Тепловой мотор генератор mgu h

Сердце машины Формулы 1 – это двигатель или, как принято говорить в эру гибридных технологий, силовая установка. Лучшей силовой установкой является Mercedes F1 M09 EQ Power+. О ней сегодня и речь.

Видео:Motor Generator Unit - Heat (MGUH)Скачать

Оригинальная архитектура

С момента появления в пелотоне гибридных моторов Mercedes V6 отличался от двигателей Renault и Ferrari компоновкой. Если у конкурентов турбина и компрессор располагались позади двигателя внутреннего сгорания, то у немецкого агрегата компрессор разместили перед двигателем, а турбину – позади. Это стало головной болью инженеров в Бриксворте. Оба элемента находились на одной оси, на которой также был размещен мотор-генератор тепловой энергии (MGU-H).

С другой стороны, эта оригинальная компоновка имеет ряд преимуществ. Главное — размещенный впереди алюминиевый компрессор не контактирует с нагретой турбиной и разогретой до 1000 °С выхлопной системой. Это облегчает работу с охлаждением установки.

Такая компоновка дает еще одно преимущество – укороченный, по сравнению с архитектурой соперников, промежуточный охладитель, к которому присоединяется компрессор. С другой стороны, это уменьшает количество тепловой энергии, регенерируемой MGU-H, который направляет ее в турбину, когда не нажата педаль акселератора. Проще говоря, для поддержания оптимальной скорости вращения турбины Mercedes использует меньше энергии, чем конкуренты. Впрочем, это преимущество в 2018 году уже не было таким очевидным, как в первые годы использования гибридных двигателей.

Следует понимать, что только архитектура мотора не определяет его конкурентность. Чтобы двигатель получился таким же идеальным, как на бумаге, необходимо реализовать проект. Honda, как и Mercedes, отделила компрессор от турбины, но не получила ожидаемого эффекта. В силовых установках Ferrari и Renault компрессор совмещен с турбиной, но у Скудерии мотор мощнее.

На W09, как и на предыдущих болидах, в нижней части монокока между двигателем и кокпитом расположен интеркулер. После охлаждения в нем воздух поднимается по воздуховоду и снабжает двигатель внутреннего сгорания сжатым воздухом.

Такая компоновка позволяет уменьшить длину компрессорных патрубков и освобождает место на боковых понтонах – это уменьшает лобовое сопротивление болида в целом. Очевидно, что заводская команда Mercedes имеет больше возможностей и времени для как можно лучшей адаптации машины под мотор и улучшения аэродинамики болида.

Видео:Power Unit 101 - Episode 4 - MGU-KСкачать

Рекуперация энергии

Что такое MGU? Это генератор, который преобразует тепловую (H) или кинетическую (K) энергию в электрическую, и мотор, который преобразует накопленную электрическую энергию в механическую. Неиспользованная тепловая энергия двигателя в виде выхлопных газов вращает турбину и рекуперируется с помощью MGU-H. Кинетическая энергия рекуперируется с помощью MGU-K. Кроме того, при нажатии педали тормоза болид тормозит также с помощью MGU-K, который создает более эффективное замедление машины, чем обычные тормоза. В режиме работы мотора в начале ускорения MGU-K приводит в движение коленчатый вал.

Вся рекуперированная MGU-H и MGU-K энергия накапливается в батарее (аккумуляторе). Эта батарея за круг не может передавать на MGU-K более 4 МДж. При мощности примерно 120 кВТ эта энергия передается на протяжении 33 секунд. При этом MGU-K не может зарядить батарею более чем 2 МДж за круг. Поэтому батарея частично заряжается от MGU-H – также не более 2 МДж. Кроме того, MGU-H может напрямую передавать энергию на MGU-K в неограниченном количестве.

Батарея состоит из множества литий-ионных элементов, весит 20–25 килограммов и является настоящей проблемой инженеров. Как и двигатель, ее следует предварительно разогреть, потому что она работает в определенном диапазоне температур. Батарея на болиде Mercedes расположена ниже, чем у Honda и Renault.

