ターボチャージャーは将来、どのようにしてより大きな出力と効率を実現するのでしょうか?
どのようにターボチャージャーは将来、より多くのパワーと効率をもたらしますか?
今日のターボチャージャーは、1980 年代にエンジンを簡単に壊した高速回転部品ではなくなっていることがわかっています。現在、北米では少なくとも 4 台に 1 台の車にターボが搭載されています。それらはより効率的で信頼性が高く、低コストであり、私たちのお気に入りのエンジンの多くはターボチャージャーに妥協しています.
ターボ エンジン メーカーの PortoPower によると、5 年以内に世界の新しい軽自動車の半分近くがターボチャージャー付きになり、現在の市場よりも 1,800 万多く、北米が 39% を占めると予想されています。
過給エンジンの採用は、出力の増加、燃費の改善、またはその両方を目的としています。ターボチャージャーについては、燃料効率を確保し、現在のターボチャージャー付きエンジンの欠点を解消しながら、動力性能をさらに向上させることが今後の方法かもしれません。
電気ターボとハイブリッド
フォーミュラ 1 カーで現在使用されているターボチャージャー付きのハイブリッド V6 パワートレインが気に入らない人は、数年後には同様のテクノロジーを搭載した車を運転するようになるでしょう。
車。タービンをコンプレッサに接続するシャフトに組み込まれた DC 電気モーターにより、排気ガスを使用せずにタービンを全速力で回転させることができます。これはほぼ瞬時に行うことができるため、タービンの遅れがほぼゼロになります。
その結果、電気モーター駆動のタービンは、タービンがまだ駆動されていない低回転域で、従来のターボエンジンのパワーレスポンスの不足を補うことができます。現在、一部のハイエンドモデルには、この効果も得られる機械式ターボツインチャージャーが装備されていますが、コストが高く、スペースが大きいため、このような技術的な構成を一般の車両に普及させることは不可能です。
第二に、電気駆動により、ソフトウェアを介してブーストパワーをより正確かつ簡単に制御できます。同時に、電気タービンは、高負荷時にタービンを迂回させて無駄にするのではなく、余分な排気ガスからのエネルギーを使用して電気を再生します。スーパーキャパシタは、この電力を蓄え、タービンやその他の電気を使用するコンポーネント (電気を生成できるハイブリッド システムなど) を駆動するために使用されます。したがって、電気ターボを使用することで、より高速な出力とより効率的な燃費が得られます。
フォード フォーカスとアウディのディーゼル プロトタイプで、電気機械式スーパーチャージャーがすでに見られましたが、原理はわずかに異なり、排気管には接続されていません。しかし、量産車の電気ターボの信頼性が証明されていないことを少し無視すると、電気機械式スーパーチャージャーと同じ大きな問題に直面します。動作時のエネルギー源として、またはそれ以上の高レベルの電気的サポートが必要です。消費するエネルギー。
ピーク負荷時には、電気ターボチャージャーを駆動するには 48 ボルトが必要ですが、メーカーは現在の 12 ボルト システムの再設計にあまり関心を示していません。同時に、電動タービンが高負荷条件で従来のタービンの効率を達成することは、場合によっては使用される軸流タービン アーキテクチャの出力と制限のために困難です。
したがって、高電圧の需要を満たすためには、F1 レース テクノロジーで前述したターボ発電機を、排気ガスを電気に変換する量産車でさらに改良する必要があります。あるいは、従来のハイブリッドに見られる高電圧バッテリーを使用して、電気タービンを駆動することもできます。さらに、特に高負荷時に電気を介して従来のタービンと同じ効果を達成することを主張する場合、エネルギー消費率、熱放散、寿命、電気モーターシステムの重量も潜在的な問題となります。
おそらく、低回転域の電気ターボと高回転域の従来のターボへの切り替えを組み合わせることは、たとえばボルボとアウディがこの方向に進んでいるように、両方の方向に進むのに悪い方法ではありません. しかし、従来のターボを完全に置き換えるためにフルレブ範囲で動作する電動ターボを使用するというより急進的なアプローチを^技術的に追求しているスバルのような企業もあります。
しかし、一歩下がって、さまざまな技術的問題を乗り越えたとしても、電動ターボを採用する必要性は依然としてあらゆる面で議論されています. これは、基本的に、電気タービンは追加の電力を必要とするためであり、これは、排気ガスを電力として使用する従来のタービンの省エネ目的に反します。したがって、エネルギー効率とパフォーマンスの適切なバランスを見つけることは、将来的に検討する必要があるものです.
構造上の制限により、従来のターボチャージャーには固有の欠陥があります。これらの欠点を補うためのアイデアを考案すると、これらの新技術を車両に適用することも、ハードウェア材料の主要なテストになります。例えば、前述の超高温に耐える材料は、ターボシステムの熱効率向上を実現する上でボトルネックとなっています。
また、技術の発展と進歩に伴い、上記のような技術的な問題はすぐに解決されると考えています。しかし、小型のターボチャージャー付きエンジンが EPA テストでより良い結果を達成したという事実にもかかわらず、多くの路上テストでは、小型ターボは自然吸気エンジンと比較して要求された燃料消費レベルを達成していません。
テスト機器で現在認識されている結果が実際の道路では通用しないことが多いという事実は、テクノロジーの有効性をテストする現在の手段がまだ完全ではなく、完全に現実的な運転環境とはかけ離れていることを示しています。したがって、次のステップは、実験室とテストベンチで達成された結果が実際に完全に達成されるように、さまざまな状況を一致させる方法を見つけることです。
