Последние новости
Главная / Технологии / Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Интеллектуальная система Exro оптимизирует работу электродвигателя как по крутящему моменту, так и по скорости в зависимости от режимов работы электрокара. Экологичные автомобили, будь-то «чистые» электромобили или плагин-гибриды объединяет наличие электродвигателя, в качестве основной движущей силы.

Работа современного электрического двигателя основана на принципе электромагнитной индукции, в базе которого лежит выработка электродвижущей силы в замкнутом контуре с изменением магнитного потока. Технология не нова, однако современные достижения науки и техники позволили развить ее до невероятных высот. Немалую роль в этом сыграла и возросшая в десятки раз мощность и емкость аккумуляторных батарей.

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

В будущем, электродвигатели будут продолжать совершенствоваться в производительности и эффективности.

Наверняка исследователи будут искать магниты, изготовленные с использованием более дешевых и редкоземельных элементов, как это недавно сделала Honda в проекте разработки Daido Steel. Их неодимовый магнит не содержит тяжелых редкоземельных материалов, но все еще достаточно мощный для использования в транспортных средствах. Скорости двигателя также повысятся: в настоящее время они варьируются примерно от 12 000 до 18 000 оборотов в минуту, но исследователи разрабатывают двигатели, которые могут развивать скорость до 30 000 об/мин, с тем преимуществом, что меньший, более легкий двигатель может выполнять работу большего, который вращается медленнее.

Также ведутся поисковые работы по улучшению управления температурным режимом, что еще больше повысит эффективность, и будут совершенно новые конструкции двигателей, такие как сверхлегкие моторы с колесными ступицами.

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Электромобиль Nissan Leaf в «разрезе»: батарея с электродвигателем.

Тем не менее, нельзя со 100% уверенностью утверждать, что все электродвигатели одинаковы. Многие ошибочно считают электродвигатель довольно простой установкой. Однако стоит, к примеру, учитывать их характеристики и тот факт, что в отличии от ДВС, у электрического двигателя практически 90% КПД выделяемой энергии идет на создание крутящего момента. Высокую мощность необходимо рационально использовать.

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока Tesla Model S.
Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем
В будущем, электродвигатели будут продолжать совершенствоваться в производительности и эффективности.

Работа современного электродвигателя основана на давно известном принципе электромагнитной индукции. Традиционно агрегат состоит из недвижимого элемента – статора, и крутящегося – ротора. Статор имеет ряд обмоток, на которые поступает электрический ток, что приводит к появлению магнитного поля, при котором ротор начинает свое движение. Скоростные показатели ротора определяются частотой, с которой происходит переключение тока с одной обмотки статора на другую.

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Электродвигатель Nissan Leaf. Сам электродвигатель, это достаточно совершенное устройство, апгрейд которого происходит исключительно в зависимости от потенциала использования. Ближайшие тенденции по улучшению электродвигателя направлены в сторону уменьшения размеров и массы, с сохранением и увеличением производительности.

Для получения высоких показателей – жесткие требования

Основными требованиями, предъявляемыми к электрическим двигателям электрокаров являются: высокая мгновенная мощность и высокая плотность мощности; высокий крутящий момент на низких скоростях для старта и набора скорости, а также высокая мощность на высокой скорости для крейсерского движения; очень широкий диапазон скоростей, включая области постоянного крутящего момента и постоянной мощности; быстрый отклик крутящего момента; высокая эффективность в широком диапазоне скоростей и крутящего момента; высокая эффективность рекуперативного торможения; высокая надежность и надежность для различных условий эксплуатации автомобиля; и разумная стоимость.

Кроме того, в случае неисправной работы, электрический двигатель должен быть отказоустойчивым. Наконец, с промышленной точки зрения, дополнительным критерием выбора является степень приемлемости на рынке для каждого типа двигателя, которая тесно связана со сравнительной доступностью и стоимостью связанной с ним технологии преобразования мощности

Универсальный – не значит лучший

Универсальные устройства, хорошо работающие во всех случаях, создать достаточно сложно. Когда инженеры проектируют электродвигатель для конкретного применения, он оптимизируется для создания наибольшего крутящего момента или скорости, поскольку эти два фактора часто взаимоисключающие. Это не проблема, если двигатель работает постоянно при стабильной нагрузке или скорости. Но если режим работы постоянно изменяется, что характерно для электромобилей, и периодически требуется либо большой крутящий момент, например, для разгона или преодоления перегрузок либо высокая скорость при легких условиях движения, то выдвигаются особые требования. Обычные решения — добавить коробку передач или использовать несколько двигателей, которые увеличивают стоимость, сложность и вес автомобиля (в Tesla Model 3 используется полный привод с двумя двигателями — один двигатель для высокого крутящего момента, а другой для скорости). В качестве альтернативы, инженеры часто идут на компромисс и проектируют двигатель для получения средних показателей, как по крутящему моменту, так и по скорости, допуская неэффективную работу на всех режимах, кроме ограниченного диапазона работы двигателя.