Видео:Power Unit 101 - Episode 3 - MGU-HСкачать

Сцепление

Частота вращения двигателя ограничена 15 000 оборотами в минуту. Это позволило соединить сцепление с двигателем. В сравнении с атмосферными V8 такое решение значительно увеличивает крутящий момент. Такой архитектурой воспользовались в Mercedes и Honda.

Видео:ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО АКБ - #VICTRON ENERGY 12/25 A. В поисках лучшего АЗУСкачать

Уже не самый мощный

Как и соперники, Mercedes развивала свои двигатели в два этапа. В 2018 году первое обновление мотористы привезли во Францию. Третья модификация появилась в Бельгии. Немецкие силовые установки были в этом сезоне достаточно надежны. В заводской команде только на Гран-при Австрии возникли проблемы: на болиде Валттери Боттаса – с гидравликой мотора, а на машине Льюиса Хэмилтона – с давлением топлива, то есть не с двигателем. Финн получил свой третий мотор в Великобритании, а четвертый – в Спа. Британец обошелся без дополнительного двигателя.

Надежность силовой установки Mercedes вполне сопоставима с надежностью Ferrari 062 EVO. В Скудерии только Кими Райкконен воспользовался лишним мотором. Хотя на Гран-при Абу-Даби у него также возникли проблемы с силовой установкой. Правда, с электроникой. Впрочем, Ferrari впервые в эру гибридных технологий отыгралась и даже создала самый мощный двигатель в пелотоне, но не выиграла чемпионат. Будет ли Mercedes F1 M10 EQ Power+ вновь самым мощным в пелотоне? Узнаем через несколько месяцев.

Видео:МГД-двигатель - на стыке физики и орочьих технологий.Скачать

Как устроены турбомоторы Формулы-1 2014 года

Рекуперация энергии появилась в Формуле-1 ещё в 2009 году. Но новый этап внедрения гибридных технологий столь радикальный, что повлиял даже на официальный язык: в документах вместо слова Engine появилось сочетание Power Unit. На фото показан такой «юнит» от Renault под названием Sport Energy F1-2014.

Читайте также: Как называется скейтборд с мотором

С сезона 2014 года в Формуле-1 уходит эпоха атмосферных моторов V8 2.4, трудившихся с 2006 года. По новому регламенту на болидах появятся турбомоторы объёмом всего 1,6 л. Звучит знакомо. Но если в обычной жизни это рядные «четвёрки», то в спорте — малолитражные V-образные «шестёрки» с высокопроизводительным одиночным турбонаддувом (давление не регламентировано). Да и частота вращения коленвала внушительна — лимитатор по правилам будет срабатывать на 15 000 об/мин. А ещё на этих движках стоит система двойной рекуперации, способная утилизировать не только кинетическую энергию автомобиля во время торможения, как было в недавнем прошлом, но и энергию выхлопных газов. Да-да, в формульном моторе турбина соединена с генератором — как на заправской электростанции! Потому буковка К (kinetic) из общего наименования системы пропала, теперь это просто ERS (Energy Recovery System).

С сезона 2014 года мгновенный расход у двигателя внутреннего сгорания на Формуле-1 не должен выходить за рамки 100 кг/час, и 100 килограммами ограничен общий запас топлива на одну гонку. Ранее пиковый расход не регламентировался (а по факту был на 40% выше). Что до суммарного запаса топлива, то его не ограничивали (нельзя было только дозаправиться), но типично в бак помещалось около 160 кг горючего. Так что теперь инженерам команд будет весьма непросто настраивать системы рекуперации на гонку и выбирать стратегию в данной части.

Если раньше от системы KERS разрешено было получать максимальную добавочную мощность 60 кВт (81 л.с.) в течение 6,7 секунды за один круг, то теперь лимит повышен до 120 кВт (162 л.с.), и такую мощность можно будет развивать по 33 секунды на каждом круге. Ещё французские инженеры указывают, что если в прошлом году поломка «керса» стоила гонщику лишних 0,3 с на круг, то теперь выход из строя гибридной составляющей болида Формулы-1 фактически оставляет машину за пределами хоть какой-то борьбы.

