Sovralimentazione: "Turbocompressori" / "Turbocompound" / "Volumetrici" / "E-Turbo"

[jeby]

i turbo con il motore elettrico li fanno da una vita ma anche con una piccola turbina pelton mossa dalla pompa dell'olio o ancora con getti di aria compressa in turbina (termica) ...

non ho capito: installati in ambito automobilistico? Turbo elettrico da una vita?

il fatto di disaccoppiarli è solo per questioni di ingombro

penso che il vantaggio principale sia azzerare i tempi di risposta, niente turbolag e per semplificare il layout.

perchè scusa? o ci metti la geometria variabile oppure un turbo piccolo (nel senso di turbina con sezione minore) con la westgate per bypassare gli alti, su un benzina è un po' una scelta obbligata

perché se il compressore è mosso dal motore elettrico puoi variare "a piacimento" il regime di rotazione in base alla portata che ti serve senza bisogno di valvole, indipendentemente dal regime di rotazione del motore.

[braccobaldo]

non ho capito: installati in ambito automobilistico? Turbo elettrico da una vita?

si è da prima del 2000 che tutte le case li hanno pronti e funzionanti

perché se il compressore è mosso dal motore elettrico puoi variare "a piacimento" il regime di rotazione in base alla portata che ti serve senza bisogno di valvole, indipendentemente dal regime di rotazione del motore.

la west gate la usi per controllare la turbina non il compressore, serve per poter usare un turbo con area inferiore e quindi avere una pressione di sovralimentazione più elevata e non incombere in blocco sonico alle alte portate altrimenti se non la metti devi dimensionare la sezione di passaggio sulla potenza massima del motore e quindi avere elevate sezioni di passaggio

[jeby]

si è da prima del 2000 che tutte le case li hanno pronti e funzionanti

la west gate la usi per controllare la turbina non il compressore, serve per poter usare un turbo con area inferiore e quindi avere una pressione di sovralimentazione più elevata e non incombere in blocco sonico alle alte portate altrimenti se non la metti devi dimensionare la sezione di passaggio sulla potenza massima del motore e quindi avere elevate sezioni di passaggio

Questo di subaru però sembra del tutto disaccoppiato. E comunque ok che sono pronti e funzionati, ma su che veicoli sono installati?

Inoltre nello schema "by Subaru" non essendo la turbina utile a muovere il compressore, ma solo ad alimentare il generatore di corrente, essa non è più minimamente legata alla pressione di sovralimentazione. A priori e se fosse utile potresti avere la turbina che ruota al massimo regime e il compressore fermo.

Per quello non ti serve la waste-gate che è sì sulla turbina, ma come dici tu serve ad evitare un'eccessiva pressione di sovralimentazione, tant'è che per quanto posizionata sulla linea di scarico, la waste-gate è comandata dalla pressione lato compressore: quest'ultima la puoi regolare direttamente regolando il numero di giri del motore elettrico collegato al compressore, che non è più meccanicamente collegato alla turbina.

L'unico motivo per montare comunque una waste-gate potrebbe essere, eventualmente, quella di limitare il regime di rotazione dell'alternatore accoppiato alla turbina.

[braccobaldo]

la westgate non la usi per limitare la pressione massima, si usava così ai tempi dei carburatori e delle accensioni a spinterogeno perchè non avevi il limitatore di giri

ora senza scendere nei tecnicismi prendimi sulla parola che se la sezione di turbina è bassa la pressione di mandata del compressore è alta quindi la turbina è come se fosse una strozzatura del condotto di scarico, come se fosse un convergente-divergente, ora sappiamo che in un condotto del genere se applichi una differenza di pressione ai capi il fluido accelera fino arrivare al limite a mach 1 e quindi se la velocità ha un limite e la sezione è un numero finito per quanto tu possa aumentare la differenza di pressione più di un tot di portata da li non ci passa (blocco sonico di portata)

quindi cosa si fa? si usa una piccola sezione per avere una rapida risposta ed elevate pressioni ma devi baypassare tutta la portata che non viene elaborata dalla turbina con la westgate altrimenti il motore non sale di giri oppure metti la geometria variabile che riesce a variare la sezione man mano che aumenta la portata

il motore elettrico ti serve per dare più potenza al compressore durante i transitori sottraendola direttamente dal motore, il funzionamento della turbina è sempre quello, o ci metti la westgate o la geometria variabile ... se guardi l'immagine che ho postato si vede la westgate con il leveraggio di azionamento