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Электродвигатель Chevrolet Bolt. Дженерал моторс.
Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем
а. Характеристики тяговых двигателей; б. Характеристики тягового усилия автомобиля ICE

Действительно, в области постоянного крутящего момента электродвигатель прикладывает постоянный крутящий момент (номинальный крутящий момент) во всем диапазоне скоростей, пока номинальная скорость не будет достигнута. Помимо номинальной скорости двигателя, крутящий момент будет пропорционально уменьшаться со скоростью, что приводит к постоянной мощности (номинальной мощности). Область постоянной мощности в конечном итоге ухудшается на высоких скоростях, при которых крутящий момент уменьшается пропорционально квадрату скорости. Эта характеристика соответствует профилю тягового усилия в зависимости от скорости на ведущих колесах. По сути, для источника питания с заданной номинальной мощностью профиль тягового усилия в зависимости от скорости должен быть постоянным.

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Для того, чтобы добиться высокого пускового момента от легко упаковываемых двигателей малого диаметра, большинство из них используют редукторы.

Такие компании, как инжиниринговая фирма GKN и известный производитель трансмиссий ZF, уже усердно работают над тем, чтобы сделать это реальностью. Используя трансмиссию, такую как eTwinsterX от GKN, электромобиль оснащен вторичным передаточным числом. Используя второе пониженное отношение, диапазон эффективности транспортного средства эффективно расширяется, что означает, что он смещает максимальную скорость транспортного средства выше, без необходимости вращения электродвигателя с большей частотой или не используя больше электричества. Это связано с тем, что двигатель вращается с более низкими оборотами, уменьшая количество тока, необходимого для привода двигателя при движении с заданной скоростью, и значительно увеличивая диапазон, поддерживая области эффективности «в идеальном месте» в течение более длительных периодов времени.

Используя тщательно рассчитанные передаточные числа, производитель может максимизировать эффективность для электромобиля без использования трансмиссии для переключения передач. К сожалению, это также приводит к снижению общей максимальной скорости автомобиля, чтобы компенсировать равномерно распределенную мощность.

Но в целом эти редукторы тяжелые, сложные и дорогие — и потенциально возникает желание создать электродвигатель, способный выполнять заданные функции без редуктора.

Новый малый шаг к решению глобальных задач

Команда из Техаса Exro Technologies изобрела новый тип электродвигателя, который может радикально упростить электрическую трансмиссию, обеспечивая при этом большую эффективность, крутящий момент, мощность и диапазон бонусов. Теоретически, меньшее количество движущихся частей в автомобиле означает большую эффективность.

Теперь производители нашли способ сделать эти электродвигатели еще более эффективными и привлекательными, улучшив диапазон и полезную мощность электромобилей

Запатентованная технология Exro, которая применима как к двигателям, так и к генераторам, эффективно обеспечивает две машины в одной — двигатель с высоким крутящим моментом и двигатель с высокой скоростью. В этом методе используется комбинация схем переключения и микроконтроллера, на котором работает алгоритм динамического управления мощностью, чтобы определить оптимальную конфигурацию катушек, необходимую для получения желаемого профиля скорости и крутящего момента. Exro называет его «приводом катушки» и говорит, что «он позволяет два отдельных профиля крутящего момента в данном двигателе. Первый откалиброван для низкой скорости и высокого крутящего момента, а второй обеспечивает расширенную работу на высокой скорости. Возможность изменения конфигурации позволяет оптимизировать эффективность для каждого режима работы, что приводит к общему снижению энергопотребления.

В стандартном двигателе каждая пара полюсов имеет катушку, и когда эта пара находится под напряжением, магнитное поле вращает ротор. Exro берет каждую катушку и разбивает ее на две или более катушок. Коммутационная схема размещает катушки последовательно, параллельно или в комбинации, в зависимости от требований нагрузки и скорости в данный момент.