В сезоне 2014 года 11 команд будут использовать двигатели всего от трёх поставщиков. Red Bull, Lotus, Toro Rosso и Caterham возьмут на вооружение мотор Renault Sport Energy F1-2014. Команды Mercedes, McLaren, Force India и Williams возложили свои надежды на агрегат Mercedes-Benz PU106A Hybrid. Наконец, болиды Ferrari увлекать вперёд призваны двигатели Ferrari 059/3, и они же оживят болиды Marussia и Sauber. Творение итальянцев «живьём» пока не показывали, но о нём кое-что уже известно, как и о моторе Mercedes. Однако наиболее детальные сведения о новом двигателе предоставила французская компания.

В новой установке есть два мотор-генератора, способных как вырабатывать ток, так и действовать в роли электродвигателя. Первый называется MGU-K (Motor-Generator Unit-Kinetic). Он соединён с коленвалом ДВС и собирает энергию на торможении, отдавая её высоковольтному накопителю. При разгоне MGU-K добавляет свою мощность к мощности основного агрегата. Эта добавка как раз лимитирована по регламенту 120 киловаттами. Ещё есть ограничение по количеству энергии, которую можно собрать на одном круге (два мегаджоуля), и энергии, которую можно использовать для разгона на одном круге (четыре мегаджоуля), что, к слову, в десять раз больше, чем разрешено было в 2013 году для старого «керса».

Устройство MGU-H (Motor-Generator Unit-Heat) — самое интересное в новой Формуле. Это электрическая машина, сидящая на валу турбокомпрессора. И работать она может в обе стороны: извлекать энергию из выхлопных газов и раскручивать турбокомпрессор для сокращения турболага. Причём, в отличие от MGU-K, величина потоков энергии (выработка в качестве генератора и работа как электромотора) правилами не ограничена. Это даёт инженерам мощный рычаг для управления балансом энергии в машине. Если учесть работу ДВС и MGU-K, в сумме энергия в болиде может перекачиваться по семи направлениям.

Вспомним, что обычный «керс» вводился под соусом помощи мира Формулы-1 массовой автомобильной индустрии в деле сохранения окружающей среды. Мол, в Королеве автоспорта будут проверяться идеи и технологии, которые далее могут в том или ином виде найти свой путь к обычным автомобилям. Новый регламент — заметный шаг в этом направлении. Болиды в 2014 году просто вынуждены стать экономичнее, а ключ к экономичности — хитроумная гибридная система. Вполне вероятно, что мы скоро увидим что-то похожее на серийных автомобилях. Собственно, это уже происходит. Вспомним опыты Audi c электрическим приводом компрессора. От него недалеко до утилизации энергии выхлопа (такие турбогенераторы тоже предлагались в разное время, но развития не получили) и объединения подобных устройств в единый комплекс.

Видео:Motor Generator Unit - Heat in Commercial VechiclesСкачать

Гибридные гоночные технологии формулы один 2014

Читайте также: Червячный мотор редуктор cvr063

Видео:Honda: MGU-H - Harvesting heatСкачать

Описание KERS систем, устанавливаемых на болиды Formula 1

Видео:У Кремля снесло строительные леса , обрушившие зубцы (Скачать

Полностью электрическая система KERS

Мотор генератор, установленный на переднем валу двигателя, при торможении болида ф1 переключается в режим генератора и накапливает электроэнергию в литий ионной аккумуляторной батарее. При необходимости прибавки мощности, пилот нажимает кнопку BOOST на руле и электроэнергия подается на мотор генератор, переключаемый в режим электро-двигателя мощностью 80 лс, которая прибавляется соответственно к основному (ДВС) Батареи сильно грелись и требовали дополнительного охлаждения. В связи с этим вместо аккумуляторной батареи, некоторые команды применяли супер-конденсаторы лишенные этого недостатка.

