Autojen pakokaasuahtimien sähköistyminen

Abstract

Päästönormien kiristyessä tarvitaan uusia teknologioita henkilöautojen polttomoottoreiden hyötysuhteen ja polttoainetaloudellisuuden parantamiseksi ja eräänä ratkaisuna tähän voidaan nähdä sähköistetyt pakokaasuahtimet. Tämän kirjallisuuskatsauksen tavoitteena on muodostaa lukijalle selkeä katsaus erityyppisiin sähköistettyihin ahtimiin. Työ etenee konventionaalisen ahtimen esittelystä sähköistettyjen ahtimien erilaisiin variaatioihin, niiden etuihin ja ongelmakohtiin, käytännön toteutuksiin ja lopuksi tulevaisuudennäkymiin. Erityyppisiä ratkaisuita on neljä kappaletta: sähköisesti avustettu pakokaasuahdin, sähköisesti jaettu ahdin, sähköinen kompressori ja sähköinen kompressori sarjaan kytkettynä. Työssä havaitaan, että ratkaisujen keskeisimpinä etuina ovat turboviiveen vähentäminen, moottorin väännön lisäys ja välillisesti tapahtuva polttoaineenkulutuksen pieneneminen. Erilaisten ongelmien havaitaan puolestaan koskevan ratkaisujen sähköisiä komponentteja, sillä sekä sähkömoottorilta että virtalähteeltä vaaditaan runsaasti ominaisuuksia: virtalähteen pitää kyetä purkamaan nopeasti suuria virtoja ja sähkömoottorilta vaaditaan erittäin suuria pyörimisnopeuksia. Muita ongelmia ovat esimerkiksi systeemin inertian kasvu ja sähköenergian siirrossa tapahtuvat häviöt. Tutkimukset osoittavat, että perinteiseen ahtimeen verrattuna sähköiset pakokaasuahtimet parantavat moottorin vastetta alakierrosalueella valitusta teknologiasta riippuen 20 – 40 prosenttia, mahdollistavat turboviiveen pienenemisen useilla sekunneilla ja kasvattavat moottorin tehoa jopa kymmeniä prosentteja, mikäli järjestelmässä käytetään riittävän tehokasta sähkömoottoria ja jännitelähdettä. Työssä havaitaan, että erilaisista eduista huolimatta sähköisten pakokaasuahtimien tulevaisuus on vielä epävarma. Tulevaisuus on osittain sidoksissa polttomoottoreiden tulevaisuuteen ja ratkaisujen takaisinmaksuajaksi nykyisillä polttoaineenhinnoilla jää useita kymmeniä vuosia. Sekä Garret että Borgwarner ovat esitelleet omat variaationsa ratkaisuista ja tunnetut autovalmistajat, kuten Audi ja Mercedes Benz ovat ottaneet ratkaisuja kokeiluun muutamien automallien osalta, mutta teknologia ei ole vielä laajentunut kiinteäksi osaksi henkilöautoilua. Sähköisten ahtimien hinnan pieneneminen ja etenkin akkuteknologian ja suurnopeusmoottoreiden kehitys voi toisaalta mahdollistaa sähköisten ahtimien laajamittaisemman käytön tulevaisuudessa.