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Две конфигурации обмоток двигателя. (Изображение предоставлено Exro).

Когда катушки соединены последовательно, двигатель генерирует высокий крутящий момент на низких скоростях. Параллельно, более низкая индуктивность уменьшает реактивное сопротивление и полное сопротивление статора, и с меньшим падением напряжения на статоре, большее напряжение доступно для ускорения привода машины при более высоком крутящем моменте, как видно из профиля крутящего момента ниже.

Оптимизировать крутящий момент и скорость. Интеллектуальное управление электродвигателем

Последовательные и параллельные профили крутящего момента. (Изображение предоставлено Exro).

Эти электронные коробки передач могут быть применены к новым конструкциям двигателей или модернизированы для существующих двигателей. Это совершенно не меняет основополагающую конструкцию двигателя — во многих случаях требуется перемонтировать обмотки. Фактически, в конце 2019 года Exro выпустила свое первое доказательство концепции — модификацию для электронных велосипедов Motorino. Это было довольно легко дооснастить, так как у оригинального двигателя нужно было заменить только проводку катушки. Результатом модернизации стало увеличение крутящего момента и ускорения на 25 процентов.

Exro недавно согласилась сотрудничать с Zero Motorcycles для внедрения технологии переключения катушек в электродвигатели Zero. Кроме того, Exro сотрудничает с SEA Electric в производстве передовых силовых агрегатов для грузовых фургонов и грузовых автомобилей большой грузоподъемности, с Aurora Powertrains для улучшения двигателей своих электрических снегоходов и с Clean Seed для разработки электрического сельскохозяйственного оборудования.

Конструкция масштабируема и может применяться к двигателям в таких устройствах, как скейтборды, велосипеды, мотоциклы, автомобили, грузовики и автобусы, а также промышленное оборудование.

Предложенная система работает как для двигателей, так и для генераторов, является двойным выигрышем для диапазона электромобилей (EV), поскольку повышает КПД двигателя (таким образом, используя меньше энергии на единицу расстояния) и увеличивает возврат энергии во время рекуперативного торможения.

Смотрите также

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Группа ученых работает над созданием сверхнового двигателя. Он будет установлен на космический корабль, миссия которого заключается в путешествии на Титан. Это далекий спутник Сатурна, который вызывает особенный интерес у астрономов.

Термоядерный двигатель (direct fusion drive или DFD) проектируют в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). Ученые и инженеры во главе с доктором Сэмюэлем Коэном в настоящее время работают над второй версией аппарата, известной как «Princeton field reversed configuration -2» (PFRC-2). В конце концов, разработчики системы надеются запустить ее в космос для тестирования.

Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Художественная концепция Direct Fusion Drive.Предоставлено: Princeton Satellite Systems.

По сей день ученые пока не могут использовать возможности ядерного синтеза для практического применения.

Однако инновационные подходы могут радикально разрешить эту трудность, чтобы исследовать космическое пространство. Исследованием этой темы в настоящее время занимаются специалисты и аэрокосмчиеские инженеры Технологического колледжа Нью-Йорка и Туринского политехнического университета Италии.

Они решили сохранить теоретическую природу использования ядерного синтеза и применить экспериментальную установку в лаборатории физики плазмы Принстона. Как оказалось, в таком случае космический аппарат с термоядерным приводом может показать лучшие результаты.

Он будет оснащен энергоэффективностью электрического двигателя с мощной тягой двигателя, работающего на топливе. Термоядерный двигатель имеет особенность: он способен питать звездолет на протяжении всего долгого путешествия и ему не потребуются дополнительные генераторы.

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Ученые, работающие над созданием нового термоядерного двигателя, считают, то времени у них в достатке. Земля и Титан займут идеальное положение для полета космического корабля не ранее 2046 года.

Конструкция космического корабля могла добраться до Титана всего за 2 года с использованием прямого термоядерного двигателя

Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

PFRC-2 DFD в действии.

Даже с относительно небольшим количеством чрезвычайно мощного топлива DFD может превзойти химические или электрические методы движения, которые обычно используют. Удельный импульс системы, который является мерой того, насколько эффективно двигатель использует топливо, оценивается как сопоставимый с электрическими двигателями, наиболее эффективными из имеющихся в настоящее время. Вдобавок двигатель DFD будет обеспечивать тягу в 4-5Н в режиме малой мощности, что лишь немного меньше, чем та, которую может выдавать химическая ракета в течение длительного периода времени. По сути,DFD сочетает превосходный удельный импульс электрических силовых установок с превосходной тягой химических ракет, в комбинации, которая объединяет лучшее из обеих систем полета.

Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Холодная плазма обтекает зону термоядерного синтеза, поглощает энергию продуктов термоядерного синтеза и затем ускоряется магнитным соплом.

Ученые пока не могут использовать возможности ядерного синтеза для практического применения. По расчетам инженеров и конструкторов новый двигатель сможет использовать особенные мощности, что поможет ему достигнуть финишной точки, заняв половину времени, которое было необходимо для космического путешествия ровера «Кассини».

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Группа ученых работает над созданием сверхнового двигателя. Он будет установлен на космический корабль, миссия которого заключается в путешествии на Титан. Это далекий спутник Сатурна, который вызывает особенный интерес у астрономов.

Термоядерный двигатель (direct fusion drive или DFD) проектируют в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). Ученые и инженеры во главе с доктором Сэмюэлем Коэном в настоящее время работают над второй версией аппарата, известной как «Princeton field reversed configuration -2» (PFRC-2). В конце концов, разработчики системы надеются запустить ее в космос для тестирования.

Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Художественная концепция Direct Fusion Drive.Предоставлено: Princeton Satellite Systems.

По сей день ученые пока не могут использовать возможности ядерного синтеза для практического применения.

Однако инновационные подходы могут радикально разрешить эту трудность, чтобы исследовать космическое пространство. Исследованием этой темы в настоящее время занимаются специалисты и аэрокосмчиеские инженеры Технологического колледжа Нью-Йорка и Туринского политехнического университета Италии.

Они решили сохранить теоретическую природу использования ядерного синтеза и применить экспериментальную установку в лаборатории физики плазмы Принстона. Как оказалось, в таком случае космический аппарат с термоядерным приводом может показать лучшие результаты.

Он будет оснащен энергоэффективностью электрического двигателя с мощной тягой двигателя, работающего на топливе. Термоядерный двигатель имеет особенность: он способен питать звездолет на протяжении всего долгого путешествия и ему не потребуются дополнительные генераторы.

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Ученые, работающие над созданием нового термоядерного двигателя, считают, то времени у них в достатке. Земля и Титан займут идеальное положение для полета космического корабля не ранее 2046 года.

Конструкция космического корабля могла добраться до Титана всего за 2 года с использованием прямого термоядерного двигателя

Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

PFRC-2 DFD в действии.

Даже с относительно небольшим количеством чрезвычайно мощного топлива DFD может превзойти химические или электрические методы движения, которые обычно используют. Удельный импульс системы, который является мерой того, насколько эффективно двигатель использует топливо, оценивается как сопоставимый с электрическими двигателями, наиболее эффективными из имеющихся в настоящее время. Вдобавок двигатель DFD будет обеспечивать тягу в 4-5Н в режиме малой мощности, что лишь немного меньше, чем та, которую может выдавать химическая ракета в течение длительного периода времени. По сути,DFD сочетает превосходный удельный импульс электрических силовых установок с превосходной тягой химических ракет, в комбинации, которая объединяет лучшее из обеих систем полета.

Хотя двигатель все еще находится в стадии разработки, на нем используют многие преимущества анейтронного синтеза, в первую очередь чрезвычайно высокое отношение мощности к массе. Топливо для DFD может незначительно отличаться по массе и содержит дейтерий и изотоп гелия.

Термоядерный двигатель будущего: добраться до Титана за 2 года

Холодная плазма обтекает зону термоядерного синтеза, поглощает энергию продуктов термоядерного синтеза и затем ускоряется магнитным соплом.

Ученые пока не могут использовать возможности ядерного синтеза для практического применения. По расчетам инженеров и конструкторов новый двигатель сможет использовать особенные мощности, что поможет ему достигнуть финишной точки, заняв половину времени, которое было необходимо для космического путешествия ровера «Кассини».

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность — это недостатки поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в современном газонном и садовом оборудовании, таком как воздуходувки и триммеры для газонов.

Роторный ДВС, который значительно меньше, легче и тише, а также на 20% экономичнее, ДВС используемых в устройствах с малым объемом двигателя.

Двигатель LiquidPiston X Mini объемом 70 кубических сантиметров выдает около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об/мин;при мегьше 2 кг он примерно на 30% меньше четырехтактных поршневых ДВС объемом 50 кубических сантиметров, которые он должен заменить.В полностью собранном виде X Mini может выдавать около 5 лошадиных сил при 15000 оборотах в минуту и ​​весить 1,3 кг.