Видео:СЕКРЕТЫ СОВРЕМЕННОЙ F1! ТЕХНОЛОГИИ ВОЛГИ, 1330+л.с на тонну! Устройство двигателя!Скачать

Электромеханические и механические системы KERS

Механическая система рекуперации энергии KERS Flybrid состояла из блока накопления энергии KERS, основанного на раскрутке маховика массой 5 кг до высоких оборотов (64500 об/мин) Энергия торможения через многоступенчатый редуктор уходила на раскрутку маховика в вакууме через быстродействующий вариатор Torotrak CVT.

Тороидальный вариатор Torotrak CVT обеспечивает передачу потока мощности от силовой установки на маховик и обратно с минимальными потерями энергии. Всего за 50 миллисекунд он способен изменить передаточное отношение с 6:1 до 1:1

Стальной, либо карбоновый маховик, массой 5 кг, диаметром 240 мм, раскрученный до 64500 об/мин, развивал необходимые 400 кДж, что в перещете на мощность составляло 80 лс с длительностью 6.75 секунд на каждом круге гонки. Вся система имела вес в 24 кг и занимала объем 13 литров.

Электромеханические системы имели маховик насыщенный магнито-заряженными материалами, в результате он становился ротором двигателя и мог вырабатывать, на неподвижном статоре электроэнергию, которую можно было аккумулировать в батареях с последующим ее использованием. Причем использовать можно, как отдельно, так и совместно с раскрученным маховиком.

Существовало несколько разновидностей электромеханических систем KERS, но всех их объединял принцип накопления энергии не в аккумуляторных батареях, а в раскрутке небольшого маховика до огромных оборотов. Причем система основанная на механическом аккумулировании энергии обладала лучшим КПД, по сравнению с электрическими KERS. Маховиковая KERS усваивала до 70% энергии торможения против 35% систем основанных на мотор-генераторе.

К концу 2013 года самые совершенные KERS системы укладывались по массе в диапазон 20-25 кг.

Cистема рекуперации энергии KERS Flybrid

Тороидальный вариатор Torotrak CVT

Сцепление связи маховика с вариатором. Диски сцепления имеют столь малый диаметр, так как им не приходиться передавать огромный крутящий момент, максимум 18 н/м. При 60000 об в минуту не нужен большой крутящий момент, чтоб получить 80 лс мощности. При дальнейшем понижении рабочих оборотов крутящий момент возрастает, а обороты падают, до привычных нам величин.

Видео:Получение электричества и движущей силы от огняСкачать

Системы рекуперации энергии (ERS) 2014

Системы рекуперации энергии (ERS) должны быть неотъемлимой частью всех болидов формулы один 2014 года. существенным отличием от систем KERS прошлых годов, является наличие двух систем сбора дополнительной энергии. Так как гоночные болиды ф1 опять стали турбированными, то теперь стало возможным собирать дополнительную энергию, не только высвободившуюся при торможении, но и тепловую энергию выхлопа, которую можно собрать с крыльчатки турбокомпрессора. Стоит заметить что правилами всячески поощряется накопление тепловой энергии выхлопа, так как развитие данных технологий позволит значительно повысить экономичность, как болидов Ф1 так и гражданских автомобилей, на которых будут установлены подобные системы. Стоит заметить что экономичность в формуле один теперь является ключевым фактором, так как на одну гонку в 2014 году выдается всего 100 кг гоночного топлива, в то время как в прошлом году, разрешенная масса топлива, составляла 150 кг.