E comunque ok che sono pronti e funzionati, ma su che veicoli sono installati?

su nessuno perchè è complesso e non serve sia perchè ci sono tanti metodi sia a livello di dimensionamento dei condotti che come regolazione del motore per ridurre il turbolag senza sottrarre potenza al motore cosa che si vuole evitare con il turbo, se si vuole usare un dispositivo del genere tanto vale montare un compressore (volumetrico o radiale che sia) in mechanical drive che è la soluzione che si usa solitamente perchè è più semplice ed economica

Modificato 17 Maggio 2012 da braccobaldo

[jeby]

la westgate non la usi per limitare la pressione massima, si usava così ai tempi dei carburatori e delle accensioni a spinterogeno perchè non avevi il limitatore di giri

ora senza scendere nei tecnicismi prendimi sulla parola che se la sezione di turbina è bassa la pressione di mandata del compressore è alta quindi la turbina è come se fosse una strozzatura del condotto di scarico, come se fosse un convergente-divergente, ora sappiamo che in un condotto del genere se applichi una differenza di pressione ai capi il fluido accelera fino arrivare al limite a mach 1 e quindi se la velocità ha un limite e la sezione è un numero finito per quanto tu possa aumentare la differenza di pressione più di un tot di portata da li non ci passa (blocco sonico di portata)

quindi cosa si fa? si usa una piccola sezione per avere una rapida risposta ed elevate pressioni ma devi baypassare tutta la portata che non viene elaborata dalla turbina con la westgate altrimenti il motore non sale di giri oppure metti la geometria variabile che riesce a variare la sezione man mano che aumenta la portata

il motore elettrico ti serve per dare più potenza al compressore durante i transitori sottraendola direttamente dal motore, il funzionamento della turbina è sempre quello, o ci metti la westgate o la geometria variabile ... se guardi l'immagine che ho postato si vede l'uscita della westgate con il leveraggio di azionamento

su nessuno perchè è complesso e non serve sia perchè ci sono tanti metodi sia a livello di dimensionamento dei condotti che come regolazione del motore per ridurre il turbolag senza sottrarre potenza al motore cosa che si vuole evitare con il turbo, se si vuole usare un dispositivo del genere tanto vale montare un compressore (volumetrico o radiale che sia) in mechanical drive che è la soluzione che si usa solitamente perchè è più semplice ed economica

guarda che lo so come funziona un turbocompressore... la laurea in ingegneria aeronautica non l'ho comprata... e no, non ti prendo sulla parola.

Mi sa che non hai letto il mio intervento e ti sei fissato con lo schema e-turbo di Garret. Da quello che si legge il sistema proposto da Subaru, è diverso: NON ci sarà un turbocompressore, ma ci sarà UN compressore elettrico ed UN generatore a turbina, completamente disaccoppiati meccanicamente... quindi, rotazione turbina non più legata a rotazione compressore, risposta turbina non legata alla risposta fel compressore.

La pressione di efflusso del gas dalla camera non dipende certamente (o meglio: dipende in minima parte) dalla pressione di sovralimentazione, a priori potresti avere compressore fermo e turbina a pieno ritmo e viceversa. Se non sono collegati meccanicamente, in mezzo c'è solo una camera di combustione che è l'unica condizione che influenza la turbina. Chiaro che le sezioni devono essere dimensionate per non andare in blocco sonico, ma se dimensioni la turbina per funzionare SOLO ED ESCLUSIVAMENTE come generatore di corrente, puoi permetterti di fregartene della risposta ai bassi dove tra l'altro hai poca energia sfruttabile, e concentrarti sugli alti per avere un funzionamento più stabile, dimensionandola per lavorare agli alti regimi dove l'irregolarità di è minore.

