كيف ستجلب الشواحن التوربينية المزيد من القوة والكفاءة في المستقبل؟
كيف ستجلب الشواحن التوربينية المزيد من القوة والكفاءة في المستقبل؟
نحن نعلم أن الشاحن التوربيني اليوم لم يعد الأجزاء عالية الدوران من الثمانينيات التي تحطمت بسهولة المحركات. يتم الآن شحن توربو واحدة على الأقل من كل أربع مركبات في أمريكا الشمالية. إنها أكثر كفاءة وموثوقية ، وتكلفتها أقل ، والعديد من محركاتنا المفضلة تتنازل عن الشحن التوربيني.
وفقًا لتقديرات الشركة المصنعة للمحركات ذات الشاحن التوربيني Bo Tao Power ، في غضون خمس سنوات ، سيتم تجهيز ما يقرب من نصف المركبات الخفيفة التي تم إطلاقها حديثًا في العالم بتكنولوجيا الشحن التوربيني ، والتي تزيد بمقدار 18 مليونًا عن السوق الحالية ، والتي من المتوقع أن تستحوذ عليها أمريكا الشمالية 39٪ منهم.
إن الغرض من استخدام محرك بشاحن توربيني ليس أكثر من زيادة الطاقة أو تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود أو كليهما. بالنسبة للشحن التوربيني ، قد يؤدي اتجاه التطوير المستقبلي إلى تحسين أداء الطاقة بشكل أكبر وإزالة أوجه القصور في المحركات الحالية المزودة بشاحن توربيني مع ضمان توفير الطاقة.
توربو كهربائي وهجين.
أولئك الذين لا يحبون محركات V6 التوربينية الهجينة التي يتم استخدامها في سيارات F1 اليوم سوف يقودون سيارات بتقنية مماثلة في غضون بضع سنوات. يمكن لمحرك DC المدمج في عمود توصيل التوربين والضاغط أن يدور التوربين بأقصى سرعة دون الحاجة إلى استخدام غاز العادم لقيادته ، ويمكن القيام بذلك على الفور تقريبًا ، مما يقلل من تأخر التوربين إلى الصفر تقريبًا.
لذلك ، في نطاق السرعة المنخفضة حيث لم يتم تشغيل التوربين في المحرك التوربيني التقليدي ، يمكن للتوربين الذي يحركه المحرك تعويض نقص استجابة الطاقة لمحرك التوربين التقليدي. على الرغم من أن بعض الطرز المتطورة مجهزة حاليًا بتعزيز توربو ميكانيكي مزدوج ، إلا أنه يمكن تحقيق هذا التأثير أيضًا ، ولكن تكلفتها العالية وبصمة كبيرة تجعل من المستحيل على المركبات العادية نشر مثل هذه التكوينات التقنية.
ثانيًا ، نظرًا لأنه محرك كهربائي ، يمكن التحكم في قوة التعزيز بشكل أكثر دقة وسهولة من خلال البرنامج. في الوقت نفسه ، ستستخدم التوربينات الكهربائية طاقة غاز العادم الزائد لتوليد الكهرباء ، بدلاً من تركها تتجاوز التوربين عندما يعمل التوربين بأحمال عالية. سيتم استخدام مكثف فائق لتخزين هذه الطاقة الكهربائية لتشغيل التوربينات أو المكونات الكهربائية الأخرى ، مثل النظام الهجين المولّد للطاقة. لذا ، فإن نتيجة استخدام توربو كهربائي هي توصيل أسرع للطاقة واقتصاد أكثر كفاءة في استهلاك الوقود.
لقد رأينا بالفعل شحنًا توربينيًا كهروميكانيكيًا على نماذج Ford Focus و Audi الديزل ، وإن كان ذلك على أساس مختلف قليلاً ، غير متصل بالعادم. ومع ذلك ، وبغض النظر عن الموثوقية غير المثبتة للتوربينات الكهربائية في مركبات الإنتاج ، فإنها تواجه نفس المشكلة الكبيرة مثل الشاحن التوربيني الكهربائي: فهي تتطلب دعمًا عالي الطاقة كمصدر للطاقة عند العمل ، أو تتطلب استهلاك المزيد من الطاقة.