Современный комплекс систем рекуперации энегий 2014 года ERS двигателя «renault energy f1» команды Рено

Двигатели болидов формулы один прошлых лет

Вся двигательная установка теперь состоит из:

Видео:МГД - генератор (1978)Скачать

1.6 литровый двигатель болида формулы один

1. 6 цилиндрового, V образного, турбированного 1.6 л. двигателя внутреннего сгорания, мощностью около 600 лс, максимальные обороты которого не должны превышать 15000 об/мин Турбонаддув должен быть одноступенчатым и обороты вращения турбины не должны превышать 125000 об/мин. Какое либо регулирование потока газов крыльчатки турбины строго запрещено. Максимальное давление наддува не ограничено и в среднем составляет 3.5 бар. Количество клапанов — 4 клапана на цилиндр. Форсунки непосредственного впрыска в цилиндры двигателя, должны развивать давление, не более 500 бар.

Видео:What is the MGU-H (Basic Information)Скачать

Система рекуперации кинетической энергии MGU-K

Система рекуперации кинетической энергии торможения MGU-K. Представляет собой подобие ранее применяемой системы KERS, электронного типа. Электродвигатель-генератор является центральным местом в системе. Одной из его функций является накопление энергии в аккумуляторную батарею при торможении болида F1. Другой и основной функцией, является включение в режим электродвигателя. Именно он выдает дополнительные 160 лошадиных сил, разрешенных правилами FIA на 2014 год. Добавку мощности в 160 лс можно использовать в течении 33.3 сек на каждом круге гонки, что составляет 4 мегаджоуля энергии и это в 10 раз выше, ранее применяемых систем KERS. 160 лс максимально возможная разрешенная дополнительная мощность, но возможны варианты использования меньшей мощности, но более длительное время. Например 80 лс в течении 66.6 секунд. Разрешены и другие комбинации начиная с 1 лошадиной силы, главное не переступить барьер в 4 МДж. Система MGU-K связана с трансмиссией, аккумулятором и электронным блоком управления, который регулирует все потоки энергий, в том числе и энергию поступающую от системы MGU-H. По правилам, ограничивающим свободы конструкторов болидов ф1, мотор-генератор MGU-K не может иметь обороты больше чем 50.000 об/мин

Читайте также: 102 мотор мерседес 124 инжектор

Видео:Скрываемые технологии из серии «Сделай сам»Скачать

Система MGU-H двигателя формулы один

В системе MGU-H, как и в MGU-K применяется мотор-генератор, способный, как выдавать электроэнергию, так и превращать ее в механическую работу. Основная функция системы, преобразовывать остаточную тепловую энергию турбины в электрическую энергию подзаряжающую аккумулятор. Турбонаддув использует далеко не всю тепловую энергию для создания наддува ДВС. Находясь на одном валу с турбиной, вал генератора системы MGU-H может раскручиваться до разрешенных 125.000 об/мин, при этом, количество запасаемой им энергии не регламентировано и некоторые устройства успешно вырабатывают до 90 kBt. Что интересно эта полезная энергия, просто вылетела бы в трубу, не будь столь полезной системы MGU-H

Функция электродвигателя используется для раскручивания турбины до рабочих оборотов, чтоб уменьшить эффект турбо лаг на переходных режимах. MGU-H позволяет значительно увеличить КПД двигателя, что положительно сказывается на топливной экономичности. Без экономной силовой установки далеко не уедешь, так как в 2014 году, на одну гонку выдается всего 100 кг топлива. Помимо вышеперечисленных функций, применение MGU-H может распространяться для питания энергоемких систем двигателя, таких как маслонасос, бензонасос, помпа охлаждения двигателя итд. Команды по своему усмотрению, могут использовать данную возможность, заменив узлы на электрические и запитав их с помощью MGU-H, можно высвободить несколько дополнительных лошадей с ДВС.

Примечание: Стоит заметить что мотор-генераторы, при столь высокой мощности, имеют весьма компактные размеры. Все дело в том, что они работают на очень высоких оборотах вращения.

Чем выше обороты вала двигателя, тем с меньшим крутящим моментом достигается одна и та-же мощность. Страшно представить, какой массой и размерами обладает з-х фазный электродвигатель мощностью 120 кВт (160 лс) имеющий рабочие обороты 3000 об/мин. Масса таких электромоторов лежит в пределах 350-600 кг, сравните с мотор-генераторами F1 весящими 15-20 кг при той же мощности.

