Как турбокомпресорите ще осигурят по-голяма мощност и ефективност в бъдеще?
Как щетурбокомпресорите носят повече мощност и ефективност в бъдеще?
Знаем, че днешните турбокомпресори вече не са високоскоростните въртящи се части, които разваляха двигателите толкова лесно през 80-те години. Сега турбокомпресорите са монтирани на поне една на всеки четири коли в Северна Америка. Те са по-ефективни, по-надеждни и по-евтини, а много от любимите ни двигатели са направили компромис с турбокомпресора.
Според производителя на турбодвигатели PortoPower, почти половината от новите леки превозни средства в света ще бъдат с турбокомпресор в рамките на пет години, с 18 милиона повече от сегашния пазар, от които Северна Америка се очаква да представлява 39%.
Възприемането на двигатели с компресор има за цел или увеличаване на мощността, подобряване на икономията на гориво или и двете. Що се отнася до турбокомпресора, пътят напред може да бъде допълнително подобряване на мощността, като същевременно се гарантира горивна ефективност и елиминират недостатъците на настоящите двигатели с турбокомпресор.
Електрически турбодвигатели и хибриди
Тези, които не харесват хибридните двигатели V6 с турбокомпресор, използвани в момента в колите от Формула 1, ще карат автомобили с подобна технология след няколко години.
Колата. Електрически мотор с постоянен ток, вграден във вала, свързващ турбината с компресора, позволява на турбината да се върти с пълна скорост, без да се налага да използва изгорели газове, за да я задвижва, и това може да стане почти мигновено, като по този начин се намалява забавянето на турбината почти до нула.
В резултат на това, задвижваната от електрически мотор турбина може да компенсира липсата на отговор на мощността на конвенционален турбо двигател в диапазона на ниските обороти, където турбината все още не е била задвижвана. Въпреки че някои модели от висок клас в момента са оборудвани с механични турбо двойни зарядни устройства, които също могат да постигнат този ефект, тяхната висока цена и големи изисквания за пространство правят невъзможно популяризирането на такава техническа конфигурация в обикновените превозни средства.
Второ, електрическото задвижване позволява по-точен и лесен контрол на усилващата мощност чрез софтуер. В същото време електрическата турбина ще използва енергията от излишните отработени газове за повторно генериране на електроенергия, вместо да я оставя да заобикаля турбината, когато е под голямо натоварване и да я губи. Суперкондензатор ще се използва за съхраняване на тази мощност за задвижване на турбината или други компоненти, използващи електричество, като хибридна система, която може да генерира електричество. Следователно резултатът от използването на електрическо турбо е по-бързо подаване на мощност и по-ефективна икономия на гориво.
Вече сме виждали електромеханично компресиране при дизеловите прототипи на Ford Focus и Audi, макар и на малко по-различен принцип и без връзка с изпускателната тръба. Въпреки това, пренебрегвайки за момент недоказаната надеждност на електрическото турбо в серийните автомобили, то е изправено пред същия ^голям^ проблем като електромеханичното суперзареждане: изисква високо ниво на електрическа поддръжка като източник на енергия при работа, или по-скоро повече енергия, която трябва да се консумира.
При пиково натоварване електрическото турбокомпресор изисква 48 волта за задвижване, но производителите не са проявили голям интерес към препроектиране на сегашните си 12-волтови системи. В същото време за електрическите турбини е трудно да постигнат ефективността на конвенционалните турбини при условия на високо натоварване поради мощността и ограниченията на архитектурата на турбината с аксиален поток, използвана в някои случаи.
Така че, за да отговорят на търсенето на високо напрежение, турбогенераторите, споменати по-горе в състезателната технология на F1, трябва да бъдат допълнително подобрени в серийните автомобили, за да преобразуват изгорелите газове в електричество. Като алтернатива, батериите с високо напрежение, които се намират в конвенционалните хибриди, могат да бъдат използвани за осигуряване на задвижването на електрическата турбина. Освен това коефициентът на потребление на енергия, разсейването на топлината, дълготрайността и теглото на електромоторната система също са потенциални проблеми, ако някой настоява за постигане на същия ефект като конвенционалната турбина чрез електричество, особено при високи натоварвания.
Може би електрическо турбо в диапазона на ниските обороти, комбинирано с преминаване към конвенционално турбо в диапазона на високите обороти, не е лош начин да вървите и в двете посоки, тъй като Volvo и Audi, например, се движат в тази посока. Но има и компании като Subaru, които преследват ^технически^ по-радикален подход за използване на електрически турбодвигатели, работещи в пълния диапазон на оборотите, за да заменят напълно конвенционалните турбодвигатели.
Но ако направим крачка назад, дори и да преодолеем различните технически проблеми, необходимостта от приемане на електрически турбодвигатели все още се обсъжда от всички страни. Това е така, защото по същество електрическите турбини изискват допълнителна мощност, което е в противоречие с енергоспестяващата цел на конвенционалните турбини, които използват отработените газове като мощност. Следователно намирането на правилния баланс между енергийна ефективност и производителност е нещо, което ще трябва да се проучи в бъдеще.
Поради структурни ограничения, конвенционалните турбокомпресори имат присъщи недостатъци. След като разработихме идеи за компенсиране на тези недостатъци, прилагането на тези нови технологии към превозните средства сега също е основен тест на хардуерните материали. Например, гореспоменатите материали, които могат да издържат на екстремно високи температури, са тясно място в разработването на турбо системи за постигане на по-висока топлинна ефективност.
Освен това, тъй като технологиите се развиват и напредват, ние вярваме, че технически проблеми като споменатите по-горе скоро ще бъдат разрешени. Все пак, въпреки факта, че по-малките двигатели с турбокомпресор са постигнали по-добри резултати в тестовете на EPA, при много пътни тестове малките турбо двигатели не постигат заявените нива на разход на гориво в сравнение с двигателите с естествено пълнене.
Фактът, че резултатите, които сега се признават на тестовите инструменти, често не успяват да преминат на реални пътища, показва, че настоящите средства за тестване на ефективността на технологията все още не са перфектни и са малко далеч от напълно реалистична среда за шофиране. Така че следващата стъпка е да се намери начин за съпоставяне на различни ситуации, така че резултатите, постигнати в лабораторията и на тестовия стенд, да могат да бъдат напълно постигнати в действителност, в противен случай всичко е просто упражнение на хартия.
