Kanske har BMW något
riktigt stort på gång med sin ”elektriska turbo”. Information från BMW:s
patentansökan (som rimligtvis borde vara offentlig) har hamnat på nätet hos
bland annat diskussionsforumet ”F30post.com” (klicka för att länka).
Skisserna till
ansökan är av allra enklaste slag men det är säkert fullt avsiktligt. BMW vill
inte visa något i onödan av den teknik som ligger bakom principen för
patentansökan. Det finns flera skisser och förklarande text hos F30post.com men
i korthet kan man säga att det patentsökta turboaggregatet har en elmotor som
är kopplad till turboaxeln via en utväxling.
Till skillnad från en
konventionell turbo finns det i BMW:s patent en tredelad turboaxel där det
sitter två kopplingar, en vid avgassidan (turbinen) och en på kompressorsidan.
Genom att öppna och stänga kopplingarna på turboaxeln går det att uppnå olika
egenskaper som inte varit möjligt förut.
En av de mest
omdiskuterade nackdelarna med turbomatning är att motorn inte reagerar lika snabbt
vid gaspådrag, speciellt vid låga varvtal och låg last. Med BMW:s elektriska
turbo går det att vid låga varvtal frikoppla avgasturbinen och låta kompressorn
snabbt snurra upp med hjälp av elmotorn. När avgaserna skjuter på i
tillräckligt hög grad stängs kopplingen även vid avgasturbinen och då
samarbetar både avgaserna och elmotorn för att snabbt få upp turbotrycket.
Vid tillräckligt högt
turbotryck och flöde/varvtal ”vänder” elmotorn och används istället som en
generator för att bromsa turboaggregatet, ungefär samma uppgift som en
wastegate har på ett konventionellt turboaggregat (som släpper ut avgaserna så
att inte det bildas för högt tryck).
Det fina med BMW
elektriska turboaggregat är alltså att man inte enbart får snabb gasrespons,
utan också kan ombilda avgasenergin till elektrisk uppladdning. Genom att det
inte behövs någon wastegate sänks kostnaderna – men ökar förstås också då
turboaggregatet blir mer komplicerat med sin elmotor, utväxling och dubbla
kopplingar på turboaxeln.
Finns det då inga
nackdelar med BMW:s elektriska turbo? Nackdelarna kan bestå i högre kostnad och
större utrymmesbehov. Bilägaren kan dock motiveras att betala lite mer om
bränslekostnaderna och därmed driftkostnaden sjunker.
Den stora utmaningen
ligger i själva utformningen av de två kopplingar som sitter på turboaxeln.
”Allt går att lösa” är ett uttryck som vi alla känner igen men inom
bilindustrin gäller det att hitta en så billig och bra lösning som möjligt. Axelkopplingarna
sitter nära områden som kan bli bokstavligen talat glödheta på ett
turboaggregat. Helt säkert har BMW idéer om hur detta ska lösas men de avslöjas
inte av de enkla skisserna man lämnat in till patentverket.
Elmotorn med sin
utväxling sitter också nära den varma avgasturbinen. Även här har BMW säkert
konstruktioner klara som ska bemästra värmeproblemen men den informationen
tänker man inte bjuda konkurrenterna på i dagsläget.
Var ska den
elektriska turbon användas? Fördelarna gör ”elturbon” användbar på alla
motorer, både diesel och bensin. Vad vi vet sedan förut är att BMW läckt
uppgifter om en ”trippelturbo” som skulle kunna hamna i X3 M. Även en
dieselversion ska vara aktuell. Tre turboaggregat låter onödigt dyrt men kanske
menar BMW två avgasturbiner och en elmotor?
Vår gissning är att
BMW väljer att introducera ”Tri-Turbo” motorn i toppmodellerna först. Kan vi
våga hoppas på nästa generation BMW M3, kanske? Mer om turbomatning kan du läsa
i faktarutan nedtill.
Turboteknik, i historien och hos BMW
”Redan de gamla grekerna använde turboladdning…” men då ljuger vi lite. Fast sanningen är att överladdade förbränningsmotorer varit i bruk ända sedan Gottlieb Daimler experimenterade på 1880-talet. Turboaggregatet – där man drar nytta av den avgasenergi som annars bara slösas bort – är över 100 år. Den schweiziske ingenjören Alfred Büchi fick patent för sin avgasturbo redan 1905 och de första turbomotorerna kom på 20-talet (tåg och fartygsmotorer).
Turbomatningen fick sitt stora genomslag i amerikanska flygvapnet, använt av många flygplansmodeller under andra världskriget, men det skulle dröja fram till 60-talet innan de första bilmodellerna fick turbomotorer. På slutet av 70-talet kom de första personbilsdieslarna med turbo och idag är även de flesta nykonstruerade bensinmotorer överladdade med turbo.
Med turboaggregat är det som med tändstift, motorolja och däck, de har till synes inte utvecklats mycket. Men i själva verket har produktutvecklingen varit intensiv och dagens turboaggregat är väldigt mycket bättre (och billigare att tillverka) än de som fanns i turbomotorernas barndom under 60- och 70-talen.
Dock kämpar biltillverkarna fortfarande med ett par inbyggda svagheter i en turbomotor, jämfört med en sugmotor. En av dessa är ”turbolag”, eller fördröjd trottelrespons som man kanske borde säga på svenska. När en turbomotor glider fram längs landsvägen behövs relativt lite effekt och något märkbart övertryck brukar man inte ha vid låga belastningar. Men när en omkörning ska ske pressas gasen i botten och föraren förväntar sig all effekt bums, men först måste turbon fyllas med mer avgaser och öka sitt varvtal innan kompressorn ger övertryck och det därmed kan bli ännu mer avgaser och ännu mer tryck och ännu mer – ja, ni förstår.
Det finns flera sätt att komma runt ”turbolag” och BMW använder två små turboaggregat på några av sina modeller. Ett litet turboaggregat har snabbare respons än ett stort, nackdelen är dock att kapaciteten inte räcker vid högre varvtal men det löser man alltså med två turboaggregat.
Nackdelen är förstås att två turboaggregat kostar dubbelt så mycket som en turbo. BMW använde dubbla aggregat på sin första 3,0-liters turbosexa N54 som kom 2006, men utvecklade tekniken och införde enkelturbo på efterföljaren (N55-motorn, från 2009) där man använder ett ensamt aggregat men med dubbla inlopp (”twinscroll”).
Nästa stora, tekniska kliv i utvecklingen av turboaggregat kan alltså bli den elektriskt assisterade turbon. Om nu BMW lyckas lösa alla problem. Men man brukar ju inte ge sig i första taget och om BMW når framgång med tekniken kan den bli viktig för företaget, inte bara genom produkter som kunderna vill ha utan också för att man kan sälja licensavtal till andra biltillverkare. En av dessa är för övrigt Saab.
Mer information om turboladdning finns på Wikipedia (svenska) och i ännu högre grad på engelska Wikipedia.