Видео:Honda Lab | MGU-H | Honda Racing F1Скачать

ES электро батарея — накопитель энергии болида формулы один 2014

В качестве накопителя энергии может использоваться любой источник, если его масса лежит в пределах 20-25 кг. Так одни команды используют литий ионные или литий полимерные элементы, другие планируют поставить на свои болиды супер-конденсаторы, у всех батарей есть свои достоинства и недостатки.

Источник накопления энергии объединяет обе системы рекуперации MGU-H и MGU-К в единое целое, и по средством распределения потоков энергий, происходит согласованная работа всего комплекса устройств, для достижения максимально возможной эффективности, получения большой мощности при достаточной экономичности, чтоб иметь возможность закончить гонку на 100 кг топлива.

Видео:Когда тренер - твой друг😏Скачать

Турбонаддув он же мотор-генератор

Развивает давление наддува 3-4 бар и при этом турбина спроектирована так, что создается большой избыток крутящего момента на валу крыльчатке. В обычных турбомоторах избыточная энергия никак не задействуется и просто вылетает в выхлопную трубу. Здесь же на валу установлен мотор — генератор который составляет часть гибридной системы MGU-H. В режиме генератора он вырабатывает электроэнергию, аккумулируемую в батарее, тем самым сильно повышая КПД двигателя, что очень сильно сказывается на экономичности. Так как на F1 установлен очень большой турбокомпрессор, то вероятно он обладал бы очень значительным турбо лагом. Поэтому, в переходных режимах, когда мощность потока выхлопа не может обеспечить раскрутку вала турбонаддува, до обеспечения оборотов оптимального давления наддува, подключается электродвигатель, помогающий раскрутке турбины.

Особенностью и отличием некоторых турбонаддувов F1 2014 является наличие двух впускных патрубков на улитке турбины. Данное решение позволяет эффективно использовать один турбонаддув в V образном двигателе, с двумя выпускными коллекторами. Любые средства регулирования турбины, westgate итд. запрещены регламентом FIA.

Видео:Электричество от ОГНЯ . МГД генератор .Скачать

Управление гибридной системой

В отличии от KERS, когда всплеск дополнительной мощности, происходил в момент нажатия пилотом кнопки boost на руле болида Ф1, прибавка мощности в новых двигателях, осуществляется автоматически, при нажатии на педаль газа. В этом процессе используется очень сложная электроника и на нее завязано управление и контроль двигателя и всех дополнительных устройств участвующих в гибридной системе ERS Формулы один.

Так как на гонку выдается ограниченное количество топлива и минимальный вес болида вместе с гонщиком и полными баками топлива, также строго регламентирован 690 килограммами, появляется уникальная возможность, облегчить болид F1 за счет неполного заполнения топливного бака горючим, перед стартом. Правда в этом случае, придется сильно улучшить экономичность силовой установки, иначе есть риск, не доехать до финиша.

Прохождение гонки на столь скромном запасе гоночного топлива, да еще с возможностью использования еще меньшего его количества, может быть возможно, только за счет применения высокотехнологичных, точно настроенных гибридных систем. Вы только вдумайтесь, современные F1 используют дополнительные 160 лс в течении 33 секунд на круге! Часть мощности из которых могла быть безвозвратно потеряна при торможении, другая часть просто вылетела в выхлопную трубу!

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/teplovoy-motor-generator-mgu-h

  💡 Видео

  🌑 Как сделать МГД двигатель своими руками Реактор Тони Старка Magnetohydrodynamics Игорь БелецкийСкачать

  

  МГД ГенераторСкачать

  

  Генератор из мотора. Какой лучше? (The generator from the motor. Which is better?)Скачать

  

  ЭТА МАШИНА СТАНЕТ МЕЧТОЙ КАЖДОГО - MERCEDES PROJECT ONEСкачать