Comment les turbocompresseurs apporteront-ils plus de puissance et d'efficacité à l'avenir ?
Comment les turbocompresseurs apporteront-ils plus de puissance et d'efficacité à l'avenir ?
Nous savons que les turbocompresseurs d'aujourd'hui ne sont plus les pièces à haute rotation des années 80 qui brisaient facilement les moteurs. Au moins un véhicule sur quatre en Amérique du Nord est maintenant turbocompressé. Ils sont plus efficaces et fiables, et ils coûtent moins cher, et bon nombre de nos moteurs très appréciés font des compromis sur la turbocompression.
Selon l'estimation du fabricant de moteurs turbocompressés Bo Tao Power, d'ici cinq ans, près de la moitié des véhicules légers nouvellement lancés dans le monde seront équipés de la technologie de suralimentation, soit 18 millions de plus que le marché actuel, dont l'Amérique du Nord devrait représenter pour 39% d'entre eux.
Le but de prendre un moteur turbocompressé n'est rien de plus que d'augmenter la puissance, d'améliorer l'économie de carburant, ou les deux. Pour la turbocompression, l'orientation future du développement pourrait encore améliorer les performances énergétiques et éliminer les défauts des moteurs turbocompressés actuels tout en garantissant des économies d'énergie.
Turbo électrique et hybride.
Ceux qui n'aiment pas les groupes motopropulseurs V6 turbo-hybrides qui sont utilisés dans les voitures de F1 aujourd'hui conduiront des voitures avec une technologie similaire dans quelques années. Un moteur à courant continu intégré dans l'arbre de liaison de la turbine et du compresseur peut faire tourner la turbine à pleine vitesse sans avoir à utiliser de gaz d'échappement pour l'entraîner, et cela peut être fait presque instantanément, réduisant le décalage du turbo à presque zéro.
Ainsi, dans la plage des bas régimes où la turbine n'a pas été entraînée dans la turbomachine classique, la moto-turbine peut compenser le manque de réponse en puissance de la turbomachine classique. Bien que certains modèles haut de gamme soient actuellement équipés d'un turbo mécanique à double suralimentation, cet effet peut également être obtenu, mais son coût élevé et son encombrement important empêchent les véhicules ordinaires de vulgariser de telles configurations techniques.
Deuxièmement, comme il s'agit d'un entraînement électrique, la puissance de suralimentation peut être contrôlée de manière plus précise et plus pratique via un logiciel. Dans le même temps, la turbine électrique utilisera l'énergie des gaz d'échappement en excès pour régénérer l'électricité, plutôt que de la laisser contourner la turbine lorsque celle-ci tourne à forte charge. Un supercondensateur sera utilisé pour stocker cette énergie électrique afin d'entraîner des turbines ou d'autres composants électriques, comme un système hybride générateur d'électricité. Ainsi, le résultat de l'utilisation d'un turbo électrique est une livraison de puissance plus rapide et une économie de carburant plus efficace.
Nous avons déjà vu la turbocompression électromécanique sur les prototypes diesel de la Ford Focus et d'Audi, quoique sur une base légèrement différente, non connectée à l'échappement. Cependant, quelle que soit la fiabilité non prouvée des turbos électriques dans les véhicules de production, ils sont confrontés au même gros problème que les turbocompresseurs électriques : ils nécessitent un support de puissance élevée comme source d'énergie lorsqu'ils fonctionnent, ou nécessitent de consommer plus d'énergie.
À charge maximale, le turbo électrique nécessite 48 volts pour fonctionner, mais les fabricants n'ont pas montré beaucoup d'intérêt à repenser leurs systèmes 12 volts actuels. Dans le même temps, en raison des limitations de puissance et de certaines structures de turbines à flux axial, il est difficile pour les turbines électriques d'atteindre le rendement des turbines traditionnelles dans des conditions de charge élevée.
Par conséquent, afin de répondre à la demande de haute tension, le turbogénérateur de la technologie de course F1 mentionnée ci-dessus doit encore améliorer l'efficacité de la conversion des gaz d'échappement en électricité dans les voitures produites en série. Alternativement, les batteries haute tension trouvées sur les hybrides conventionnels pourraient être utilisées pour fournir le turbo électrique. De plus, si vous insistez pour obtenir le même effet qu'une turbine traditionnelle grâce à l'électricité, en particulier dans des conditions de charge élevée, le rapport de consommation d'énergie, la dissipation thermique, la durée de vie et le poids du système moteur sont également des problèmes potentiels.
Peut-être que l'utilisation de turbines électriques à basse vitesse et le passage à des turbos traditionnels dans la plage à haute vitesse est une façon de faire les deux. Par exemple, Volvo et Audi se développent dans ce sens. Mais il y a aussi des entreprises comme Subaru qui recherchent techniquement l'excellence et ont adopté une méthode plus radicale d'utilisation des turbos électriques pour fonctionner à pleine vitesse, remplaçant complètement les turbos traditionnels.
Mais en prenant du recul, même si nous surmontons divers problèmes techniques, le besoin de turbines électriques est toujours en discussion. En effet, fondamentalement, les turbines électriques nécessitent une puissance supplémentaire, ce qui est contraire à l'objectif d'économie d'énergie des turbines conventionnelles qui utilisent les gaz d'échappement comme puissance. Par conséquent, trouver un équilibre approprié entre les économies d'énergie et les performances doit également être exploré à l'avenir.
En raison de limitations structurelles, les turbocompresseurs conventionnels présentent des défauts inhérents. Une fois que nous avons conçu des idées pour combler ces lacunes, la façon d'appliquer ces nouvelles technologies aux véhicules est également un gros test pour les matériaux matériels. Par exemple, les matériaux mentionnés ci-dessus qui peuvent résister à des températures ultra-élevées sont un goulot d'étranglement dans le développement de systèmes de turbines pour atteindre une efficacité thermique plus élevée.
De plus, avec le développement et l'avancement croissants de la technologie, nous pensons que des problèmes techniques comme ceux mentionnés ci-dessus seront bientôt résolus. Mais alors que le plus petit moteur turbo a obtenu de meilleurs résultats dans les tests de l'EPA, par rapport au moteur à aspiration naturelle, le petit turbo n'a pas été à la hauteur des affirmations de nombreux tests sur route. niveau de consommation de carburant.
À l'heure actuelle, les résultats reconnus sur les instruments de test sont souvent non qualifiés sur la route réelle, ce qui indique que les moyens actuels de tester l'effet technique ne sont pas parfaits et qu'il existe une certaine distance par rapport à l'environnement de conduite tout à fait réel. La prochaine étape consiste donc à trouver un moyen de bien faire correspondre différentes situations, afin que les résultats obtenus en laboratoire et au banc d'essai puissent être pleinement atteints dans la réalité, sinon tout n'est que sur papier.