في ذروة الحمل ، يتطلب التوربو الكهربائي 48 فولتًا للقيادة ، لكن الشركات المصنعة لم تبد اهتمامًا كبيرًا بإعادة تصميم أنظمة 12 فولت الحالية. في الوقت نفسه ، نظرًا لقيود الطاقة وبعض هياكل التوربينات ذات التدفق المحوري ، من الصعب على التوربينات الكهربائية تحقيق كفاءة التوربينات التقليدية في ظل ظروف التحميل العالية.
لذلك ، من أجل تلبية الطلب على الجهد العالي ، يحتاج المولد التوربيني في تقنية سباقات F1 المذكورة أعلاه إلى زيادة تحسين كفاءة تحويل غاز العادم إلى كهرباء في السيارات ذات الإنتاج الضخم. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام البطاريات عالية الجهد الموجودة في المحركات الهجينة التقليدية لتوفير محرك توربو كهربائي. علاوة على ذلك ، إذا كنت تصر على تحقيق نفس تأثير التوربينات التقليدية من خلال الكهرباء ، خاصة في ظل ظروف الحمل العالية ، فإن نسبة استهلاك الطاقة ، وتبديد الحرارة ، والعمر ، ووزن نظام المحرك هي أيضًا مشكلات محتملة.
ربما يكون استخدام التوربينات الكهربائية في نطاق السرعة المنخفضة ، والتحول إلى التوربينات التقليدية في نطاق السرعة العالية طريقة للقيام بالأمرين. على سبيل المثال ، تتطور فولفو وأودي في هذا الاتجاه. ولكن هناك أيضًا شركات مثل سوبارو تسعى إلى التميز تقنيًا ، وتبنت طريقة أكثر جذرية لاستخدام التوربينات الكهربائية للعمل في نطاق السرعة الكاملة ، لتحل تمامًا محل التوربينات التقليدية.
لكن بالتراجع ، حتى لو تغلبنا على العديد من المشكلات الفنية ، لا تزال الحاجة إلى التوربينات الكهربائية قيد المناقشة. هذا لأن التوربينات الكهربائية تتطلب ، بشكل أساسي ، طاقة إضافية ، وهو ما يتعارض مع الغرض من توفير الطاقة للتوربينات التقليدية التي تستخدم غاز العادم كطاقة. لذلك ، فإن إيجاد توازن مناسب بين توفير الطاقة والأداء يحتاج أيضًا إلى استكشافه في المستقبل.
بسبب القيود الهيكلية ، فإن الشواحن التوربينية التقليدية لها عيوب متأصلة. بعد أن صممنا أفكارًا لتعويض أوجه القصور هذه ، فإن كيفية تطبيق هذه التقنيات الجديدة على المركبات تعد أيضًا اختبارًا كبيرًا لمواد الأجهزة. على سبيل المثال ، المواد المذكورة أعلاه التي يمكنها تحمل درجات الحرارة العالية جدًا تشكل عنق الزجاجة في تطوير أنظمة التوربينات لتحقيق كفاءة حرارية أعلى.
علاوة على ذلك ، مع التطور المتزايد والتقدم التكنولوجي ، نعتقد أنه سيتم حل المشكلات التقنية مثل تلك المذكورة أعلاه قريبًا. ولكن في حين أن المحرك التوربيني الأصغر قد حقق نتائج أفضل في اختبارات وكالة حماية البيئة ، مقارنةً بالمحرك الطبيعي ، فإن التوربو الصغير لم يرق إلى مستوى المطالبات في العديد من اختبارات الطرق. مستوى استهلاك الوقود.
في الوقت الحالي ، غالبًا ما تكون النتائج المعترف بها على أدوات الاختبار غير مؤهلة على الطريق الحقيقي ، مما يشير إلى أن الوسائل الحالية لاختبار التأثير الفني ليست مثالية ، وهناك مسافة معينة من بيئة القيادة الحقيقية تمامًا. لذا فإن الخطوة التالية هي إيجاد طريقة لمطابقة المواقف المختلفة بشكل صحيح ، بحيث يمكن تحقيق النتائج التي تحققت في المختبر ومنضدة الاختبار بالكامل في الواقع ، وإلا فسيكون كل شيء على الورق فقط.