La risposta di questo sistema non dipende dal regime di rotazione motore, dato che compressore e turbina sono disaccoppiati. Nel sistema che hai postato tu, che è diverso da quello descritto per subaru, NON sono disaccoppiati, e allora PER forza che serve la wastegate.... Dato che in quello "subaru like" la risposta del compressore è legata SOLO al motore elettrico e non alla turbina, puoi benissimo fare una turbina grande, anche senza geometria variabile, con risposta "lenta" che utilizzi solo per generare corrente elettrica. E la waste-gate la levi, non serve più.

Vuoi metterci la waste-gate? Va bene: con che pressione la comandi? Quella del compressore è già regolata dal motore elettrico, quindi quella non è. Quale?

Modificato 17 Maggio 2012 da jeby

[braccobaldo]

guarda che lo so come funziona un turbocompressore... la laurea in ingegneria aeronautica non l'ho comprata... e no, non ti prendo sulla parola.

non volevo offenderti, è solo che capisci che non posso sapere con chi sto discutendo e mi sembrava offensivo ed estremamente saccente sbandierare chissà quale teoria che potrebbe risultare offensiva nei confronti dell'intelligenza di qualcuno che non sapesse leggere od interpretare quello che scrivevo

La risposta di questo sistema non dipende dal regime di rotazione motore, dato che compressore e turbina sono disaccoppiati. Nel sistema che hai postato tu, che è diverso da quello descritto per subaru, NON sono disaccoppiati,

il fatto di disaccoppiare le due macchine non ti cambia nulla, al compressore occorre potenza, che poi questa venga gli venga fornita integralmente da un motore elettrico o solo parzialmente lui non lo sa e non gli cambia nulla ... se ai bassi la turbina non eroga abbastanza potenza, viene compensato dal motore elettrico (in parte alimentato dall'alternatore)

svincolare il regime di rotazione ti può portare al limite ad avere un compressore lievemente più piccolo perchè più veloce ma nulla di più, è solo questione di ingombri perchè lo posizioni più facilmente

Chiaro che le sezioni devono essere dimensionate per non andare in blocco sonico, ma se dimensioni la turbina per funzionare SOLO ED ESCLUSIVAMENTE come generatore di corrente, puoi permetterti di fregartene della risposta ai bassi dove tra l'altro hai poca energia sfruttabile, e concentrarti sugli alti per avere un funzionamento più stabile, dimensionandola per lavorare agli alti regimi dove l'irregolarità di è minore.

è vero la turbina diventa un generatore, il suo compito è sempre quello di erogare potenza a lei poco tange ma devi considerare che a nessuno importa recuperare tanta potenza dal turbo ... devi solo avere abbastanza potenza per muovere il compressore (anche perchè non puoi recuperarne molto di più perchè avendo le condizioni allo scarico vincolate di fatto dai sistemi post trattamento e la portata massica che è fondamentalmente la stessa elaborata dal compressore l'unica cosa che ti fa variare il salto entalpico e quindi il lavoro euleriano è la temperatura in ingresso in turbina che puoi anche assumere quasi come una costante) e chi te lo fa fare di avere una turbina che ti fornisce poca potenza ai bassi? vuole dire che quando la potenza non viene erogata dalla turbina la devi recuperare dal motore tramite l'alternatore il che non ha senso perchè peggiori performance e consumi

dimensionare la turbina per funzionare al massimo non ha senso ti mangi una fetta enorme di potenza e non ne trai vantaggi perchè è vero che avrà probabilmente un rendimento superiore ma non la stabilizzi perchè come ben sai dai corsi di dinamica e meccanica vibrazionale è una questione ben diversa e dai corsi di meccanica dei fluidi e turbomacchine sai benissimo che parlare di irregolarità è il minimo perchè è un sistema ad impulsi e la stazionarietà non risiede da queste parti

devi avere per forza qualche dispositivo che ti permetta di estrarre abbastanza potenza in tutti i campi di funzionamento, certo è difficile e non sempre possibile ed è per quello che serve l'elettrico

