores turbo compostos não são mais usados?
Brinn Belyea
2015-03-02 05:00:33 UTC
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Os motores

compostos turbo extraem um pouco da energia do escapamento usando-os para alimentar uma turbina conectada ao eixo de transmissão. Por que esses mecanismos não são mais usados?

Mais amplamente usado do que o quê? Em que contexto e para quais aplicações?
Muito poucos motores alternativos de combustão interna são combinados. A maioria não.
Parece que o principal uso dos motores turbo compostos foi na aviação. Os turboélices os substituíram.
Eles seriam úteis em veículos terrestres ou navios?
O custo e a complexidade da turbo-composição prejudicam o uso desse sistema em veículos terrestres. Alguns veículos terrestres captam a energia dos gases de escape para acionar um turbocompressor. Em navios movidos a grandes motores diesel, o motor principal é geralmente turboalimentado para aumentar a produção e qualquer calor residual é normalmente direcionado para uma pequena caldeira para fornecer vapor para várias aplicações.
Seis respostas:
#1
+5
Adam Davis
2015-03-04 01:36:29 UTC
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Existem muitos motivos, mas os principais são o aumento de custo e a diminuição da confiabilidade. A potência que eles produziram também reduziu a eficiência do motor ao aumentar a contrapressão na linha de escapamento.

Portanto, ao projetar um motor, você tem algumas opções. Por exemplo, você pode aumentar a eficiência do motor ou drenar energia da linha de escapamento. Se você usar a sincronização da válvula variável, por exemplo, poderá extrair muito mais da energia de exaustão e colocá-la no virabrequim sem um turbo. Se, em vez disso, você adicionar um turbo, você adicionou outro conjunto de engrenagens, mais peças móveis, ocupou mais espaço e adicionou mais peso.

Agora, o turbo pode ser um pouco melhor na extração de energia do que a variável sincronização da válvula, mas compensa o custo adicional, peso e confiabilidade?

Portanto, a maioria dos fabricantes de motores não emprega turbo, a menos que haja uma razão para isso.

Por exemplo, algumas corridas têm um limite para o número de cilindros e volume do cilindro, e os pilotos se preocupam mais com essa eficiência extra de 0,1% do que com a confiabilidade, uma vez que têm uma equipe de mecânicos trabalhando no veículo. Portanto, faz sentido lá.

Não faz muito sentido em um veículo de consumidor padrão, onde as compensações de custo / peso em relação ao desempenho podem ser empregadas com mais eficácia em outro lugar no motor.

#2
+4
Eric Magnuson
2019-01-18 21:23:44 UTC
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Há uma série de fatores que limitaram a adoção mais ampla dos Turbo-Compounds e tudo se resume a como eles realmente funcionam e onde recebem seus maiores benefícios. Nos primeiros estudos do conceito por NACA na década de 1940, eles determinaram que o fator mais crítico é a relação entre a pressão de saída de exaustão (Pe) e a pressão absoluta do coletor de admissão (MAP ou Pm), pois isso determina a velocidade média efetiva do jato de exaustão, Ve (ef), disponível para o estágio de recuperação de energia da turbina. Isso significa que um Turbo-Composto produz os maiores benefícios em baixos valores da razão (baixo Pe, alto Pm), tornando-os ideais para uso em condições com MAP excepcionalmente alto ou Pe excepcionalmente baixo. Excluindo outros estágios de recuperação de exaustão (como um turbo-compressor seguinte), o Pe experimentado pela turbina Turbo-Compound - a Turbina de Recuperação de Energia - é normalmente o mesmo que a pressão atmosférica estática (Pa). Isso significa que eles fazem muito sentido em aeronaves que operam em altitudes elevadas com Pa baixa, portanto, reduzindo naturalmente a relação Pe: Pm e, portanto, aumentando a Ve (ef) e a potência disponível para a Turbina de Recuperação de Energia.

Com isso em mente, a eficácia limitada do Turbo-Compound na maioria das aplicações em estradas deve ser aparente. Como os carros geralmente operam nas pressões do nível do mar ou próximas, eles têm um Pe mais alto, o que aumenta o valor da razão Pm: Pe e reduz a quantidade de recuperação possível com a turbina. Para que um carro receba mais do que o benefício marginal de um Turbo-Compound, ele precisa operar com um aumento contínuo no MAP, e bastante significativo. Isso significa que primeiro deve usar indução forçada (superalimentador ou turbocompressor) e, segundo, que o soprador mantém um MAP constante de 30% ou mais impulso sobre Pa em condições normais de operação. Como a maioria dos carros rodoviários opera com aceleração parcial em quase todas as condições, isso significa que ele precisa ter impulso positivo sob essas condições de aceleração parcial, o que não é um arranjo muito comum devido ao esforço do motor e ao calor produzido. É por isso que ele é realmente visto apenas em motores de ignição por compressão, diesel, que operam dentro de uma faixa de RPM definida limitada na grande maioria das vezes em velocidades que produzem fluxo de ar suficiente para um resfriamento efetivo (ar de carga e líquido de arrefecimento). Como outros apontaram, eles poderiam teoricamente ser úteis em corridas também, especialmente em corridas de pista longa / oval, onde o carro é operado em rotação contínua e alta velocidade por longos períodos. Outro lugar onde eu pude ver bons benefícios para o Turbo-Compounding é na corrida de Pike's Peak Hill Climb - sprints curtos, acelerados e de alto impulso em altitudes elevadas.

