Pregunta:
¿Por qué los motores turbocompuestos no se utilizan más ampliamente?
Brinn Belyea
2015-03-02 05:00:33 UTC
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Los motores turbocompuestos extraen algo de energía de escape usándola para alimentar una turbina conectada al eje de transmisión. ¿Por qué estos motores no se utilizan más ampliamente?

¿Más utilizado que qué? ¿En qué contexto y para qué aplicaciones?
Se componen muy pocos motores alternativos de combustión interna. La mayoría no lo son.
Parece que el uso principal de los motores turbocompuestos fue en la aviación. Los turbopropulsores los han reemplazado.
¿Serían útiles en vehículos terrestres o barcos?
El costo y la complejidad de la turbocomposición van en contra del uso de este sistema en vehículos terrestres. Algunos vehículos terrestres capturan la energía de los gases de escape para impulsar un turbocompresor. En los barcos propulsados ​​por motores diesel grandes, el motor principal suele estar turboalimentado para aumentar la producción, y el calor residual suele dirigirse a una pequeña caldera para proporcionar vapor para diversas aplicaciones.
Seis respuestas:
#1
+5
Adam Davis
2015-03-04 01:36:29 UTC
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Hay muchas razones, pero las principales son el aumento del costo y la disminución de la confiabilidad. La potencia que produjeron también costó la eficiencia del motor, ya que aumentaron la contrapresión en la línea de escape.

Entonces, cuando diseña un motor, tiene algunas opciones. Por ejemplo, puede aumentar la eficiencia del motor o agotar la energía de la línea de escape. Si emplea sincronización variable de válvulas, por ejemplo, puede extraer mucha más energía de escape y ponerla en el cigüeñal sin turbo. Si en cambio agrega un turbo, ha agregado otro conjunto de engranajes, más partes móviles, ocupado más espacio y agregado más peso.

Ahora el turbo podría ser un poco mejor para extraer energía que la variable sincronización de válvulas, pero ¿compensa el costo, el peso y la confiabilidad adicionales?

Por lo tanto, la mayoría de los fabricantes de motores no utilizan turbo a menos que haya una razón para ello.

Por ejemplo, algunas carreras tienen un límite en la cantidad de cilindros y el volumen de los cilindros, y los corredores se preocupan más por esa eficiencia adicional del 0.1% que por la confiabilidad, ya que tienen un equipo de mecánicos trabajando en el vehículo. Por lo tanto, tiene sentido allí.

No tiene mucho sentido en un vehículo de consumo estándar donde las compensaciones de costo / peso en relación con el rendimiento se pueden emplear de manera más efectiva en otras partes del motor.

#2
+4
Eric Magnuson
2019-01-18 21:23:44 UTC
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Hay una serie de factores que han limitado la adopción más amplia de los Turbocompuestos y todo se reduce a cómo funcionan realmente y dónde reciben sus mayores beneficios. En los primeros estudios del concepto por NACA en la década de 1940, determinaron que el factor más crítico es la relación entre la presión de salida del escape (Pe) y la presión absoluta del múltiple de admisión (MAP, o Pm), ya que esto determina la velocidad media efectiva del chorro de escape, Ve (eff), disponible para la etapa de recuperación de energía de la turbina. Esto significa que un Turbocompuesto produce los mayores beneficios a valores bajos de la relación (Pe bajo, Pm alto), lo que los hace ideales para su uso en condiciones con MAP excepcionalmente alto o Pe excepcionalmente bajo. Excluyendo otras etapas de recuperación de los gases de escape (como el siguiente turbocompresor), el Pe experimentado por la turbina Turbo-Compound, la Turbina de recuperación de energía, es normalmente la misma que la presión atmosférica estática (Pa). Esto significa que tienen mucho sentido en las aeronaves que operan a grandes altitudes con una Pa baja, lo que reduce naturalmente la relación Pe: Pm y, por lo tanto, aumenta la Ve (eff) y la potencia disponible para la turbina de recuperación de energía.

Teniendo esto en cuenta, la eficacia limitada del Turbocompuesto en la mayoría de las aplicaciones de carreteras debería ser evidente. Dado que los automóviles generalmente operan a presiones del nivel del mar o cercanas a ellas, tienen un Pe más alto, lo que aumenta el valor de la relación Pm: Pe y reduce la cantidad de recuperación posible con la turbina. Para que un automóvil reciba un beneficio más que marginal de un Turbocompuesto, necesitaría operar con un impulso continuo en el MAP, y uno bastante significativo además. Esto significa que primero debe usar la inducción forzada (sobrealimentador o turbocompresor) y, segundo, que el soplador mantiene un MAP constante del 30% o más sobre Pa en condiciones normales de funcionamiento. Dado que la mayoría de los automóviles de carretera operan a aceleración parcial en casi todas las condiciones, esto significa que debe tener un impulso positivo en esas condiciones de aceleración parcial, que no es una disposición muy común debido a la tensión en el motor y el calor producido. Esta es la razón por la que realmente solo se ve en los motores de encendido por compresión, diésel, que operan dentro de un rango de RPM establecido limitado la gran mayoría de las veces a velocidades que producen suficiente flujo de aire para un enfriamiento efectivo (tanto aire de carga como refrigerante). Como han señalado otros, teóricamente también podrían ser útiles en carreras, especialmente en carreras de pista larga / ovaladas, donde el automóvil funciona a RPM continuas y a alta velocidad durante períodos prolongados. Otro lugar donde pude ver un buen beneficio de Turbo-Compounding es en las carreras Peak Hill Climb de Pike: sprints cortos, a toda velocidad y de alto impulso a gran altura.