Vuoi metterci la waste-gate? Va bene: con che pressione la comandi? Quella del compressore è già regolata dal motore elettrico, quindi quella non è. Quale?

le westgate erano bilanciate con la pressione di mandata ai tempi dei carburatori, sono decenni che viene solamente attuata in modo pneumatico ma è la gestione motore che regola l'attuazione tramite elettrovalvole perchè tramite il debimetro, la sonda a lambda, i sensori di detonazione e l'encoder sull'albero motore sai perfettamente quanta potenza sta entrando in turbina

[Matteo B.]

e chi te lo fa fare di avere una turbina che ti fornisce poca potenza ai bassi? vuole dire che quando la potenza non viene erogata dalla turbina la devi recuperare dal motore tramite l'alternatore il che non ha senso perchè peggiori performance e consumi

non è detto....oggi ci sono sistemi di recupero dell'energia (ibridi a vario titolo) e secondo me il sistema subaru prevede un motore elettrico a valle dell'albero motore e un pacco batterie.

i vantaggi del sistema tracciato da Jeby (il disaccoppiamento tra compressore elettrico e generatore a turbina) mi sembrano importanti...

non abbiamo un quadro completo del sistema, tuttavia....bisognerà aspettare una presentazione ufficiale.

[Regazzoni]

è vero la turbina diventa un generatore, il suo compito è sempre quello di erogare potenza a lei poco tange ma devi considerare che a nessuno importa recuperare tanta potenza dal turbo ... devi solo avere abbastanza potenza per muovere il compressore (anche perchè non puoi recuperarne molto di più perchè avendo le condizioni allo scarico vincolate di fatto dai sistemi post trattamento e la portata massica che è fondamentalmente la stessa elaborata dal compressore l'unica cosa che ti fa variare il salto entalpico e quindi il lavoro euleriano è la temperatura in ingresso in turbina che puoi anche assumere quasi come una costante) e chi te lo fa fare di avere una turbina che ti fornisce poca potenza ai bassi? vuole dire che quando la potenza non viene erogata dalla turbina la devi recuperare dal motore tramite l'alternatore il che non ha senso perchè peggiori performance e consumi

Concordo con jeby sul fatto che tu non sembri aver ancora colto il reale funzionamento e le implicazioni pratiche di un sistema come quello descritto, con turbina e compressore del tutto disgiunti e indipendenti.

La turbina, usata come solo generatore, può lavorare in modo utile in qualsiasi momento, non solo quando il compressore ne ha bisogno. E l'energia creata può essere immagazzinata, cosa che non è possibile con un normale turbo-compressore.

Allo stesso modo il compressore può lavorare quando e come vuole, usando l'energia di cui ha bisogno anche se la turbina non è in grado di fornirgliela in quell'esatto momento. E quando ha bisogno di meno energia di quella prodotta dalla turbina, quell'energia viene recuperata e stoccata, non buttata via per evitare che il motore vada più forte del necessario.

Certo ci sono diverse trasformazioni di energia, trasferimenti e stoccaggi che complicano il tutto e possono azzoppare il sistema, se l'efficienza complessiva è insufficiente.

Ma è anche vero che se il sistema funziona bene ti ritrovi ad avere dei bei vantaggi i molti campi: regolarità ed elasticità del motore, rapidità di risposta ai transitori, miglioramento delle prestazioni e allo stesso tempo risparmio di carburante, notevole risparmio in ingombri all'interno del vano motore..

