Como os turbocompressores fornecerão maior potência e eficiência no futuro?
Como vaiturbocompressores trazem mais potência e eficiência no futuro?
Sabemos que os turbocompressores de hoje não são mais as peças giratórias de alta velocidade que quebravam os motores com tanta facilidade na década de 1980. Turbos agora são instalados em pelo menos um em cada quatro carros na América do Norte. Eles são mais eficientes, mais confiáveis e menos dispendiosos, e muitos de nossos motores favoritos comprometeram-se com a turboalimentação.
De acordo com a fabricante de motores turbo PortoPower, quase metade dos novos veículos leves do mundo serão turboalimentados dentro de cinco anos, 18 milhões a mais do que o mercado atual, do qual a América do Norte deverá responder por 39%.
A adoção de motores superalimentados visa aumentar a potência, melhorar a economia de combustível ou ambos. Para turboalimentação, o caminho a seguir pode ser melhorar ainda mais o desempenho de potência, garantindo a eficiência de combustível e eliminando as deficiências dos atuais motores turboalimentados.
Turbos elétricos e híbridos
Aqueles que não gostam dos motores V6 híbridos turboalimentados atualmente usados nos carros de Fórmula 1 estarão dirigindo carros com tecnologia semelhante dentro de alguns anos.
O carro. Um motor elétrico DC embutido no eixo que conecta a turbina ao compressor permite que a turbina gire a toda velocidade sem ter que usar os gases de escape para acioná-la, e isso pode ser feito quase instantaneamente, reduzindo o atraso da turbina a quase zero.
Como resultado, a turbina acionada por motor elétrico pode compensar a falta de resposta de potência de um motor turbo convencional na faixa de baixa rotação onde a turbina ainda não foi acionada. Embora alguns modelos de ponta estejam atualmente equipados com turbocompressores mecânicos duplos que também podem alcançar esse efeito, seu alto custo e grande necessidade de espaço impossibilitam a popularização dessa configuração técnica em veículos comuns.
Em segundo lugar, o acionamento elétrico permite um controle mais preciso e fácil da potência de impulso por meio de software. Ao mesmo tempo, a turbina elétrica usará a energia do excesso de gases de escape para regenerar eletricidade, em vez de deixá-la contornar a turbina quando estiver sob alta carga e desperdiçá-la. Um supercapacitor será usado para armazenar essa energia para acionar a turbina ou outros componentes que usam eletricidade, como um sistema híbrido que pode gerar eletricidade. O resultado do uso de um turbo elétrico é, portanto, entrega de potência mais rápida e economia de combustível mais eficiente.
Já vimos sobrealimentação eletromecânica nos protótipos Ford Focus e Audi diesel, embora com um princípio ligeiramente diferente e não conectado ao tubo de escape. No entanto, ignorando por um momento a confiabilidade não comprovada do turbo elétrico em carros de produção, ele enfrenta o mesmo ^grande^ problema da superalimentação eletromecânica: requer um alto nível de suporte elétrico como fonte de energia ao operar, ou melhor, mais energia a ser consumida.
No pico de carga, o turbocompressor elétrico requer 48 volts para funcionar, mas os fabricantes não demonstraram muito interesse em redesenhar seus atuais sistemas de 12 volts. Ao mesmo tempo, é difícil para as turbinas elétricas atingirem a eficiência das turbinas convencionais em condições de alta carga devido à potência e às limitações da arquitetura da turbina de fluxo axial usada em alguns casos.
Portanto, para atender à demanda por altas tensões, os turbogeradores mencionados acima na tecnologia de corrida de F1 precisam ser aprimorados ainda mais nos carros de produção para converter os gases de escape em eletricidade. Alternativamente, as baterias de alta tensão encontradas nos híbridos convencionais podem ser empregadas para fornecer o acionamento da turbina elétrica. Além disso, a taxa de consumo de energia, a dissipação de calor, a longevidade e o peso do sistema do motor elétrico também são problemas potenciais se se insistir em obter o mesmo efeito que uma turbina convencional através da eletricidade, especialmente em altas cargas.
Talvez um turbo elétrico na faixa de baixa rotação, combinado com uma mudança para um turbo convencional na faixa de alta rotação, não seja um caminho ruim para os dois lados, já que a Volvo e a Audi, por exemplo, estão se movendo nessa direção. Mas também existem empresas como a Subaru que estão buscando ^tecnicamente^ uma abordagem mais radical de usar turbos elétricos trabalhando em toda a faixa de rotação para substituir completamente os turbos convencionais.
Mas dando um passo para trás, mesmo que superemos as várias questões técnicas, a necessidade de adotar turbos elétricos ainda está sendo discutida por todos os lados. 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 escape. Encontrar o equilíbrio certo entre eficiência energética e desempenho é, portanto, algo que precisará ser explorado no futuro.
Devido a limitações estruturais, os turbocompressores convencionais apresentam deficiências inerentes. Uma vez que desenvolvemos ideias para compensar essas deficiências, a aplicação dessas novas tecnologias em veículos é agora também um grande teste de materiais de hardware. Por exemplo, os materiais mencionados acima que podem suportar temperaturas extremamente altas são um gargalo no desenvolvimento de sistemas turbo para alcançar maior eficiência térmica.
Além disso, à medida que a tecnologia se desenvolve e avança, acreditamos que problemas técnicos como os mencionados acima serão resolvidos em breve. No entanto, apesar do fato de motores turboalimentados menores terem alcançado melhores resultados nos testes da EPA, em muitos testes de estrada, os turbos pequenos não atingem os níveis de consumo de combustível alegados em comparação com os motores naturalmente aspirados.
O fato de que os resultados agora reconhecidos nos instrumentos de teste muitas vezes não passam em estradas reais mostra que os meios atuais de testar a eficácia da tecnologia ainda não são perfeitos e estão longe de um ambiente de direção totalmente realista. Assim, o próximo passo é encontrar uma maneira de combinar diferentes situações para que os resultados alcançados no laboratório e na bancada de testes possam ser plenamente alcançados na realidade, caso contrário, tudo é apenas um exercício de papel.
