Wie bringen Turbolader in Zukunft mehr Leistung und Effizienz?
Wie bringen Turbolader in Zukunft mehr Leistung und Effizienz?
Wir wissen, dass die heutigen Turbolader nicht mehr die hochdrehenden Teile der achtziger Jahre sind, die Motoren leicht zerschmetterten. Mindestens jedes vierte Fahrzeug in Nordamerika ist heute mit Turbolader ausgestattet. Sie sind effizienter und zuverlässiger und kosten weniger, und viele unserer beliebten Motoren gehen Kompromisse bei der Turboaufladung ein.
Nach Schätzungen des Turbomotorenherstellers Bo Tao Power wird innerhalb von fünf Jahren fast die Hälfte der weltweit neu auf den Markt gebrachten Leichtfahrzeuge mit Turboladertechnologie ausgestattet sein, das sind 18 Millionen mehr als der aktuelle Markt, von dem Nordamerika erwartet wird für 39 % von ihnen.
Der Zweck eines turbogeladenen Motors ist nichts anderes als die Steigerung der Leistung, die Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs oder beides. Für die Turboaufladung kann die künftige Entwicklungsrichtung die Leistungsleistung weiter verbessern und die Mängel der derzeitigen Motoren mit Turboaufladung beseitigen, während Energieeinsparungen sichergestellt werden.
Elektrischer Turbo und Hybrid.
Diejenigen, die die Turbo-Hybrid-V6-Antriebsstränge, die heute in F1-Autos verwendet werden, nicht mögen, werden in einigen Jahren Autos mit ähnlicher Technologie fahren. Ein Gleichstrommotor, der in die Verbindungswelle von Turbine und Kompressor eingebettet ist, kann die Turbine mit voller Drehzahl drehen, ohne Abgas zum Antrieb verwenden zu müssen, und dies kann fast augenblicklich erfolgen, wodurch das Turboloch auf nahezu Null reduziert wird.
Daher kann die motorbetriebene Turbine im Niedriggeschwindigkeitsbereich, in dem die Turbine in dem herkömmlichen Turbinentriebwerk nicht angetrieben wurde, den Mangel an Leistungsansprechverhalten des herkömmlichen Turbinentriebwerks ausgleichen. Obwohl einige High-End-Modelle derzeit mit mechanischem Turbo-Dual-Boosting ausgestattet sind, kann dieser Effekt ebenfalls erzielt werden, aber seine hohen Kosten und seine große Stellfläche machen es gewöhnlichen Fahrzeugen unmöglich, solche technischen Konfigurationen zu verbreiten.
Da es sich zweitens um einen Elektroantrieb handelt, lässt sich die Boostleistung per Software genauer und bequemer regeln. Gleichzeitig nutzt die elektrische Turbine die Energie des überschüssigen Abgases zur Regenerierung von Strom, anstatt sie bei hoher Last an der Turbine vorbeizuleiten. Ein Superkondensator wird verwendet, um diese elektrische Energie zu speichern, um Turbinen oder andere elektrische Komponenten wie ein stromerzeugendes Hybridsystem anzutreiben. Das Ergebnis der Verwendung eines elektrischen Turbos ist also eine schnellere Leistungsabgabe und ein effizienterer Kraftstoffverbrauch.
Elektromechanische Turboaufladung haben wir bereits beim Ford Focus und den Diesel-Prototypen von Audi gesehen, wenn auch auf etwas anderer Basis, die nicht mit dem Auspuff verbunden ist. Ungeachtet der unbewiesenen Zuverlässigkeit elektrischer Turbos in Serienfahrzeugen stehen sie jedoch vor dem gleichen großen Problem wie elektrische Turbolader: Sie benötigen eine hohe Leistungsunterstützung als Energiequelle beim Arbeiten oder verbrauchen mehr Energie.
Bei Spitzenlast benötigt der elektrische Turbo 48 Volt zum Fahren, aber die Hersteller haben kein großes Interesse daran gezeigt, ihre aktuellen 12-Volt-Systeme neu zu gestalten. Gleichzeitig ist es aufgrund der Leistungsbeschränkungen und einiger Axialströmungs-Turbinenstrukturen für elektrische Turbinen schwierig, den Wirkungsgrad herkömmlicher Turbinen unter Hochlastbedingungen zu erreichen.
Um den Bedarf an Hochspannung zu decken, muss der Turbogenerator in der oben erwähnten F1-Renntechnologie daher die Effizienz der Umwandlung von Abgas in Elektrizität in Serienautos weiter verbessern. Alternativ könnten die Hochvoltbatterien herkömmlicher Hybride für den elektrischen Turboantrieb genutzt werden. Wenn Sie darüber hinaus darauf bestehen, den gleichen Effekt wie eine herkömmliche Turbine durch Elektrizität zu erzielen, insbesondere unter Hochlastbedingungen, sind das Energieverbrauchsverhältnis, die Wärmeableitung, die Lebensdauer und das Gewicht des Motorsystems ebenfalls potenzielle Probleme.
Vielleicht ist der Einsatz von elektrischen Turbinen im niedrigen Drehzahlbereich und der Wechsel zu herkömmlichen Turbos im hohen Drehzahlbereich eine Möglichkeit, beides zu erreichen. In diese Richtung entwickeln sich zum Beispiel Volvo und Audi. Aber es gibt auch Unternehmen wie Subaru, die technisch nach Exzellenz streben und eine radikalere Methode zur Verwendung von elektrischen Turbos eingeführt haben, um im vollen Drehzahlbereich zu arbeiten und herkömmliche Turbos vollständig zu ersetzen.
Aber um einen Schritt zurückzutreten, auch wenn wir verschiedene technische Probleme überwinden, wird die Notwendigkeit elektrischer Turbinen immer noch diskutiert. Dies liegt daran, dass elektrische Turbinen grundsätzlich zusätzliche Leistung benötigen, was dem Energiesparzweck herkömmlicher Turbinen zuwiderläuft, die Abgas als Energie verwenden. Daher muss auch in Zukunft nach einem geeigneten Gleichgewicht zwischen Energieeinsparung und Leistung gesucht werden.
Aufgrund struktureller Beschränkungen haben herkömmliche Turbolader inhärente Mängel. Nachdem wir Ideen entworfen haben, um diese Mängel auszugleichen, ist die Anwendung dieser neuen Technologien auf Fahrzeuge auch ein großer Test für Hardware-Materialien. Beispielsweise sind die oben genannten Materialien, die ultrahohe Temperaturen aushalten können, ein Engpass bei der Entwicklung von Turbinensystemen, um einen höheren thermischen Wirkungsgrad zu erreichen.
Darüber hinaus glauben wir, dass mit der zunehmenden Entwicklung und dem Fortschritt der Technologie technische Probleme wie die oben genannten bald gelöst werden. Doch während der kleinere Turbomotor in EPA-Tests im Vergleich zum Saugmotor bessere Ergebnisse erzielte, konnte der kleine Turbo den Ansprüchen in vielen Straßentests nicht gerecht werden. Kraftstoffverbrauchsniveau.
Derzeit sind die auf den Testinstrumenten erkannten Ergebnisse auf der realen Straße oft unqualifiziert, was darauf hindeutet, dass die derzeitigen Mittel zum Testen der technischen Wirkung nicht perfekt sind und eine gewisse Entfernung von der vollständig realen Fahrumgebung besteht. Der nächste Schritt ist also, einen Weg zu finden, verschiedene Situationen richtig aufeinander abzustimmen, damit die im Labor und auf dem Prüfstand erzielten Ergebnisse in der Realität vollständig erreicht werden können, sonst ist alles nur auf dem Papier.
