كيف ستوفر الشواحن التوربينية طاقة وكفاءة أكبر في المستقبل؟
كيف سيكونالشاحن التوربيني يجلب المزيد من القوة والكفاءة في المستقبل؟
نحن نعلم أن الشواحن التوربينية الحالية لم تعد أجزاء الدوران عالية السرعة التي كسرت المحركات بسهولة في الثمانينيات. يتم الآن تركيب محركات التوربينات في سيارة واحدة على الأقل من بين كل أربع سيارات في أمريكا الشمالية. إنها أكثر كفاءة وموثوقية وأقل تكلفة ، وقد قدمت العديد من محركاتنا المفضلة حل وسط للشحن التوربيني.
وفقًا لتصنيع المحركات التوربينية ، PortoPower ، سيتم شحن ما يقرب من نصف المركبات الخفيفة الجديدة في العالم في غضون خمس سنوات ، أي بزيادة قدرها 18 مليون عن السوق الحالية ، والتي من المتوقع أن تمثل أمريكا الشمالية 39٪ منها.
يهدف اعتماد المحركات فائقة الشحن إما إلى زيادة الطاقة أو تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود أو كليهما. بالنسبة للشحن التوربيني ، قد يكون الطريق إلى الأمام هو تحسين أداء الطاقة مع ضمان كفاءة الوقود والقضاء على أوجه القصور في المحركات الحالية ذات الشحن التوربيني.
التوربينات الكهربائية والهجينة
أولئك الذين لا يحبون المحركات الهجينة V6 المزودة بشاحن توربيني والمستخدمة حاليًا في سيارات الفورمولا 1 ، سوف يقودون سيارات ذات تقنية مماثلة في غضون بضع سنوات.
السيارة. محرك كهربائي يعمل بالتيار المستمر مدمج في العمود الذي يربط التوربين بالضاغط يسمح للتوربين بالدوران بأقصى سرعة دون الحاجة إلى استخدام غاز العادم لقيادته ، ويمكن القيام بذلك على الفور تقريبًا ، وبالتالي تقليل تأخر التوربين إلى الصفر تقريبًا.
نتيجة لذلك ، يمكن للتوربين الذي يعمل بمحرك كهربائي أن يعوض نقص استجابة الطاقة لمحرك توربو تقليدي في نطاق عدد دورات المحرك المنخفض في الدقيقة حيث لم يتم تشغيل التوربين بعد. على الرغم من أن بعض الطرز المتطورة مجهزة حاليًا بشواحن توربو مزدوجة ميكانيكية يمكنها أيضًا تحقيق هذا التأثير ، إلا أن التكلفة العالية ومتطلبات المساحة الكبيرة تجعل من المستحيل تعميم مثل هذا التكوين الفني في المركبات العادية.
ثانيًا ، يسمح المحرك الكهربائي بتحكم أكثر دقة وسهولة في زيادة الطاقة من خلال البرنامج. في الوقت نفسه ، ستستخدم التوربينات الكهربائية الطاقة من غازات العادم الزائدة لإعادة توليد الكهرباء ، بدلاً من تركها تتجاوز التوربين عندما تكون تحت حمولة عالية وتضيعها. سيتم استخدام مكثف فائق لتخزين هذه الطاقة لتشغيل التوربين أو المكونات الأخرى التي تستخدم الكهرباء ، مثل النظام الهجين الذي يمكنه توليد الكهرباء. وبالتالي ، فإن نتيجة استخدام توربو كهربائي هي توصيل أسرع للطاقة واقتصاد أكثر كفاءة في استهلاك الوقود.
لقد رأينا بالفعل شحنًا كهروميكانيكيًا فائقًا في نماذج Ford Focus و Audi الديزل ، على الرغم من مبدأ مختلف قليلاً وغير متصل بأنبوب العادم. ومع ذلك ، تجاهل للحظة الموثوقية غير المؤكدة للتوربو الكهربائي في السيارات المنتجة ، فإنه يواجه نفس المشكلة - الكبيرة - مثل الشحن الكهروميكانيكي الفائق: فهو يتطلب مستوى عالٍ من الدعم الكهربائي كمصدر للطاقة عند التشغيل ، أو بالأحرى أكثر الطاقة التي سيتم استهلاكها.