Mi sembra tutt'altro che un sistema privo di scopo, come sembri descriverlo tu.

[jeby]

Premesso che:

- come dice matteo, il sistema non si capisce bene come è fatto

- che in effetti l'efficienza totale del sistema potrebbe essere inferiore a quella di un "normale" turbocompressore (come già detto in precedenza) per tutti i rendimenti e le trasformazioni che ci sono in gioco

braccobaldo, ma la waste-gate per te a che serve? cioè, che sia comandata pneumaticamente, o elettricamente, o con una scimmietta nel motore che la apre manualmente, qual è la sua funzione? La sua funzione è quella di controllare la pressione di sovralimentazione. E basta. Per evitare danni al motore: quelle elettroattuate leggeranno diversi parametri, al fine di aprirla quando viene raggiunta la massima pressione di sovralimentazione e tenersi lontano dalla detonazione non controllata.

La wate-gate serve solo per limitare la pressione lato compressore, è una banale valvola di sicurezza attuata come pare a te, ma la funzione rimane quella e il parametro pilota è sempre la pressione di sovralimentazione (misurata o ricostruita da altri parametri)

Per quanto sia installata lato turbina, non è un dispositivo atto a proteggere la turbina, che ne so, per condizioni di temperatura critica o altro. Se fosse così, ovvero se la condizione limitante (quello che comanda) fosse lato turbina, vorrebbe dire che ci potrebbero essere tutta una serie di situazioni in cui la valvola apre prima del raggiungimento della massima pressione di sovralimentazione, ovvero lontano dalla prestazione ottenibile, ovvero: hai sbagliato a dimensionare la turbina e non ci sono cazzi.

La waste-gate è solo un modo veloce ma poco efficiente (stai buttando via energia) per limitare la pressione di sovralimentazione. Nel caso di un compressore totalmente elettrico questa valvola non serve più perché tale pressione è controllata direttamente dal motore elettrico. Potresti realizzare una curva boost-rpm lineare fino ad un certo punto e poi con un plateau oltre un certo numero di giri in modo da poter estendere il range di giri motore senza rovinare nulla e senza buttare energia per effettuare la regolazione. Dall'altra parte avresti una turbina dimensionata per lavorare su tutto il range di giri motore. Ai bassi risponde lentamente, ma il compressore non lo sa perché in mezzo ci sarà quantomeno un accumulatore che faccia da buffer e che accumuli quello che viene da eventuali dispositivi di recupero energia (kers e simili) oltre alla quota parte di energia extra recuperata dalla turbina agli alti regimi e non usata dal compressore e non sprecata tramite waste-gate.

Tutto ciò SE lo schema è quello descritto da me prima. Sennò, se i sistemi sono anche accoppiati meccanicamente allora la waste-gate serve sì, e l'attuazione elettrica del compressore mangia energia che non viene prodotta dalla turbina, ma da altro (alternatore, Kers e simili)

P.S.: PoliMI?

Modificato 18 Maggio 2012 da jeby

[Walker]

o con una scimmietta nel motore che la apre manualmente

Uhuhuhuhuh!!!

Scusate se faccio domande da ABC ... i motori turbocompressi di oggi hanno tutti compressore e turbina accoppiati? E il fatto di realizzarli disaccoppiati equivale a realizzare un sistema a doppia geometria variabile, o sono due cose differenti? Poi non ho capito: in un turbocompressore a geometria variabile (normale), l'entità della pressione di alimentazione varia al variare della geometria dello statore (e quindi regolata dalla centralina), oppure anche nella geometria variabile attuale è necessaria la wastegate?

Se fossimo nel secondo caso, prevedendo il nuovo motore Subaru un disaccoppiamento di turbina e compressore, la wastegate non servirebbe più perché le due componenti non sono influenzate l'una dall'altra (e quindi la turbina non sarebbe sollecitata direttamente dal compressore), ma regolate da un attuatore elettrico? Oppure mi sto perdendo???