Cum vor aduce turbocompresoarele mai multă putere și eficiență în viitor?
Cum vor aduce turbocompresoarele mai multă putere și eficiență în viitor?
Știm că turbocompresoarele de astăzi nu mai sunt părțile cu viteză mare din anii optzeci care au spulberat cu ușurință motoarele. Cel puțin unul din patru vehicule din America de Nord este acum turbo. Sunt mai eficiente și mai fiabile și costă mai puțin, iar multe dintre motoarele noastre mult iubite fac compromisuri la turboalimentare.
Potrivit estimărilor producătorului de motoare cu turbocompresor Bo Tao Power, în decurs de cinci ani, aproape jumătate dintre vehiculele ușoare nou lansate din lume vor fi echipate cu tehnologie de turboalimentare, ceea ce reprezintă cu 18 milioane mai mult decât piața actuală, din care se așteaptă să țină seama de America de Nord. pentru 39% dintre ei.
Scopul luării unui motor turbo nu este altceva decât creșterea puterii, îmbunătățirea economiei de combustibil sau ambele. Pentru turboalimentare, direcția viitoare de dezvoltare poate îmbunătăți și mai mult performanța puterii și poate elimina deficiențele actualelor motoare turbo, asigurând în același timp economisirea energiei.
Turbo electric și hibrid.
Cei cărora nu le plac trenurile motopropulsoare V6 turbo-hibride care sunt folosite astăzi în mașinile de F1 vor conduce mașini cu tehnologie similară în câțiva ani. Un motor de curent continuu încorporat în arborele de legătură al turbinei și compresorului poate învârti turbina la viteză maximă, fără a fi nevoie să folosiți gaze de eșapament pentru a o conduce, iar acest lucru se poate face aproape instantaneu, reducând întârzierea turbo la aproape zero.
Prin urmare, în intervalul de viteză mică în care turbina nu a fost antrenată în motorul cu turbină convențional, turbina acţionată cu motor poate compensa lipsa de răspuns la putere a motorului cu turbină convențional. Deși unele modele de ultimă generație sunt echipate în prezent cu turbo dual boosting, acest efect poate fi, de asemenea, obținut, dar costul ridicat și amprenta mare la sol fac imposibil ca vehiculele obișnuite să popularizeze astfel de configurații tehnice.
În al doilea rând, deoarece este o unitate electrică, puterea de amplificare poate fi controlată mai precis și mai convenabil prin software. În același timp, turbina electrică va folosi energia excesului de gaz de eșapament pentru a regenera electricitatea, în loc să o lase să ocolească turbina atunci când turbina funcționează la sarcină mare. Un supercondensator va fi folosit pentru a stoca această energie electrică pentru a conduce turbinele sau alte componente electrice, cum ar fi un sistem hibrid generator de energie. Deci, rezultatul utilizării unui turbo electric este o livrare mai rapidă a puterii și o economie de combustibil mai eficientă.
Am văzut deja turboalimentare electromecanică pe prototipurile diesel Ford Focus și Audi, deși pe o bază ușor diferită, neconectată la evacuare. Cu toate acestea, indiferent de fiabilitatea nedovedită a turbo-urilor electrice în vehiculele de producție, acesta se confruntă cu aceeași mare problemă ca și turbocompresoarele electrice: necesită suport de putere mare ca sursă de energie atunci când funcționează sau necesită consum mai mult de energie.
La sarcina maximă, turbo-ul electric necesită 48 de volți pentru a conduce, dar producătorii nu și-au manifestat prea mult interes în reproiectarea sistemelor lor actuale de 12 volți. În același timp, din cauza limitărilor de putere și a unor structuri de turbine cu flux axial, este dificil pentru turbinele electrice să atingă eficiența turbinelor tradiționale în condiții de sarcină ridicată.
Prin urmare, pentru a satisface cererea de înaltă tensiune, turbogeneratorul din tehnologia de curse F1 menționată mai sus trebuie să îmbunătățească în continuare eficiența conversiei gazelor de eșapament în electricitate în mașinile produse în serie. Alternativ, bateriile de înaltă tensiune găsite pe hibrizii convenționali ar putea fi folosite pentru a furniza propulsia turbo electrică. Mai mult, dacă insistați să obțineți același efect ca o turbină tradițională prin electricitate, mai ales în condiții de sarcină ridicată, raportul de consum de energie, disiparea căldurii, durata de viață și greutatea sistemului motor sunt, de asemenea, probleme potențiale.
Poate că utilizarea turbinelor electrice în intervalul de viteză mică și trecerea la turbo tradiționale în gama de viteză mare este o modalitate de a face ambele. De exemplu, Volvo și Audi se dezvoltă în această direcție. Dar există și companii precum Subaru care urmăresc excelența din punct de vedere tehnic și au adoptat o metodă mai radicală de utilizare a turbo-urilor electrice pentru a lucra în intervalul de viteză maximă, înlocuind complet turbo-urile tradiționale.
Dar făcând un pas înapoi, chiar dacă depășim diverse probleme tehnice, necesitatea turbinelor electrice este încă în discuție. Acest lucru se datorează faptului că, în mod fundamental, turbinele electrice necesită putere suplimentară, ceea ce este contrar scopului de economisire a energiei al turbinelor convenționale care folosesc gazele de eșapament ca putere. Prin urmare, găsirea unui echilibru adecvat între economia de energie și performanță trebuie, de asemenea, explorată în viitor.
Din cauza limitărilor structurale, turbocompresoarele convenționale au deficiențe inerente. După ce am conceput idei pentru a compensa aceste deficiențe, modul de aplicare a acestor noi tehnologii la vehicule este, de asemenea, un mare test pentru materialele hardware. De exemplu, materialele menționate mai sus care pot rezista la temperaturi ultra-înalte reprezintă un blocaj în dezvoltarea sistemelor de turbine pentru a obține o eficiență termică mai mare.
În plus, odată cu dezvoltarea și progresul în creștere a tehnologiei, credem că problemele tehnice precum cele menționate mai sus vor fi rezolvate în curând. Dar, în timp ce motorul turbo mai mic a obținut rezultate mai bune la testele EPA, în comparație cu motorul cu aspirație naturală, cel mic turbo nu a fost la înălțimea pretențiilor de la multe teste rutiere. nivelul consumului de combustibil.
În prezent, rezultatele recunoscute pe instrumentele de testare sunt adesea necalificate pe drumul real, ceea ce indică faptul că mijloacele actuale de testare a efectului tehnic nu sunt perfecte și există o anumită distanță față de mediul de condus complet real. Așadar, următorul pas este să găsim o modalitate de a potrivi corect diferitele situații, astfel încât rezultatele obținute în laborator și pe bancul de testare să poată fi atinse pe deplin în realitate, altfel totul este doar pe hârtie.
