¿Cómo traerán los turbocompresores más potencia y eficiencia en el futuro?
¿Cómo traerán los turbocompresores más potencia y eficiencia en el futuro?
Sabemos que los turbocompresores de hoy ya no son las partes de alto giro de los años ochenta que fácilmente destrozaban los motores. Al menos uno de cada cuatro vehículos en América del Norte ahora tiene turbocompresor. Son más eficientes y confiables, y cuestan menos, y muchos de nuestros queridos motores se comprometen con la turboalimentación.
Según la estimación del fabricante de motores turboalimentados Bo Tao Power, dentro de cinco años, casi la mitad de los vehículos ligeros recién lanzados en el mundo estarán equipados con tecnología de turboalimentación, que es 18 millones más que el mercado actual, del cual se espera que América del Norte represente para el 39% de ellos.
El propósito de tomar un motor turboalimentado no es más que aumentar la potencia, mejorar la economía de combustible o ambos. Para la turboalimentación, la dirección del desarrollo futuro puede mejorar aún más el rendimiento de la potencia y eliminar las deficiencias de los motores turboalimentados actuales al tiempo que garantiza el ahorro de energía.
Eléctrico Turbo e Híbrido.
Aquellos a quienes no les gustan los sistemas de propulsión V6 turbo-híbridos que se utilizan en los autos de F1 hoy en día, conducirán autos con tecnología similar en unos pocos años. Un motor de CC incrustado en el eje de conexión de la turbina y el compresor puede hacer girar la turbina a toda velocidad sin tener que usar gases de escape para impulsarla, y esto se puede hacer casi instantáneamente, reduciendo el retraso del turbo a casi cero.
Por lo tanto, en el rango de baja velocidad donde la turbina no ha sido accionada en el motor de turbina convencional, la turbina accionada por motor puede compensar la falta de respuesta de potencia del motor de turbina convencional. Aunque algunos modelos de gama alta actualmente están equipados con doble refuerzo mecánico turbo, este efecto también se puede lograr, pero su alto costo y su gran tamaño hacen que sea imposible que los vehículos ordinarios popularicen tales configuraciones técnicas.
En segundo lugar, debido a que es un accionamiento eléctrico, la potencia de refuerzo se puede controlar de manera más precisa y conveniente a través del software. Al mismo tiempo, la turbina eléctrica utilizará la energía del exceso de gases de escape para regenerar electricidad, en lugar de dejar que se desvíe de la turbina cuando la turbina está funcionando con una carga alta. Se utilizará un supercondensador para almacenar esta energía eléctrica para impulsar turbinas u otros componentes eléctricos, como un sistema híbrido de generación de energía. Por lo tanto, el resultado de usar un turbo eléctrico es una entrega de potencia más rápida y una economía de combustible más eficiente.
Ya hemos visto turboalimentación electromecánica en los prototipos diésel de Ford Focus y Audi, aunque sobre una base ligeramente diferente, no conectada al escape. Sin embargo, independientemente de la confiabilidad no probada de los turbos eléctricos en los vehículos de producción, enfrentan el mismo gran problema que los turbocompresores eléctricos: requieren un soporte de alta potencia como fuente de energía cuando funcionan, o requieren consumir más energía.
En carga máxima, el turbo eléctrico requiere 48 voltios para funcionar, pero los fabricantes no han mostrado mucho interés en rediseñar sus sistemas actuales de 12 voltios. Al mismo tiempo, debido a las limitaciones de potencia y algunas estructuras de turbinas de flujo axial, es difícil que las turbinas eléctricas alcancen la eficiencia de las turbinas tradicionales en condiciones de alta carga.
Por lo tanto, para satisfacer la demanda de alto voltaje, el turbogenerador en la tecnología de carreras de F1 mencionada anteriormente necesita mejorar aún más la eficiencia de convertir los gases de escape en electricidad en los automóviles producidos en masa. Alternativamente, las baterías de alto voltaje que se encuentran en los híbridos convencionales podrían emplearse para proporcionar el turbopropulsor eléctrico. Además, si insiste en lograr el mismo efecto que una turbina tradicional a través de la electricidad, especialmente en condiciones de alta carga, la relación de consumo de energía, la disipación de calor, la vida útil y el peso del sistema del motor también son problemas potenciales.
Quizás el uso de turbinas eléctricas en el rango de baja velocidad y cambiar a turbos tradicionales en el rango de alta velocidad es una forma de hacer ambas cosas. Por ejemplo, Volvo y Audi se están desarrollando en esta dirección. Pero también hay empresas como Subaru que buscan la excelencia técnica y han adoptado un método más radical de usar turbos eléctricos para trabajar en el rango de velocidad máxima, reemplazando por completo a los turbos tradicionales.
Pero dando un paso atrás, incluso si superamos varios problemas técnicos, la necesidad de turbinas eléctricas todavía está en discusión. Esto se debe a que, fundamentalmente, las turbinas eléctricas requieren potencia adicional, lo cual es contrario al propósito de ahorro de energía de las turbinas convencionales que utilizan los gases de escape como energía. Por lo tanto, también se debe explorar en el futuro la búsqueda de un equilibrio adecuado entre el ahorro de energía y el rendimiento.
Debido a limitaciones estructurales, los turbocargadores convencionales tienen deficiencias inherentes. Después de haber diseñado ideas para compensar estas deficiencias, cómo aplicar estas nuevas tecnologías a los vehículos también es una gran prueba para los materiales de hardware. Por ejemplo, los materiales mencionados anteriormente que pueden soportar temperaturas ultra altas son un cuello de botella en el desarrollo de sistemas de turbinas para lograr una mayor eficiencia térmica.
Además, con el creciente desarrollo y avance de la tecnología, creemos que los problemas técnicos como los mencionados anteriormente se resolverán pronto. Pero mientras que el motor turbo más pequeño ha logrado mejores resultados en las pruebas de la EPA, en comparación con el motor de aspiración natural, el turbo pequeño no estuvo a la altura de las afirmaciones en muchas pruebas en carretera. nivel de consumo de combustible.
En la actualidad, los resultados reconocidos en los instrumentos de prueba a menudo no están calificados en la carretera real, lo que indica que los medios actuales para probar el efecto técnico no son perfectos y hay una cierta distancia del entorno de conducción completamente real. Entonces, el siguiente paso es encontrar una manera de combinar adecuadamente diferentes situaciones, de modo que los resultados obtenidos en el laboratorio y el banco de pruebas puedan lograrse completamente en la realidad; de lo contrario, todo queda solo en el papel.
