Как турбокомпресорите ще донесат повече мощност и ефективност в бъдеще?
Как турбокомпресорите ще донесат повече мощност и ефективност в бъдеще?
Знаем, че днешните турбокомпресори вече не са въртящите се части от осемдесетте, които лесно разбиваха двигателите. Поне едно на всеки четири превозни средства в Северна Америка вече е с турбокомпресор. Те са по-ефективни и надеждни и струват по-малко, а много от нашите много обичани двигатели правят компромис с турбокомпресора.
Според оценката на производителя на двигатели с турбокомпресор Bo Tao Power, в рамките на пет години, близо половината от новите леки превозни средства в света ще бъдат оборудвани с технология за турбокомпресор, което е с 18 милиона повече от настоящия пазар, от който се очаква Северна Америка за 39% от тях.
Целта на вземането на двигател с турбо не е нищо повече от увеличаване на мощността, подобряване на икономията на гориво или и двете. За турбокомпресора бъдещата посока на развитие може допълнително да подобри мощността и да премахне недостатъците на настоящите двигатели с турбокомпресор, като същевременно гарантира икономия на енергия.
Електрически турбо и хибрид.
Тези, които не харесват турбо-хибридните V6 задвижвания, които се използват днес в колите на Формула 1, ще карат автомобили с подобна технология след няколко години. DC мотор, вграден в свързващия вал на турбината и компресора, може да върти турбината на пълна скорост, без да се налага да се използва отработен газ, за да я задвижи, и това може да стане почти мигновено, намалявайки турбо забавянето почти до нула.
Следователно, в диапазона на ниските обороти, където турбината не е била задвижвана в конвенционалния турбинен двигател, задвижваната от мотор турбина може да компенсира липсата на реакция на мощност на конвенционалния турбинен двигател. Въпреки че някои модели от висок клас в момента са оборудвани с механично турбо двойно усилване, този ефект също може да бъде постигнат, но високата му цена и големият отпечатък правят невъзможно за обикновените превозни средства да популяризират подобни технически конфигурации.
Второ, тъй като това е електрическо задвижване, усилващата мощност може да се контролира по-точно и удобно чрез софтуер. В същото време електрическата турбина ще използва енергията на излишния отработен газ, за да регенерира електричеството, вместо да я остави да заобиколи турбината, когато турбината работи при високо натоварване. Суперкондензатор ще се използва за съхраняване на тази електрическа енергия за задвижване на турбини или други електрически компоненти, като хибридна система за генериране на енергия. Така че резултатът от използването на електрическо турбо е по-бързо доставяне на мощност и по-ефективна икономия на гориво.
Вече сме виждали електромеханично турбокомпресор при дизеловите прототипи на Ford Focus и Audi, макар и на малко по-различна основа, без да е свързан с ауспуха. Въпреки това, независимо от недоказаната надеждност на електрическите турбокомпресори в производствените превозни средства, той е изправен пред същия голям проблем като електрическите турбокомпресори: изисква висока мощност като източник на енергия при работа или изисква повече енергия.
При пиково натоварване електрическото турбо изисква 48 волта за задвижване, но производителите не са проявили голям интерес към препроектирането на сегашните си 12-волтови системи. В същото време, поради ограниченията на мощността и някои конструкции на турбини с аксиален поток, е трудно за електрическите турбини да постигнат ефективността на традиционните турбини при условия на високо натоварване.
Следователно, за да отговори на търсенето на високо напрежение, турбогенераторът в технологията за състезания F1, спомената по-горе, трябва да подобри допълнително ефективността на преобразуването на отработените газове в електричество в масово произвежданите автомобили. Като алтернатива, високоволтовите батерии, намиращи се в конвенционалните хибриди, могат да се използват за осигуряване на електрическото турбо задвижване. Освен това, ако настоявате за постигане на същия ефект като традиционната турбина чрез електричество, особено при условия на високо натоварване, съотношението на консумация на енергия, разсейването на топлината, живота и теглото на моторната система също са потенциални проблеми.
Може би използването на електрически турбини в диапазона на ниски обороти и преминаването към традиционните турбини във високоскоростния диапазон е начин да се направи и двете. Например Volvo и Audi се развиват в тази посока. Но има и компании като Subaru, които технически се стремят към върхови постижения и са възприели по-радикален метод за използване на електрически турбини за работа в диапазона на пълна скорост, като напълно заместват традиционните турбокомпресори.
Но ако направим крачка назад, дори и да преодолеем различни технически проблеми, необходимостта от електрически турбини все още се обсъжда. Това е така, защото по същество електрическите турбини изискват допълнителна мощност, което е в противоречие с целта за спестяване на енергия на конвенционалните турбини, които използват отработен газ като мощност. Следователно намирането на подходящ баланс между икономия на енергия и производителност също трябва да бъде проучено в бъдеще.
Поради структурни ограничения конвенционалните турбокомпресори имат присъщи недостатъци. След като проектирахме идеи, за да компенсираме тези недостатъци, как да приложим тези нови технологии към превозните средства също е голямо изпитание за хардуерните материали. Например, споменатите по-горе материали, които могат да издържат на свръхвисоки температури, са пречка в развитието на турбинни системи за постигане на по-висока топлинна ефективност.
Освен това, с нарастващото развитие и напредък на технологиите, ние вярваме, че технически проблеми като споменатите по-горе скоро ще бъдат решени. Но докато по-малкият турбо двигател е постигнал по-добри резултати в тестовете на EPA, в сравнение с атмосферния двигател, малкият турбо двигател не отговаря на твърденията на много пътни тестове. ниво на разход на гориво.
Понастоящем резултатите, признати на тестовите инструменти, често са неквалифицирани на реалния път, което показва, че настоящите средства за тестване на техническия ефект не са перфектни и има известно разстояние от напълно реалната среда за шофиране. Така че следващата стъпка е да се намери начин за правилно съчетаване на различни ситуации, така че резултатите, постигнати в лабораторията и тестовата стенда, да могат да бъдат напълно постигнати в действителност, в противен случай всичко е само на хартия.