في ذروة الحمل ، يتطلب الشحن التوربيني الكهربائي 48 فولتًا للقيادة ، لكن الشركات المصنعة لم تبد اهتمامًا كبيرًا بإعادة تصميم أنظمة 12 فولت الحالية. في الوقت نفسه ، يصعب على التوربينات الكهربائية تحقيق كفاءة التوربينات التقليدية في ظروف الحمل العالية بسبب الطاقة والقيود المفروضة على بنية التوربينات ذات التدفق المحوري المستخدمة في بعض الحالات.
لذلك ، لتلبية الطلب على الفولتية العالية ، تحتاج المولدات التوربينية المذكورة أعلاه في تقنية سباقات الفورمولا 1 إلى مزيد من التحسين في إنتاج السيارات لتحويل غازات العادم إلى كهرباء. بدلاً من ذلك ، يمكن استخدام بطاريات الجهد العالي الموجودة في المحركات الهجينة التقليدية لتوفير محرك للتوربين الكهربائي. علاوة على ذلك ، فإن نسبة استهلاك الطاقة ، وتبديد الحرارة ، وطول العمر ، ووزن نظام المحرك الكهربائي هي أيضًا قضايا محتملة إذا أصر المرء على تحقيق نفس تأثير التوربينات التقليدية من خلال الكهرباء خاصة عند الأحمال العالية.
ربما لا يكون التوربو الكهربائي في نطاق الدوران المنخفض ، جنبًا إلى جنب مع التبديل إلى توربو تقليدي في نطاق الدوران العالي ، طريقة سيئة للذهاب في كلا الاتجاهين ، حيث تتحرك فولفو وأودي ، على سبيل المثال ، في هذا الاتجاه. ولكن هناك أيضًا شركات مثل سوبارو تنتهج - تقنيًا - نهجًا أكثر جذرية لاستخدام التوربينات الكهربائية التي تعمل في نطاق دوران كامل لتحل محل التوربينات التقليدية تمامًا.
لكن بالتراجع ، حتى لو تجاوزنا المشكلات الفنية المختلفة ، لا تزال الحاجة إلى اعتماد توربينات كهربائية قيد المناقشة من جميع الجوانب. 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 التوازن الصحيح بين كفاءة الطاقة والأداء هو أمر يحتاج إلى استكشافه في المستقبل.
بسبب القيود الهيكلية ، فإن الشواحن التوربينية التقليدية لها عيوب متأصلة. بمجرد أن نبتكر أفكارًا للتعويض عن أوجه القصور هذه ، أصبح تطبيق هذه التقنيات الجديدة على المركبات الآن أيضًا اختبارًا رئيسيًا لمواد الأجهزة. على سبيل المثال ، المواد المذكورة أعلاه التي يمكنها تحمل درجات حرارة عالية للغاية تشكل عنق الزجاجة في تطوير أنظمة توربو لتحقيق كفاءة حرارية أعلى.
علاوة على ذلك ، مع تطور التكنولوجيا وتطورها ، نعتقد أنه سيتم قريبًا حل المشكلات الفنية مثل تلك المذكورة أعلاه. ومع ذلك ، على الرغم من حقيقة أن المحركات ذات الشاحن التوربيني الأصغر قد حققت نتائج أفضل في اختبارات وكالة حماية البيئة (EPA) ، إلا أنه في العديد من اختبارات الطرق لا تحقق التوربينات الصغيرة مستويات استهلاك الوقود المعلنة مقارنةً بالمحركات ذات السحب الطبيعي.
حقيقة أن النتائج المعترف بها الآن على أدوات الاختبار غالبًا ما تفشل في المرور على طرق حقيقية تظهر أن الوسائل الحالية لاختبار فعالية التكنولوجيا ليست مثالية بعد وهي بعيدة عن بيئة القيادة الواقعية تمامًا. لذا فإن الخطوة التالية هي إيجاد طريقة لمطابقة المواقف المختلفة بحيث يمكن تحقيق النتائج المحققة في المختبر وعلى طاولة الاختبار بشكل كامل في الواقع ، وإلا فإن كل شيء هو مجرد تمرين ورقي.
