2010-01-1231

Analisi di un motore sottodimensionato superturbocompresso con simulazione 1-D CFD

Ambito
Il SuperTurbo VanDyne è un turbocompressore con trasmissione continua variabile (CVT) integrata. Cambiando il rapporto di trasmissione della CVT, il SuperTurbo può prelevare energia dall'albero motore per fornire una funzione di sovralimentazione oppure agire come turbo-compound, ossia recuperare l'energia dalla turbina ed erogarla all'albero motore. La funzione di sovralimentazione del SuperTurbo migliora la risposta transitoria di un motore sottodimensionato e turbocompresso e la funzione di turbo-compound consente di recuperare l'energia di scarico disponibile dalla turbina piuttosto che aprire una wastegate.

Grazie alla simulazione 1-D, è stato dimostrato che un motore L4 da 2,0 litri potrebbe superare la curva di coppia di un motore V6 da 3,2 litri utilizzando un SuperTurbo e soddisfare la curva di coppia di un motore V8 da 4,2 litri con un SuperTurbo e una configurazione di bypass dell'aria esterna. In entrambi i casi, l'efficienza a carico parziale con uso del SuperTurbo è risultata migliore rispetto al motore di riferimento. Nella configurazione di bypass, anche l'efficienza a pieno carico ha dato risultati migliori. Inoltre, è stato notato come la risposta transitoria del sistema fosse analoga a quella di un motore naturalmente aspirato (N/A), persino a regimi motore bassi. Il sottodimensionamento di un motore 3.2L ha migliorato l'economia dei consumi del 17%, il sottodimensionamento di un motore 4.2L l'ha migliorata del 36% sul ciclo di guida NEDC.

Quando implementato con un catalizzatore montato molto vicino al collettore di scarico (CCD, Close Coupled Catalyst) e una configurazione di bypass aria, in cui una parte dell'aria sovralimentata ignora il motore e viene indirizzata verso lo scarico davanti alla turbina, le temperature di scarico erano raffreddate dall'aria in modo da rendere superfluo l'arricchimento del carburante. Il risultato è stato un motore a benzina in grado di funzionare con elevate pressioni medie effettive al freno (BMEP) a bassi regimi e, grazie alla speciale configurazione di bypass, in grado di sostenere carichi elevati con un singolo compressore. La configurazione di bypass non sarebbe stata possibile senza la funzione di sovralimentatore svolta dal SuperTurbo.

Data di pubblicazione: 12/04/2010
Autore: Christopher James Chadwell - Southwest Research Institute
Mark Walls - Southwest Research Institute

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