Todos estos factores: los requisitos para obtener el beneficio suficiente del sistema; el costo, el peso y la complejidad agregados; la potencial reducción de la fiabilidad; y otras tecnologías disponibles; han relegado el Turbocompuesto tradicional a una curiosidad histórica de "lo que pudo haber sido".

Por otro lado, estamos viendo variaciones de la idea. En la era de la F1 actual, usan algo parecido al Turbocompuesto que almacena la energía recuperada como electricidad en lugar de aplicarla directamente a la manivela. Ferrari también está desarrollando un sistema similar para usar en su próxima generación de autos deportivos, pero usará la potencia recuperada para impulsar un sobrealimentador eléctrico como una especie de turbocompresor desacoplado. De cualquier manera, la recuperación de energía se usa más para la generación eléctrica que cualquier otra cosa y la electricidad se usa para producir trabajo a través de motores independientes.

#3
+2
phillip
2018-01-25 06:36:42 UTC
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La composición turbo se utiliza actualmente en motores de camiones por Detroit Diesel y Volvo, pero son adecuados para aplicaciones de largo recorrido donde el motor está a revoluciones / carga constantes, se dice que la turbina de potencia extrae hasta 50 caballos de fuerza para devolver en el cigüeñal, pero la compensación, como se explicó anteriormente, es una mayor contrapresión de escape, lo que significa que los pistones tienen que empujar más fuerte para sacar el gas de escape, por lo que en funcionamiento transitorio (motor arriba y abajo del rango de revoluciones), la turbina de potencia cuesta energía, de manera constante afirmar que puede reducir el consumo de combustible entre un 2 y un 5%

#4
+2
niels nielsen
2018-01-25 14:01:12 UTC
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Limito mis comentarios a los aviones:

El turbocompuesto, como se usaba en el R3350, era una forma de extraer la energía cinética de los gases de escape con una turbina y volver a colocarla en el cigüeñal. La acumulación de contrapresión de los gases de escape no fue un limitador de diseño para crucero a 25,000 pies. En la actualidad, la turbina de recuperación de energía de los gases de escape se utiliza en su lugar para impulsar el sobrealimentador, que en el 3350 se separó del cigüeñal, lo que hace que la turbocompresor sea menos compleja que la turbocomposición.

La pregunta es discutible para motores de avión de más de 600 CV. más o menos, donde los motores turbohélice se han hecho cargo. son mucho más confiables en la gama 1500-2000 SHP que la R3350 o la R4360, además de tener una mejor relación potencia-peso.

Como tal, el turbocompuesto era una tecnología de puente entre los motores de pistón y la tecnología de turbohélice. Una vez que aparecieron motores como el Allison 501, se terminaron los motores de pistón de 18 y 28 cilindros, con o sin turbocomposición.

#5
+2
Arne Christian Rosenfeldt
2019-02-17 14:46:26 UTC
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Los motores compuestos modernos utilizan motores eléctricos para traducir la velocidad de la turbina a la velocidad de la rueda o la hélice. Para ello, se necesita electrónica moderna. Funciona en la F1 y en los camiones y funcionaría en coches híbridos con un pequeño motor de combustión interna. Las turbinas tienen un rango de trabajo más estrecho que un motor de pistón. Los coches la mayor parte del tiempo están inactivos o necesitan toda la potencia para acelerar.

Me pregunto si es posible utilizar un motor de pistón con una relación de compresión pequeña y una cámara de combustión (cubierta con un material catalizador, acolchada con aislamiento), donde las temperaturas son lo suficientemente bajas para reducir los NOx, pero aún lo suficientemente altas como para quemar el hollín y el CO. Estas temperaturas aanan y, por lo tanto, aplanan la superficie del catalizador (llamado pre-cat) y por lo tanto se evitan en los convertidores de catalizadores habituales. El escape de alta temperatura y alta presión se puede utilizar para impulsar una turbina de dos etapas. Tenga en cuenta que esta carcasa de turbina cuesta más que una carcasa para un escape diesel relativamente frío. Además, la primera etapa puede necesitar cuchillas de níquel y solo la segunda etapa puede tener planos de guía variables. Un ciclón (o incluso un filtro) en la cámara puede ayudar a prolongar la duración de las partículas de hollín en la cámara.

En general, esto es algo para un automóvil o camión híbrido premium. La agilidad se debe al motor eléctrico impulsado por un supercondensador. FADEC impone altas temperaturas en el filtro para que el hollín nunca lo congestione. El exceso de energía se vierte en las baterías.

#6
  0
Joseph Novak
2019-04-26 07:04:08 UTC
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He estado leyendo mucho sobre esto y lo que no hemos visto es una forma de turbocomposición, sino que usamos un pequeño motor de turbina capaz de funcionar solo cuando se requiere un par constante. Si está casado con un motor alternativo con sincronización variable de válvulas, las válvulas podrían mantenerse abiertas; la turbina que genera la energía. Bajo aceleración, la turbina podría funcionar como un turbocompresor usando aire de purga intercoolerizado como impulso.



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