Un turbocompresor híbrido es un turbocompresor eléctrico que consta de un generador- turbina de alta velocidad y un compresor de aire eléctrico de alta velocidad . La turbina y el compresor son aeromáquinas de alta velocidad, como en un turbocompresor convencional. Los motores eléctricos funcionan a velocidades superiores a 120.000 rpm y, cuando se utilizan como generadores, generan electricidad con una eficiencia eléctrica de hasta el 98,5%. La alta eficiencia eléctrica es primordial, porque no existe un vínculo mecánico entre la turbina y el compresor. En otras palabras, turbocompresor híbrido se refiere a un híbrido en serie.configuración, en la que la velocidad y la potencia del compresor son independientes de la velocidad y la potencia de la turbina. Esta flexibilidad de diseño conduce a mejoras adicionales en la eficiencia de la turbina y el compresor, más allá de un turbocompresor convencional.
Disposición física
Los motores eléctricos utilizan imanes permanentes que tienen una mayor eficiencia que los motores de inducción de alta velocidad estándar . Los motores de inducción inducen un campo electromagnético en un núcleo de rotor sólido.
Modos de funcionamiento
Aceleración
Cuando el conductor presiona el acelerador, el HTT actúa inicialmente como un sobrealimentador eléctrico . El motor del compresor se alimenta del medio de almacenamiento de energía, lo que le permite acelerar a la velocidad máxima de funcionamiento en <500 ms. Esta tasa de aceleración elimina el retraso del turbo, que es un factor limitante importante en el rendimiento de los motores turboalimentados estándar.
Durante esta etapa transitoria, la unidad de control del motor (ECU) de un motor turboalimentado estándar utiliza una combinación de sensores como sondas lambda y sensores de flujo de masa de aire para regular el caudal de combustible. En un motor equipado con HTT, la ECU puede proporcionar el caudal de combustible preciso para una combustión completa con mayor precisión. Esto se logra controlando directamente el caudal de aire y la presión de sobrealimentación mediante el control de la velocidad del compresor.
Cargando
A altas velocidades del motor, la turbina genera más energía de la que requiere el compresor. En estas condiciones, el exceso de energía se puede utilizar para recargar el almacenamiento de energía para la siguiente fase de aceleración o para alimentar algunas de las cargas auxiliares, como un sistema de aire acondicionado eléctrico.
Cuando se combina con una turbina de geometría variable, la contrapresión en el motor se puede variar de acuerdo con las demandas eléctricas del vehículo y el estado de carga del medio de almacenamiento de energía.
Está en marcha el desarrollo para reemplazar el almacenamiento de energía de la batería con un supercondensador que se puede cargar y descargar muy rápidamente.
Estado estable
Durante la mayor parte del tiempo que el turbocompresor híbrido está funcionando, la potencia del compresor y la turbina (no necesariamente la velocidad) coincidirán. Esto le da un grado adicional de libertad al diseñador de un impulsor de turbocompresor .
Aquí, el turbocompresor híbrido transfiere eficientemente la electricidad entre la turbina y el compresor. El último programa de pruebas de Aeristech ha demostrado que la eficiencia del turbocompresor híbrido es equivalente (si no mejor) a la de un turbocompresor mecánico ordinario.
Beneficios del sistema
Algunos fabricantes afirman muchos otros beneficios de utilizar un motor híbrido turboalimentado:
- Empaquetado mejorado al permitir que la turbina y el compresor se coloquen en partes separadas del compartimiento del motor.
- Aire de carga de mayor densidad al reducir la longitud de los conductos de admisión y aumentar el tamaño de la rueda del compresor.
- Los niveles de impulso controlados por la ECU permitirán un control predictivo más estricto de la combustión en el cilindro.
- Beneficios de reducción de motor similares a los de un vehículo híbrido, pero con mucha menos capacidad de almacenamiento de energía (aproximadamente 1/7) para lograr el mismo nivel de reducción.
Se están desarrollando otros tipos de turbocompresores eléctricos y sobrealimentadores eléctricos:
- eBooster de BorgWarner: un pequeño compresor eléctrico auxiliar alimentado por el sistema eléctrico del vehículo.
- TurboPac de TurboDyne - Sobrealimentador eléctrico
- Turbo Garrett asistido eléctricamente
- Valeo: sobrealimentador eléctrico que utiliza un motor de reluctancia conmutada de baja inercia
Generador de turbina de gas desacoplado
Esta es una tecnología similar pero aplicada a los motores de micro turbinas de gas. Aquí utilizan un compresor y una turbina acoplados eléctricamente en un motor directamente y no para ayudar a un motor de pistón.
El motor comprime el combustible a quemar en una cámara de combustión que se expulsa a través de la turbina.
Se afirma que este motor supera las ineficiencias de los motores de turbina de gas a pequeña escala.
Uso en automovilismo
Formula Uno
Carreras de resistencia de autos deportivos
Referencias
- Estudio de caso del turbocompresor híbrido Calnetix
- Tecnología de turbocompresor híbrido de Aeristech Ltd
- AutoSpeed Turbo Revolution: las tecnologías que vienen
- TurboDyne