Sistemul de supraalimentare cu compresor electric – Audi RS5 3.0 V6 TDI Biturbo

    Consumul de combustibil și nivelul de emisiile poluante sunt criterii de bază în design-ul și proiectarea noilor generații de motoare cu ardere internă. Pentru îndeplinirea acestor criterii, abordarea generală a constructorilor de motoare este reducerea numărului de cilindrii cât și a cilindreii totale a motorului („downsizing”). Câteva exemple de modele de motoare proiectate pe aceste principii sunt: Ford 1.0 EcoBoost, Renault 0.9 Tce și Fiat 0.9 TwinAir.

    Pentru a compensa reducerea performanțelor dinamice (cuplu și putere), mai ales la turații scăzute, motoarele „downsized” sunt echipate cu sisteme de supraalimentare, de obicei cu turbocompresoare. Un dezavantaj cunoscut al motoarelor turbosupraalimentate, comparativ cu motoarele aspirate, este întârzierea la accelerații (tubo-lag). Acest fenomen se datorează în mare parte inerției aerului din circuitul de admisie cât și din cel de evacuare, inerție care nu permite creșterea rapidă a presiunii de supraalimentare deci implicit a cuplului motor.

Compresor electric eBOOSTER Compresor electric Valeo
Foto: Compresor electric eBOOSTER
Sursa: BorgWarner Turbo Systems
Foto: Compresor electric Valeo
Sursa: Valeo

    Printre metodele de reducere a turbo-lag-ului se numără utilizarea turbocompresoarelor cu inerție redusă (pe motoarele cu cilindree redusă) sau utilizarea sistemele de turbo supraalimentare în două etaje (pe motoarele cu cilindreee medie și mare). Din aceleași considerente (reducerea consumului de combustibil și creșterea performanțelor dinamice) companiile BorgWarner Turbo Systems și Valeo propun soluții de supraalimentare ce implică utilizarea unui compresor electric împreună cu un sistem de turbosupraalimentare clasic.

    Conceptul eBOOSTER (marcă înregistrată BorgWarner) utilizează un compresor antrenat de un motor electric ce poate fi amplasat înainte sau după turbocompresor. Astfel, cele două compresoare sunt legate în serie și comprimarea aerul se realizează în două etaje. Prin combinarea inteligentă a celor două compresoare (electric și turbo) se pot adapta punctele de funcționare ale motorului termic astfel încât să se obțină un cuplu ridicat la turații joase și implicit curba de putere la sarcină totală să fie extinsă.

    Sistemul eBOOSTER conține compresorul, motorul electric de acționare și electronica de putere. Datorită design-ului compact compresorul electric poate fi integrat relativ ușor în proiectarea unui motor nou, spațiul ocupat fiind redus. De asemenea, printr-o poziționare optimă în compartimenul motor, sistemul eBOOSTER nefiind solicitat mecanic și termic excesiv, nu este necesar un sistem de răcire adițional cu lichid.

Principiul de funcționare al unui motor echipat cu sistem eBOOSTER

Foto: Principiul de funcționare al unui motor echipat cu sistem eBOOSTER
Sursa: BorgWarner Turbo System

  1. compresor (turbo)
  2. supapă de descărcare (waste-gate)
  3. compresor electric (eBOOSTER)
  4. supapă de bypass
  5. radiator (intercooler)

    Modul de funcționare este relativ simplu. În regimuri staționare de funcționare ale motorului (sarcină și turație constantă) presiunea de supraalimentare este furnizată de turbocompresorul clasic (1). Reglarea presiunii de supraalimentare se face cu ajutorul supapei de descărcare (2). În acest mod, compresorul electric (3) nu este antrenat iar supapa de bypass (4) este deschisă.

    În regimuri de funcționare tranzitorii (accelerații ale motorului) supapa de bypass (4) se închide iar aerul pre-comprimat de turbocompresor (1) ajunge în compresorul electric (3) care-l comprimă rapid la valoarea dorită. Astfel se elimină turbo-lag-ul, presiunea de supraalimentare este obținută mai rapid în timpul regimurilor de accelerații și motorul dezvoltă cuplul necesar practic instantaneu. Raspunsul în cuplu al unui motor cu compresor electric este cu aproximativ 1.5 secunde mai rapid, comparativ cu același motor cu turbocompresor clasic.

    eBOOSTER este încă în faza de prototip. BorgWarner Turbo Systems cooperează cu diverși producători auto pentru dezvoltarea și testarea sistemelor de supraalimentare cu acționare electrică. Prima generație de compresor electric era prevăzut cu sistem de răcire cu lichid care e permis testarea limitelor termice. Versiunile de serie vor fi răcite cu aer, natural, deoarece temperatura maximă de funcționare este suportată de componentele electrice și mecanice ale sistemului. De asemenea, nu este prevăzut circuit de ungere conectat cu cel al motorului. Lubrifiantul conținut în carcasă pentru ungerea pieselor în mișcare își păstrează proprietățile pe întreaga durată de viață a componentei. Singurele conexiuni ale sistemului eBOOSTER cu motorul sunt cele de aer (admisie, refulare) și conexiunile electrice pentru alimentarea și controlul motorului electric de acționare.