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

Мощность нового двигателя примерно в три раза меньше мощности эквивалентных бензиновых двигателей с искровым зажиганием и на 75% меньше мощностидизельных аналогов. Однако LiquidPiston X Mini является более эффективным с точки зрения потребления топлива и конструкции. Кроме того, новый двигатель может питаться как бензином, так и дизельным топливом. Команда LiquidPiston говорит, что масштабируемость двигателя позволяет получить мощность до 1000 л. с.

Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и оптимальном расширение для большего извлечения энергии. С двумя движущимися частями, ротором и валом и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных ДВС для управления подачей топлива, двигатель имеет пониженные характеристики шума и вибрации.

Двигатель можно масштабировать и модифицировать для мопедов, дронов, судового силового оборудования, робототехники, лодок, самолетов и других транспортных средств.

Компания уже продемонстрировала доказательство концепции для высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других приложений.Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.

«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, это 120-ти килограммовая горилла, которой нужно пять человек, чтобы передвигаться», — говорит Школьник.«Вы можете себе представить, что если мы сможем превратить его в 7-ми килограммовое устройство, это будет революционно».

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

LiquidPiston X Mini разработан как уникальный роторный двигатель, в котором происходят 3 такта сгорания на один оборот ротора.

Обратный Ванкель

X Mini — это, по сути, модернизация конструкции компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годах и используемого сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.

В модели Ванкеля ротор с закругленным треугольником вращается по эксцентрической орбите внутри овальной камеры, при этом каждое вращение производит три такта мощности — где двигатель создает силу.В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного скругленного треугольного корпуса.

«Мы перевернули все в традиционном роторном двигателе, и теперь можем выполнить новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля», — говорит Школьник.

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

liquidpiston.com

Например, в двигателе Ванкеля используется длинная камера сгорания (похожая на тонкий полумесяц), что приводит к расходу топлива, поскольку пламя не может достигать задних краев камеры и гасится за счет ее большой площади поверхност.Камера сгорания X Mini более округлая и широкая, поэтому пламя горит на меньшей площади.

Впуск воздуха, топлива и выпуска газа в X Mini происходит через два порта в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах.

Асимметричное расположение этих портов немного задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет осуществлять процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока не исчезнет давление, что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива.

Эта конструкция также обеспечивает «горение постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.

«Чтобы сжечь топливо в двигателе, нужно много времени», — говорит Школьник. «В большинстве двигателей, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность процесса сгорания. Мы продолжаем горение, пока ротор находится наверху камеры, и при этих условиях форсируем горение. Так это намного эффективнее».

В 2006 году, проанализировав десятки итераций двигателей, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на создание первого прототипа дизельного двигателя.(Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей, воплощающих HEHC.)

Благодаря многочисленным отзывам производителей силового оборудования, призывающих к более легким, более тихим и безвибрационным двигателям, LiquidPiston недавно перешел на X Mini, который был разработан и выпущен в течение последних шести месяцев.

«Помимо улучшения существующих приложений для двигателей, X Mini может позволить использовать совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны с текущими технологиями двигателей или аккумуляторных батарей.

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

Шум, чрезмерная вибрация и относительная неэффективность — это недостатки поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС), которые используются в современном газонном и садовом оборудовании, таком как воздуходувки и триммеры для газонов.

Роторный ДВС, который значительно меньше, легче и тише, а также на 20% экономичнее, ДВС используемых в устройствах с малым объемом двигателя.

Двигатель LiquidPiston X Mini объемом 70 кубических сантиметров выдает около 3,5 лошадиных сил при 10 000 об/мин;при мегьше 2 кг он примерно на 30% меньше четырехтактных поршневых ДВС объемом 50 кубических сантиметров, которые он должен заменить.В полностью собранном виде X Mini может выдавать около 5 лошадиных сил при 15000 оборотах в минуту и ​​весить 1,3 кг.

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

Мощность нового двигателя примерно в три раза меньше мощности эквивалентных бензиновых двигателей с искровым зажиганием и на 75% меньше мощностидизельных аналогов. Однако LiquidPiston X Mini является более эффективным с точки зрения потребления топлива и конструкции. Кроме того, новый двигатель может питаться как бензином, так и дизельным топливом. Команда LiquidPiston говорит, что масштабируемость двигателя позволяет получить мощность до 1000 л. с.

Двигатель работает по новому высокоэффективному гибридному циклу (HEHC), который обеспечивает сгорание при постоянном объеме и оптимальном расширение для большего извлечения энергии. С двумя движущимися частями, ротором и валом и без тарельчатых клапанов, которые обычно используются в других четырехтактных ДВС для управления подачей топлива, двигатель имеет пониженные характеристики шума и вибрации.

Двигатель можно масштабировать и модифицировать для мопедов, дронов, судового силового оборудования, робототехники, лодок, самолетов и других транспортных средств.

Компания уже продемонстрировала доказательство концепции для высокоэффективных дизельных версий двигателя, включая 70-сильный X1 и 40-сильный X2, для генераторов и других приложений.Компания надеется в конечном итоге разработать небольшие дизельные версии двигателя X Mini для военных целей.

«Если вы посмотрите на 3-киловаттный военный генератор, это 120-ти килограммовая горилла, которой нужно пять человек, чтобы передвигаться», — говорит Школьник.«Вы можете себе представить, что если мы сможем превратить его в 7-ми килограммовое устройство, это будет революционно».

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

LiquidPiston X Mini разработан как уникальный роторный двигатель, в котором происходят 3 такта сгорания на один оборот ротора.

Обратный Ванкель

X Mini — это, по сути, модернизация конструкции компактного роторного двигателя Ванкеля, изобретенного в 1950-х годах и используемого сегодня в спортивных автомобилях, лодках и некоторых самолетах.

В модели Ванкеля ротор с закругленным треугольником вращается по эксцентрической орбите внутри овальной камеры, при этом каждое вращение производит три такта мощности — где двигатель создает силу.В X Mini овальный ротор вращается внутри модифицированного скругленного треугольного корпуса.

«Мы перевернули все в традиционном роторном двигателе, и теперь можем выполнить новый термодинамический цикл [HEHC] и решить все проблемы, которые преследовали традиционный двигатель Ванкеля», — говорит Школьник.

Роторный двигатель X Mini. Меньше, легче, тише и экономичнее аналогов

liquidpiston.com

Например, в двигателе Ванкеля используется длинная камера сгорания (похожая на тонкий полумесяц), что приводит к расходу топлива, поскольку пламя не может достигать задних краев камеры и гасится за счет ее большой площади поверхност.Камера сгорания X Mini более округлая и широкая, поэтому пламя горит на меньшей площади.

Впуск воздуха, топлива и выпуска газа в X Mini происходит через два порта в роторе, которые открываются или закрываются по мере вращения ротора, что устраняет необходимость в клапанах.

Асимметричное расположение этих портов немного задерживает процесс выхлопа при расширении. Это позволяет осуществлять процесс сверхрасширения HEHC — из термодинамического цикла Аткинсона, используемого в некоторых гибридных автомобилях — когда газ расширяется в камере до тех пор, пока не исчезнет давление, что дает двигателю больше времени для извлечения энергии из топлива.

Эта конструкция также обеспечивает «горение постоянного объема» HEHC — из термодинамического цикла Отто, используемого в поршневых двигателях с искровым зажиганием — где сжатый газ удерживается в камере в течение длительного периода, позволяя воздуху и топливу смешиваться и полностью воспламеняться перед расширением. что приводит к увеличению давления расширения и повышению эффективности.

«Чтобы сжечь топливо в двигателе, нужно много времени», — говорит Школьник. «В большинстве двигателей, когда вы сжигаете топливо, вы расширяете газы и теряете эффективность процесса сгорания. Мы продолжаем горение, пока ротор находится наверху камеры, и при этих условиях форсируем горение. Так это намного эффективнее».

В 2006 году, проанализировав десятки итераций двигателей, LiquidPiston получила военный грант в размере 70 000 долларов на создание первого прототипа дизельного двигателя.(Сегодня LiquidPiston проанализировала и запатентовала около 60 различных конструкций двигателей, воплощающих HEHC.)

Благодаря многочисленным отзывам производителей силового оборудования, призывающих к более легким, более тихим и безвибрационным двигателям, LiquidPiston недавно перешел на X Mini, который был разработан и выпущен в течение последних шести месяцев.

«Помимо улучшения существующих приложений для двигателей, X Mini может позволить использовать совершенно новые приложения, которые в настоящее время невозможны с текущими технологиями двигателей или аккумуляторных батарей.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *