Como os turbocompressores trarão mais potência e eficiência no futuro?
Como os turbocompressores trarão mais potência e eficiência no futuro?
Sabemos que os turbocompressores de hoje não são mais as peças de alta rotação dos anos oitenta que quebravam facilmente os motores. Pelo menos um em cada quatro veículos na América do Norte é agora turboalimentado. Eles são mais eficientes e confiáveis, e custam menos, e muitos de nossos motores muito amados comprometem a turboalimentação.
Segundo estimativa do fabricante de motores turboalimentados Bo Tao Power, dentro de cinco anos, quase metade dos veículos leves recém-lançados no mundo estarão equipados com tecnologia de turboalimentação, que é 18 milhões a mais do que o mercado atual, do qual a América do Norte deverá responder para 39% deles.
O objetivo de usar um motor turboalimentado nada mais é do que aumentar a potência, melhorar a economia de combustível ou ambos. Para turboalimentação, a direção de desenvolvimento futuro pode melhorar ainda mais o desempenho de potência e eliminar as deficiências dos atuais motores turboalimentados, garantindo a economia de energia.
Turbo elétrico e híbrido.
Aqueles que não gostam dos motores V6 turbo-híbridos que estão sendo usados nos carros de F1 hoje estarão dirigindo carros com tecnologia semelhante em alguns anos. Um motor DC embutido no eixo de conexão da turbina e do compressor pode girar a turbina em velocidade máxima sem ter que usar gás de exaustão para acioná-la, e isso pode ser feito quase instantaneamente, reduzindo o turbo lag a quase zero.
Portanto, na faixa de baixa velocidade onde a turbina não foi acionada no motor de turbina convencional, a turbina acionada por motor pode compensar a falta de resposta de potência do motor de turbina convencional. Embora alguns modelos de ponta estejam atualmente equipados com turbo mecânico dual boost, esse efeito também pode ser alcançado, mas seu alto custo e grande pegada impossibilitam que veículos comuns popularizem tais configurações técnicas.
Em segundo lugar, por ser um acionamento elétrico, a potência de impulso pode ser controlada de forma mais precisa e conveniente por meio de software. Ao mesmo tempo, a turbina elétrica usará a energia do excesso de gás de exaustão para regenerar a eletricidade, em vez de deixá-la contornar a turbina quando a turbina estiver funcionando em alta carga. Um supercapacitor será usado para armazenar essa energia elétrica para acionar turbinas ou outros componentes elétricos, como um sistema híbrido de geração de energia. Assim, o resultado do uso de um turbo elétrico é uma entrega de energia mais rápida e uma economia de combustível mais eficiente.
Já vimos turboalimentação eletromecânica nos protótipos a diesel do Ford Focus e da Audi, embora em uma base ligeiramente diferente, não conectada ao escapamento. No entanto, independentemente da confiabilidade não comprovada dos turbos elétricos em veículos de produção, ele enfrenta o mesmo grande problema dos turbocompressores elétricos: requer suporte de alta potência como fonte de energia ao trabalhar ou exige consumir mais energia.
No pico de carga, o turbo elétrico requer 48 volts para funcionar, mas os fabricantes não demonstraram muito interesse em redesenhar seus atuais sistemas de 12 volts. Ao mesmo tempo, devido às limitações de potência e algumas estruturas de turbinas de fluxo axial, é difícil para as turbinas elétricas atingirem a eficiência das turbinas tradicionais sob condições de alta carga.
Portanto, para atender à demanda por alta tensão, o turbogerador na tecnologia de corrida de F1 mencionada acima precisa melhorar ainda mais a eficiência da conversão de gases de escape em eletricidade em carros produzidos em massa. Alternativamente, as baterias de alta tensão encontradas em híbridos convencionais podem ser empregadas para fornecer o acionamento turbo elétrico. Além disso, se você insistir em obter o mesmo efeito de uma turbina tradicional através da eletricidade, especialmente sob condições de alta carga, a relação de consumo de energia, dissipação de calor, vida útil e peso do sistema do motor também são problemas potenciais.
Talvez o uso de turbinas elétricas na faixa de baixa velocidade e a mudança para turbos tradicionais na faixa de alta velocidade seja uma maneira de fazer as duas coisas. Por exemplo, Volvo e Audi estão se desenvolvendo nessa direção. Mas também existem empresas como a Subaru que buscam a excelência tecnicamente e adotaram um método mais radical de usar turbos elétricos para trabalhar na faixa de velocidade máxima, substituindo completamente os turbos tradicionais.
Mas dando um passo atrás, mesmo superando várias questões técnicas, a necessidade de turbinas elétricas ainda está em discussão. Isso porque, fundamentalmente, as turbinas elétricas requerem potência adicional, o que é contrário ao propósito de economia de energia das turbinas convencionais que utilizam como potência os gases de exaustão. Portanto, encontrar um equilíbrio adequado entre economia de energia e desempenho também precisa ser explorado no futuro.
Devido a limitações estruturais, os turbocompressores convencionais apresentam deficiências inerentes. Depois de projetarmos ideias para compensar essas deficiências, como aplicar essas novas tecnologias aos veículos também é um grande teste para materiais de hardware. Por exemplo, os materiais mencionados acima que podem suportar temperaturas ultra-altas são um gargalo no desenvolvimento de sistemas de turbinas para alcançar maior eficiência térmica.
Além disso, com o crescente desenvolvimento e avanço da tecnologia, acreditamos que problemas técnicos como os mencionados acima serão resolvidos em breve. Mas enquanto o motor turbo menor alcançou melhores resultados nos testes da EPA, em comparação com o motor naturalmente aspirado, o turbo pequeno não atendeu às reivindicações em muitos testes de estrada. nível de consumo de combustível.
Atualmente, os resultados reconhecidos nos instrumentos de teste geralmente não são qualificados na estrada real, indicando que os meios atuais de testar o efeito técnico não são perfeitos e há uma certa distância do ambiente de condução completamente real. Assim, o próximo passo é encontrar uma maneira de combinar adequadamente as diferentes situações, para que os resultados alcançados no laboratório e na bancada de testes possam ser plenamente alcançados na realidade, caso contrário, tudo fica apenas no papel.