    Pentru acționarea compresorului au fost studiate mai multe variante de motoare electrice (asincron trifazat, magneți permanenți, reluctanță variabilă) dar din considerente de robustețe și fiabilitate a fost adoptată soluția cu motor asincron trifazat. Un alt avantaj al acestui tip de motor este că nu necesită senzor de turație, turația fiind controlată pe baza parametrilor electrici ai motorului.

    Motorul electric este proiectat să fie funcționeze cu o sursă de tensiune de 42 V. Cu toate acestea sistemul rămâne funcțional pe o plajă de tensiune între 30 și 55 V. Este posibilă utilizarea și sistemelor electrice clasice de 12 V dar acestă soluție implică modificări semnificative asupra motorului și a invertorului (convertor CC-CA). De asemenea, datorită puterii necesare a motorului electric (1.8 kW), la o tensiune de numai 12 V, curentul consumat crește și implicit eficiența (randamentul) sistemului scade. Puterea electrică a motorului alimentat la o tensiune de 42 V este situată în intervalul 1.5 – 2.9 kW.

    Valeo, companie franceză de componente și sisteme auto, dezvoltă de asemenea compresoare electrice pentru sistemele de supraalimentare. Soluțiile propuse de compresoare se pot integra pe diferite arhitecturi electrice, de 48, 24 sau chiar 12 V. Compresorul electric Valeo va echipa noul Audi RS5 cu motor 3.0 V6 TDI Biturbo.

Motor V6 TDI Biturbo (Audi RS5)

Foto: Motor V6 TDI Biturbo (Audi RS5)
Sursa: Audi

  1. turbocompresor în două etaje
  2. corp clapetă obturatoare
  3. supapă de bypass
  4. compresor electric
  5. radiator (intercooler)

    Motorul dezvoltă 385 CP (283 kW) la 4250 rot/min și un cuplu maxim impresionant de 750 Nm între 1250 și 2000 rot/min. Sistemul de injecție este cu rampă comună și injectoare piezoelectrice. Fiecare cilindru este prevăzut cu 4 supape (2 admisie, 2 evacuare) iar sistemul de supraalimentare conține două turbocompresoare și un compresor electric.

Cuplu și putere motor Audi RS5 3.0 V6 TDI Biturbo

Foto: Cuplu și putere motor Audi RS5 3.0 V6 TDI Biturbo
Sursa: Audi

    Compresorul electric este amplasat între radiator (intercooler) și clapeta obturatoare. Este alimentat la o sursă de tensiune de 48 V și puterea maximă consumată este de 7 kW (9 CP). Timpul de accelerare al compresorului până la turația maximă este de doar 0.25 secunde.

Motor V6 TDI Biturbo (Audi RS5) – circuit aer fără activarea compresorului electric

Foto: Motor V6 TDI Biturbo (Audi RS5) – circuit aer fără activarea compresorului electric
Sursa: Audi

Motor V6 TDI Biturbo (Audi RS5) – circuit aer cu activarea compresorului electric

Foto: Motor V6 TDI Biturbo (Audi RS5) – circuit aer cu activarea compresorului electric
Sursa: Audi

    Prin utilizarea turbo supraalimentării în două etaje combinată cu supraalimentarea electrică turbo lag-ul s-a diminuat atât de mult încât devine insesizabil pentru conducătorul auto, motorul răspunzând instantaneu la accelerații.

    Avantajul utilizării compresorului electric este mai evidentă la un stil de condus sportiv, care presupune decelerații în viraje și accelerații la ieșirea din viraje. Compresorul, datorită acționării electrice, poate comprima aerul din admisie la valoarea dorită indiferent de punctul de funcționare al motorului termic. Astfel, cuplul motor este disponibil instantaneu atunci când este cerut de conducătorul auto.

    Audi RS5 3.0 V6 TDI Biturbo cu compresor electric este prevăzut să intre în producția de serie. De asemenea, BMW și Subaru au în plan introducerea acestei tehnologii pe noile modele.

Video – modul de funcționare al sistemului de supraalimentare al motorului Audi 3.0 V6 TDI Biturbo

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

Permarcu
Vineri, 03 Iulie 2015 Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5
O solutie simpla si eficienta,dar nu chiar originala.Este utila celor care vor sa conduca in forta,dar si celor carora nu le place sa tot schimbe vitezele.

Raportează comentariul
Permarcu
Vineri, 03 Iulie 2015 Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5
O solutie simpla si eficienta,dar nu chiar originala.Este utila celor care vor sa conduca in forta,dar si celor carora nu le place sa tot schimbe vitezele.

Raportează comentariul
Dragomir
Joi, 02 Iulie 2015 Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5Votează 4 / 5
Citesc cu interes si cu placere articolele de pe acest site.
Este cel mai bun site romanesc cu tematica auto, din cate am accesat eu.
Multumesc pentru informatie

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului