In che modo i turbocompressori forniranno maggiore potenza ed efficienza in futuro?
Come sarài turbocompressori porteranno più potenza ed efficienza in futuro?
Sappiamo che i turbocompressori di oggi non sono più le parti rotanti ad alta velocità che rompevano i motori così facilmente negli anni '80. I turbo sono ora montati su almeno un'auto su quattro in Nord America. Sono più efficienti, più affidabili e meno costosi e molti dei nostri motori preferiti hanno fatto il compromesso con il turbocompressore.
Secondo il produttore di motori turbo PortoPower, quasi la metà dei nuovi veicoli leggeri al mondo sarà turbo entro cinque anni, 18 milioni in più rispetto al mercato attuale, di cui si prevede che il Nord America rappresenterà il 39%.
L'adozione di motori sovralimentati mira ad aumentare la potenza, migliorare il risparmio di carburante o entrambi. Per il turbocompressore, la via da seguire potrebbe essere quella di migliorare ulteriormente le prestazioni di potenza garantendo al contempo l'efficienza del carburante ed eliminando le carenze degli attuali motori turbocompressi.
Turbo elettrici e ibridi
Coloro a cui non piacciono i propulsori ibridi V6 turbo attualmente utilizzati nelle auto di Formula 1 guideranno auto con tecnologia simile tra qualche anno.
La macchina. Un motore elettrico CC incorporato nell'albero che collega la turbina al compressore consente alla turbina di girare a piena velocità senza dover utilizzare i gas di scarico per azionarla, e questo può essere fatto quasi istantaneamente, riducendo così il ritardo della turbina quasi a zero.
Di conseguenza, la turbina azionata da motore elettrico può compensare la mancanza di risposta di potenza di un turbomotore convenzionale nella gamma di bassi regimi in cui la turbina non è stata ancora azionata. Sebbene alcuni modelli di fascia alta siano attualmente dotati di turbocompressori meccanici turbo che possono anche ottenere questo effetto, i loro costi elevati e gli ampi requisiti di spazio rendono impossibile la diffusione di una tale configurazione tecnica nei veicoli ordinari.
In secondo luogo, l'azionamento elettrico consente un controllo più accurato e facile della potenza di boost tramite software. Allo stesso tempo, la turbina elettrica utilizzerà l'energia dei gas di scarico in eccesso per rigenerare l'elettricità, invece di lasciarla bypassare la turbina quando è sotto carico e sprecarla. Un supercondensatore verrà utilizzato per immagazzinare questa potenza per azionare la turbina o altri componenti che utilizzano elettricità, come un sistema ibrido in grado di generare elettricità. Il risultato dell'utilizzo di un turbo elettrico è quindi un'erogazione di potenza più rapida e un risparmio di carburante più efficiente.
Abbiamo già visto la sovralimentazione elettromeccanica nei prototipi diesel Ford Focus e Audi, anche se con un principio leggermente diverso e non collegata al tubo di scarico. Tuttavia, ignorando per un momento l'affidabilità non dimostrata del turbo elettrico nelle auto di serie, deve affrontare lo stesso ^grande^ problema della sovralimentazione elettromeccanica: richiede un alto livello di supporto elettrico come fonte di energia durante il funzionamento, o meglio, più energia da consumare.
Al picco di carico, il turbocompressore 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, è difficile per le turbine elettriche raggiungere l'efficienza delle turbine convenzionali in condizioni di carico elevato a causa della potenza e dei limiti dell'architettura della turbina a flusso assiale utilizzata in alcuni casi.
Quindi, per soddisfare la domanda di alte tensioni, i turbogeneratori sopra menzionati nella tecnologia delle corse di F1 devono essere ulteriormente migliorati nelle auto di produzione per convertire i gas di scarico in elettricità. In alternativa, le batterie ad alta tensione che si trovano negli ibridi convenzionali potrebbero essere impiegate per fornire l'azionamento per la turbina elettrica. Inoltre, anche il rapporto di consumo energetico, la dissipazione del calore, la longevità e il peso del sistema del motore elettrico sono potenziali problemi se si insiste per ottenere lo stesso effetto di una turbina convenzionale attraverso l'elettricità, specialmente a carichi elevati.
Forse un turbo elettrico ai bassi regimi, combinato con il passaggio a un turbo convenzionale agli alti regimi, non è una cattiva strada per andare in entrambe le direzioni, poiché Volvo e Audi, ad esempio, si stanno muovendo in questa direzione. Ma ci sono anche aziende come Subaru che stanno perseguendo ^tecnicamente^ un approccio più radicale nell'utilizzo di turbo elettrici che funzionano a tutti i regimi per sostituire completamente i turbo convenzionali.
Ma facendo un passo indietro, anche se superiamo le varie questioni tecniche, la necessità di adottare i turbo elettrici è ancora in discussione da tutte le parti. 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. Trovare il giusto equilibrio tra efficienza energetica e prestazioni è quindi qualcosa che dovrà essere esplorato in futuro.
A causa di limitazioni strutturali, i turbocompressori convenzionali presentano carenze intrinseche. Una volta che abbiamo escogitato idee per compensare queste carenze, l'applicazione di queste nuove tecnologie ai veicoli è ora anche un importante test dei materiali hardware. Ad esempio, i suddetti materiali che possono resistere a temperature estremamente elevate sono un collo di bottiglia nello sviluppo di sistemi turbo per ottenere una maggiore efficienza termica.
Inoltre, man mano che la tecnologia si sviluppa e avanza, riteniamo che problemi tecnici come quelli sopra menzionati saranno presto risolti. Tuttavia, nonostante il fatto che i motori turbo più piccoli abbiano ottenuto risultati migliori nei test EPA, in molti test su strada i piccoli turbo non raggiungono i livelli di consumo di carburante dichiarati rispetto ai motori aspirati.
Il fatto che i risultati ora riconosciuti sugli strumenti di prova spesso non riescano a passare su strade reali mostra che gli attuali mezzi per testare l'efficacia della tecnologia non sono ancora perfetti e sono in qualche modo lontani da un ambiente di guida completamente realistico. Quindi il passo successivo è trovare un modo per far combaciare 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 un esercizio cartaceo.
