Как турбокомпрессоры принесут больше мощности и эффективности в будущем?
Как турбокомпрессоры принесут больше мощности и эффективности в будущем?
Мы знаем, что сегодняшние турбокомпрессоры больше не являются быстро вращающимися деталями восьмидесятых, которые легко разрушали двигатели. По крайней мере каждый четвертый автомобиль в Северной Америке сейчас оснащен турбонаддувом. Они более эффективны и надежны, стоят дешевле, а многие из наших любимых двигателей идут на компромисс с турбонаддувом.
По оценке производителя двигателей с турбонаддувом Bo Tao Power, в течение пяти лет почти половина новых легковых автомобилей в мире будет оснащена технологией турбонаддува, что на 18 миллионов больше, чем текущий рынок, из которых, как ожидается, будет приходиться Северная Америка. для 39% из них.
Целью выбора двигателя с турбонаддувом является не что иное, как увеличение мощности, улучшение топливной экономичности или и то, и другое. Что касается турбонаддува, будущее направление развития может еще больше повысить мощность и устранить недостатки существующих двигателей с турбонаддувом, обеспечивая при этом экономию энергии.
Электрический турбо и гибрид.
Те, кому не нравятся турбогибридные силовые агрегаты V6, которые сегодня используются в автомобилях F1, через несколько лет будут ездить на автомобилях с аналогичной технологией. Двигатель постоянного тока, встроенный в соединительный вал турбины и компрессора, может вращать турбину на полной скорости без использования выхлопных газов для ее привода, и это можно сделать практически мгновенно, сведя турбозадержку почти до нуля.
Следовательно, в низкоскоростном диапазоне, где турбина не приводится в действие в обычном газотурбинном двигателе, турбина с электроприводом может компенсировать недостаточную характеристику мощности обычного газотурбинного двигателя. Хотя некоторые модели высокого класса в настоящее время оснащены механическим турбонаддувом с двойным наддувом, этот эффект также может быть достигнут, но его высокая стоимость и большая занимаемая площадь не позволяют обычным автомобилям популяризировать такие технические конфигурации.
Во-вторых, поскольку это электрический привод, мощность наддува можно более точно и удобно контролировать с помощью программного обеспечения. В то же время электрическая турбина будет использовать энергию избыточного выхлопного газа для регенерации электроэнергии, а не пропускать ее в обход турбины, когда турбина работает с высокой нагрузкой. Суперконденсатор будет использоваться для хранения этой электрической энергии для привода турбин или других электрических компонентов, таких как гибридная система, вырабатывающая электроэнергию. Таким образом, результатом использования электрического турбонаддува является более быстрая подача мощности и более эффективная экономия топлива.
Мы уже видели электромеханический турбонаддув на дизельных прототипах Ford Focus и Audi, хотя и на несколько иной основе, не связанной с выхлопом. Однако, несмотря на недоказанную надежность электрических турбокомпрессоров в серийных автомобилях, они сталкиваются с той же большой проблемой, что и электрические турбокомпрессоры: требуют поддержки высокой мощности в качестве источника энергии при работе или требуют потреблять больше энергии.
При пиковой нагрузке электрическому турбодвигателю для работы требуется 48 вольт, но производители не проявляют особого интереса к перепроектированию своих нынешних 12-вольтовых систем. В то же время из-за ограничений по мощности и некоторых конструкций осевых турбин электрическим турбинам трудно достичь эффективности традиционных турбин в условиях высоких нагрузок.
Следовательно, чтобы удовлетворить потребность в высоком напряжении, турбогенератор в упомянутой выше гоночной технологии F1 должен еще больше повысить эффективность преобразования выхлопных газов в электричество в серийных автомобилях. В качестве альтернативы для обеспечения электрического турбопривода можно использовать высоковольтные батареи обычных гибридов. Более того, если вы настаиваете на достижении того же эффекта, что и традиционная турбина, за счет электричества, особенно в условиях высокой нагрузки, коэффициент энергопотребления, тепловыделение, срок службы и вес двигательной системы также являются потенциальными проблемами.
Возможно, использование электрических турбин в низкоскоростном диапазоне и переход на традиционные турбины в высокоскоростном диапазоне — это способ сделать и то, и другое. Например, Volvo и Audi развиваются в этом направлении. Но есть и такие компании, как Subaru, которые стремятся к совершенству с технической точки зрения и приняли более радикальный метод использования электрических турбин для работы в полном диапазоне скоростей, полностью заменив традиционные турбины.
Но если сделать шаг назад, даже если мы преодолеем различные технические вопросы, вопрос о необходимости электротурбин все еще обсуждается. Это связано с тем, что, по сути, электрические турбины требуют дополнительной мощности, что противоречит энергосберегающей цели обычных турбин, использующих выхлопные газы в качестве энергии. Поэтому в будущем также необходимо изучить поиск подходящего баланса между энергосбережением и производительностью.
Из-за конструктивных ограничений обычные турбокомпрессоры имеют присущие им недостатки. После того, как мы разработали идеи, чтобы компенсировать эти недостатки, применение этих новых технологий в транспортных средствах также является большим испытанием для аппаратных материалов. Например, упомянутые выше материалы, способные выдерживать сверхвысокие температуры, являются узким местом в разработке турбинных систем для достижения более высокой тепловой эффективности.
Кроме того, с ростом развития и совершенствования технологий мы считаем, что технические проблемы, подобные упомянутым выше, будут решены в ближайшее время. Но в то время как двигатель с меньшим турбонаддувом показал лучшие результаты в тестах Агентства по охране окружающей среды по сравнению с двигателем без наддува, маленький двигатель с турбонаддувом не оправдал требований во многих дорожных испытаниях. уровень расхода топлива.
В настоящее время результаты, распознаваемые на тестовых приборах, часто не соответствуют реальной дороге, что указывает на то, что текущие средства проверки технического эффекта несовершенны, и существует определенное расстояние от полностью реальной среды вождения. Так что следующий шаг — найти способ правильно сопоставить разные ситуации, чтобы результаты, полученные в лаборатории и на испытательном стенде, могли быть полностью достигнуты в реальности, иначе все только на бумаге.
