Cum vor furniza turbocompresoarele mai multă putere și eficiență în viitor?
Cum vaturbocompresoarele aduc mai multă putere și eficiență în viitor?
Știm că turbocompresoarele de astăzi nu mai sunt piesele care se rotesc de mare viteză care stricau motoarele atât de ușor în anii 1980. Turbo-urile sunt acum montate pe cel puțin una din patru mașini din America de Nord. Sunt mai eficiente, mai fiabile și mai puțin costisitoare, iar multe dintre motoarele noastre preferate au făcut compromisul cu turboalimentarea.
Potrivit producătorului de motoare turbo PortoPower, aproape jumătate din noile vehicule ușoare din lume vor fi turbocompressate în cinci ani, cu 18 milioane mai mult decât piața actuală, din care America de Nord este de așteptat să reprezinte 39%.
Adoptarea motoarelor supraalimentate are ca scop fie creșterea puterii, îmbunătățirea economiei de combustibil, fie ambele. Pentru turboalimentare, calea de urmat poate fi îmbunătățirea în continuare a performanței puterii, asigurând în același timp eficiența consumului de combustibil și eliminând deficiențele motoarelor turbo actuale.
Turbo electrice și hibrizi
Cei cărora nu le plac trenurile motopropulsoare hibride turbo V6 utilizate în prezent în mașinile de Formula 1 vor conduce mașini cu tehnologie similară în câțiva ani.
Mașina. Un motor electric de curent continuu încorporat în arborele care conectează turbina la compresor permite turbinei să se rotească la viteză maximă fără a fi nevoie să folosească gaze de eșapament pentru a o antrena, iar acest lucru se poate face aproape instantaneu, reducând astfel întârzierea turbinei la aproape zero.
Ca rezultat, turbina acţionată de un motor electric poate compensa lipsa de răspuns la putere a unui motor turbo convenţional în intervalul de turaţii mici, unde turbina nu a fost încă condusă. Deși unele modele de ultimă generație sunt echipate în prezent cu încărcătoare duble turbo mecanice care pot obține și acest efect, costul lor ridicat și cerințele mari de spațiu fac imposibilă popularizarea unei astfel de configurații tehnice în vehiculele obișnuite.
În al doilea rând, acționarea electrică permite un control mai precis și mai ușor al puterii de amplificare prin software. În același timp, turbina electrică va folosi energia din excesul de gaze de eșapament pentru a regenera electricitate, mai degrabă decât să o lase să ocolească turbina atunci când este sub sarcină mare și să o irosească. Un supercondensator va fi folosit pentru a stoca această putere pentru a conduce turbina sau alte componente care utilizează electricitate, cum ar fi un sistem hibrid care poate genera electricitate. Rezultatul utilizării unui turbo electric este, prin urmare, o livrare mai rapidă a puterii și o economie de combustibil mai eficientă.
Am văzut deja supraalimentare electro-mecanică la prototipurile diesel Ford Focus și Audi, deși pe un principiu puțin diferit și neconectat la țeava de eșapament. Cu toate acestea, ignorând pentru o clipă fiabilitatea nedovedită a turbo-ului electric din mașinile de serie, acesta se confruntă cu aceeași ^mare^ problemă ca supraîncărcarea electro-mecanică: necesită un nivel ridicat de suport electric ca sursă de energie în timpul funcționării, sau mai degrabă mai mult. energie de consumat.
La sarcină maximă, turboalimentarea electrică 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, este dificil pentru turbinele electrice să atingă eficiența turbinelor convenționale în condiții de sarcină ridicată din cauza puterii și a limitărilor arhitecturii turbinelor cu flux axial utilizate în unele cazuri.
Așadar, pentru a răspunde cererii de tensiuni înalte, turbo-generatoarele menționate mai sus în tehnologia curselor de F1 trebuie îmbunătățite în continuare în mașinile de producție pentru a transforma gazele de eșapament în electricitate. Alternativ, bateriile de înaltă tensiune găsite în hibrizii convenționali ar putea fi folosite pentru a asigura antrenarea turbinei electrice. Mai mult decât atât, raportul de consum de energie, disiparea căldurii, longevitatea și greutatea sistemului de motor electric sunt, de asemenea, probleme potențiale dacă se insistă să se obțină același efect ca o turbină convențională prin electricitate, în special la sarcini mari.
Poate că un turbo electric în intervalul de turații joase, combinat cu o trecere la un turbo convențional în intervalul de turații mari, nu este o cale rea de a merge în ambele sensuri, deoarece Volvo și Audi, de exemplu, se mișcă în această direcție. Dar există și companii precum Subaru care urmăresc ^din punct de vedere tehnic^ o abordare mai radicală de utilizare a turbo-urilor electrice care funcționează în intervalul complet de turații pentru a înlocui complet turbo-urile convenționale.
Dar făcând un pas înapoi, chiar dacă trecem de diversele probleme tehnice, necesitatea adoptării turbo-urilor electrice este încă în discuție din toate părțile. 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. Găsirea echilibrului potrivit între eficiența energetică și performanță este, prin urmare, ceva care va trebui explorat în viitor.
Din cauza limitărilor structurale, turbocompresoarele convenționale au deficiențe inerente. Odată ce am conceput idei pentru a compensa aceste deficiențe, aplicarea acestor noi tehnologii la vehicule este acum și un test major al materialelor hardware. De exemplu, materialele menționate mai sus care pot rezista la temperaturi extrem de ridicate reprezintă un blocaj în dezvoltarea sistemelor turbo pentru a obține o eficiență termică mai mare.
Mai mult, pe măsură ce tehnologia se dezvoltă și avansează, credem că problemele tehnice precum cele menționate mai sus vor fi rezolvate în curând. Cu toate acestea, în ciuda faptului că motoarele mai mici cu turbocompresor au obținut rezultate mai bune la testele EPA, în multe teste rutiere turbo-urile mici nu ating nivelurile de consum de combustibil pretinse în comparație cu motoarele cu aspirație naturală.
Faptul că rezultatele recunoscute acum pe instrumentele de testare nu reușesc adesea să treacă pe drumurile reale arată că mijloacele actuale de testare a eficienței tehnologiei nu sunt încă perfecte și sunt oarecum departe de un mediu de condus complet realist. Așa că următorul pas este să găsim o modalitate de potrivire a diferitelor situații astfel încât rezultatele obținute în laborator și pe bancul de testare să poată fi atinse pe deplin în realitate, altfel totul este doar un exercițiu pe hârtie.