Todos esses fatores: os requisitos para obter o benefício suficiente do sistema; o custo, peso e complexidade agregados; o potencial de confiabilidade reduzida; e outras tecnologias disponíveis; relegaram o tradicional Turbo-Compound a uma curiosidade histórica sobre "o que poderia ter sido".

Por outro lado, estamos vendo variações da ideia. Na atual era da F1, eles usam algo semelhante ao Turbo-Composto, que armazena a energia recuperada como eletricidade, em vez de aplicá-la diretamente na manivela. A Ferrari está desenvolvendo um sistema semelhante para uso em sua próxima geração de carros esportivos, mas usará a energia recuperada para acionar um supercompressor elétrico como uma espécie de turboalimentador desacoplado. De qualquer forma, a recuperação de energia é usada mais para geração de eletricidade do que qualquer coisa, e a eletricidade é então usada para produzir trabalho por meio de motores independentes.

#3
+2
phillip
2018-01-25 06:36:42 UTC
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A composição turbo é usada atualmente em motores de caminhão por Detroit diesel e Volvo, mas eles são adequados para aplicações de longo curso em que o motor está em rotações / carga constante, a turbina de potência extrai até 50 cavalos para colocar de volta no virabrequim, mas a compensação, conforme explicado anteriormente, é o aumento da contrapressão do escapamento, o que significa que os pistões precisam empurrar com mais força para liberar o gás de escapamento, portanto, em operação transitória (motor para cima e para baixo na faixa de rotação), a turbina de potência gasta energia, em um afirmam que pode reduzir o consumo de combustível de 2-5%

#4
+2
niels nielsen
2018-01-25 14:01:12 UTC
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Limito meus comentários às aeronaves:

a turbocomposição, como usada no R3350, era uma forma de extrair a energia cinética dos gases de escapamento com uma turbina e colocá-la de volta no virabrequim. O aumento da contrapressão do gás de escape não foi um limitador de projeto para cruzeiro a 25.000 pés. Hoje, a turbina de recuperação de energia dos gases de escape é usada para acionar o supercompressor, que no 3350 foi acionado para fora do virabrequim, tornando o turbosupercharging menos complexo do que o turbocomposto.

A questão é discutível para motores de aeronaves maiores que 600SHP ou então, onde os motores turboélice assumiram o controle. eles são muito mais confiáveis ​​na faixa de 1500-2000 SHP do que o R3350 ou o R4360, além de ter melhor relação peso-potência.

Como tal, a turbo-composição era uma tecnologia de ponte situada entre os motores a pistão e a tecnologia turboélice. Depois que motores como o Allison 501 apareceram, os motores a pistão de 18 e 28 cilindros, com ou sem turbo-composto, foram concluídos.

#5
+2
Arne Christian Rosenfeldt
2019-02-17 14:46:26 UTC
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Os motores compostos modernos usam motores elétricos para traduzir a velocidade da turbina para a velocidade da roda ou hélice. Para isso, é necessária uma eletrônica moderna. Funciona na F1 e nos caminhões e funcionaria em carros híbridos com um pequeno motor de combustão interna. As turbinas têm uma faixa de trabalho mais estreita do que um motor a pistão. Carros na maior parte do tempo ociosos ou precisam de potência total para aceleração.

Eu me pergunto se é possível usar um motor a pistão de pequena taxa de compressão e uma câmara de combustão (coberta com um material catalisador, acolchoada com isolamento), onde as temperaturas são baixas o suficiente para reduzir NOx, mas ainda altas o suficiente para queimar fuligem e CO. Essas temperaturas aumentam e, assim, achatam a superfície do catalisador (o chamado pré-cat) e, portanto, são evitadas em conversores de catalisador usuais. A exaustão de alta temperatura e alta pressão pode ser usada para acionar uma turbina de dois estágios. Observe que esta carcaça de turbina custa mais do que uma carcaça para escapamento de diesel relativamente frio. Além disso, o primeiro estágio pode precisar de lâminas de níquel e apenas o segundo estágio pode ter planos de guia variáveis. Um Cyclon (ou mesmo um filtro) na câmara pode ajudar a prolongar a duração das partículas de fuligem na câmara.

Em resumo, isso é material para um carro ou caminhão híbrido premium. Agilty é devido ao motor elétrico movido por um supercapacitor. O FADEC impõe altas temperaturas no filtro para nunca ser congestionado pela fuligem. O excesso de energia é despejado nas baterias.

#6
  0
Joseph Novak
2019-04-26 07:04:08 UTC
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Tenho lido muito sobre isso e o que não vimos é uma forma de turbo composição, mas, em vez disso, usando um pequeno motor de turbina capaz de funcionar sozinho quando um torque constante é necessário. Se casado com um motor alternativo com sincronização de válvula variável, as válvulas podem ser mantidas abertas; a turbina gerando a energia. Sob aceleração, a turbina poderia operar como um turbocompressor usando o ar de sangria intercooler como reforço.



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