In che modo i turbocompressori porteranno più potenza ed efficienza in futuro?
In che modo i turbocompressori porteranno più potenza ed efficienza in futuro?
Sappiamo che i turbocompressori odierni non sono più le parti ad alta rotazione degli anni Ottanta che mandavano in frantumi facilmente i motori. Almeno un veicolo su quattro in Nord America è ora dotato di turbocompressore. Sono più efficienti e affidabili, costano meno e molti dei nostri amatissimi motori compromettono la sovralimentazione.
Secondo le stime del produttore di motori turbo Bo Tao Power, entro cinque anni quasi la metà dei veicoli leggeri lanciati di recente al mondo sarà dotata di tecnologia di sovralimentazione, che è 18 milioni in più rispetto al mercato attuale, di cui si prevede che il Nord America rappresenti per il 39% di loro.
Lo scopo di prendere un motore turbo non è altro che aumentare la potenza, migliorare il risparmio di carburante o entrambi. Per il turbocompressore, la direzione futura dello sviluppo potrebbe migliorare ulteriormente le prestazioni di potenza ed eliminare le carenze degli attuali motori turbocompressi garantendo al contempo il risparmio energetico.
Turbo elettrico e ibrido.
Coloro a cui non piacciono i propulsori turbo-ibridi V6 utilizzati oggi nelle auto di F1 guideranno auto con tecnologia simile tra pochi anni. Un motore a corrente continua incorporato nell'albero di collegamento della turbina e del compressore può far girare la turbina a piena velocità senza dover utilizzare i gas di scarico per azionarla, e questo può essere fatto quasi istantaneamente, riducendo il ritardo del turbo a quasi zero.
Pertanto, nella gamma a bassa velocità in cui la turbina non è stata azionata nel motore a turbina convenzionale, la turbina a motore può compensare la mancanza di risposta di potenza del motore a turbina convenzionale. Sebbene alcuni modelli di fascia alta siano attualmente dotati di doppio turbo turbo meccanico, è possibile ottenere anche questo effetto, ma il suo costo elevato e l'ampio ingombro rendono impossibile per i veicoli ordinari la diffusione di tali configurazioni tecniche.
In secondo luogo, poiché si tratta di un azionamento elettrico, la potenza di boost può essere controllata in modo più accurato e conveniente tramite software. Allo stesso tempo, la turbina elettrica utilizzerà l'energia del gas di scarico in eccesso per rigenerare l'elettricità, invece di lasciarla bypassare la turbina quando la turbina funziona ad alto carico. Un supercondensatore verrà utilizzato per immagazzinare questa energia elettrica per azionare turbine o altri componenti elettrici, come un sistema ibrido di generazione di energia. Quindi, il risultato dell'utilizzo di un turbo elettrico è un'erogazione di potenza più rapida e un risparmio di carburante più efficiente.
Abbiamo già visto il turbocompressore elettromeccanico sui prototipi diesel Ford Focus e Audi, anche se su base leggermente diversa, non collegato allo scarico. Tuttavia, indipendentemente dall'affidabilità non dimostrata dei turbo elettrici nei veicoli di produzione, deve affrontare lo stesso grosso problema dei turbocompressori elettrici: richiede un supporto ad alta potenza come fonte di energia durante il lavoro o richiede un consumo maggiore di energia.
Al picco di carico, il turbo elettrico richiede 48 volt per funzionare, ma i produttori non hanno mostrato molto interesse nel riprogettare i loro attuali sistemi a 12 volt. Allo stesso tempo, a causa delle limitazioni di potenza e di alcune strutture di turbine a flusso assiale, è difficile per le turbine elettriche raggiungere l'efficienza delle turbine tradizionali in condizioni di carico elevato.
Pertanto, al fine di soddisfare la domanda di alta tensione, il turbogeneratore nella tecnologia da corsa di F1 sopra menzionata deve migliorare ulteriormente l'efficienza della conversione dei gas di scarico in elettricità nelle auto prodotte in serie. In alternativa, le batterie ad alta tensione che si trovano sugli ibridi convenzionali potrebbero essere impiegate per fornire la propulsione turbo elettrica. Inoltre, se si insiste per ottenere lo stesso effetto di una turbina tradizionale attraverso l'elettricità, soprattutto in condizioni di carico elevato, anche il rapporto di consumo energetico, la dissipazione del calore, la durata e il peso del sistema motore sono potenziali problemi.
Forse l'uso di turbine elettriche nella gamma a bassa velocità e il passaggio ai turbo tradizionali nella gamma ad alta velocità è un modo per fare entrambe le cose. Ad esempio, Volvo e Audi si stanno sviluppando in questa direzione. Ma ci sono anche aziende come Subaru che cercano tecnicamente l'eccellenza e hanno adottato un metodo più radicale di utilizzo dei turbo elettrici per lavorare a pieno regime, sostituendo completamente i turbo tradizionali.
Ma facendo un passo indietro, anche se superiamo vari problemi tecnici, la necessità di turbine elettriche è ancora in discussione. Questo perché, fondamentalmente, le turbine elettriche richiedono potenza aggiuntiva, contraria allo scopo di risparmio energetico delle turbine convenzionali che utilizzano i gas di scarico come energia. Pertanto, la ricerca di un equilibrio adeguato tra risparmio energetico e prestazioni deve essere esplorata anche in futuro.
A causa di limitazioni strutturali, i turbocompressori convenzionali presentano carenze intrinseche. Dopo aver progettato idee per compensare queste carenze, come applicare queste nuove tecnologie ai veicoli è anche un grande test per i materiali hardware. Ad esempio, i materiali sopra menzionati in grado di resistere a temperature ultra elevate rappresentano un collo di bottiglia nello sviluppo di sistemi a turbina per ottenere una maggiore efficienza termica.
Inoltre, con il crescente sviluppo e avanzamento della tecnologia, riteniamo che problemi tecnici come quelli sopra menzionati saranno presto risolti. Ma mentre il motore turbo più piccolo ha ottenuto risultati migliori nei test EPA, rispetto al motore aspirato, il turbo piccolo non è stato all'altezza delle affermazioni di molti test su strada. livello di consumo di carburante.
Allo stato attuale, i risultati rilevati sugli strumenti di prova sono spesso non qualificati su strada reale, indicando che gli attuali mezzi per testare l'effetto tecnico non sono perfetti e c'è una certa distanza dall'ambiente di guida completamente reale. Quindi il passo successivo è trovare il modo di abbinare adeguatamente le diverse situazioni, in modo che i risultati raggiunti in laboratorio e al banco prova possano essere pienamente raggiunti nella realtà, altrimenti tutto è solo sulla carta.
