Apa tugas turbocharger? Intinya, ini untuk meningkatkan efisiensi termal. Turbocharger elektrik melakukan hal ini dan lebih banyak lagi, itulah sebabnya saya adalah penggemar beratnya.

Efisiensi termal adalah ukuran seberapa banyak energi potensial bahan bakar yang dikonsumsi untuk menghasilkan tenaga, dibandingkan dengan berapa banyak yang hanya menghasilkan panas buangan. Dalam istilah murni, mesin pembakaran internal otomotif tidak terlalu efisien.

Sebagai contoh, Toyota membuat kesepakatan besar pada akhir tahun 2010-an ketika mencapai efisiensi termal 40 persen pada mesin empat silinder Dynamic Force. Artinya, mesin ini hanya membuang 60 persen dari energi potensial yang dimilikinya.

Selamat datang diThe Rabbit Hole, kolom dua mingguan di mana Editor Senior Chris Perkins mengeksplorasi obsesi terbarunya terhadap teknologi otomotif. Dia berbicara dengan yang terbaik dalam bisnis ini untuk memahami bagaimana mobil bekerja dan seperti apa masa depan mobil.

Kebetulan, inilah alasan mengapa mobil listrik memiliki daya tarik lebih dari sekadar nol emisi lokal. Efisiensi termal tidak berlaku untuk motor listrik karena motor listrik tidak secara langsung ditenagai oleh sumber panas. Namun, dalam hal efisiensi listrik-rasio energi listrik yang dikonsumsi motor terhadap output yang berguna-motor EV sekitar 75 hingga 90 persen lebih efisien, setidaknya menurut Renault.

Jadi, singkatnya, mesin pembakaran internal, terutama dengan sendirinya, tidak terlalu hemat energi. Motor listrik sangat hemat energi. Turbocharging dapat membantu mempersempit kesenjangan itu. Ingat, ini masih merupakan celah yang besar, tetapi sedikit saja akan membantu, bukan?

Turbocharging 101: Turbocharger terdiri dari turbin di sistem pembuangan, kompresor di saluran masuk, dan poros yang menghubungkan keduanya. Turbin gas buang berputar dengan aliran gas buang, yang pada gilirannya memutar kompresor, meningkatkan densitas udara yang masuk ke dalam mesin, sehingga meningkatkan tenaga. Dalam hal efisiensi termal, mesin ini mengambil energi yang seharusnya hilang sebagai panas dan mengubahnya menjadi sesuatu yang berguna.

Turbocharging 201: Turbocharger elektrik menambahkan motor yang terpasang pada poros antara turbin dan kompresor. Ini berarti Anda dapat memutar turbocharger tanpa bergantung pada aliran gas buang, yang memiliki banyak manfaat.

Yang paling menonjol adalah penghapusan turbo lag, tetapi juga penurunan ambang batas dorongan, dan memungkinkan tekanan dorongan yang lebih tinggi.

Dan hanya dengan mengetahui kecepatan poros turbocharger-yang juga dapat dicapai dengan sensor kecepatan sederhana-memungkinkan produsen mobil untuk menjalankan turbo dengan lebih aman mendekati kecepatan maksimumnya.

Tetapi motor listrik juga bekerja mundur, menghasilkan energi listrik jika Anda menggunakannya untuk mengerem turbin.

Seorang insinyur dari Mercedes-AMG pernah mengatakan kepada saya bahwa dalam beberapa kasus, turbocharger elektrik dapat bersifat netral energi; Energi yang dihasilkan oleh motor turbocharger cukup untuk menggerakkan turbocharger itu sendiri.

Ada keuntungan efisiensi termal yang besar yang bisa didapat dengan menggunakan turbocharger listrik.

Mercedes-AMG mengatakan pada tahun 2017, Formula 1 V-6 dengan turbocharger listriknya melampaui 50 persen efisiensi termal, yang merupakan salah satu yang pertama kalinya mesin otomotif mengubah lebih banyak sumber bahan bakarnya menjadi tenaga yang berguna daripada panas yang terbuang.

Seperti semua mesin F1, AMG V-6 menggunakan Motor-Generator-Unit-Heat (MGU-H), yang merupakan istilah lain untuk turbocharger listrik. AMG kemudian menjadi yang pertama menawarkan turbocharger elektrik pada mobil jalan raya dengan empat silinder di C43 dan C63.

Porsche kemudian mengambil langkah lebih jauh dengan sistem hibrida untuk 911 Carrera GTS yang baru. Turbocharger tunggal BorgWarner-nya memiliki motor listrik berkekuatan 14,7 tenaga kuda pada porosnya, dan uniknya, tidak ada wastegate.

Biasanya, turbocharger menggunakan wastegate-katup yang terbuka untuk mengeluarkan gas buang berlebih-untuk membatasi tekanan dorongan.

Porsche justru mengerem motor turbocharger untuk mengontrol tekanan dorongan, sehingga tidak membuang gas buang dan menghasilkan energi listrik tambahan.

Energi listrik tambahan tersebut dapat menggerakkan turbocharger itu sendiri, atau motor traksi 53,6 tenaga kuda yang diapit di antara mesin dan transmisi.

Seorang insinyur Porsche juga mengatakan kepada Motor1 bahwa menggunakan turbocharger besar dan membatasi kecepatan turbinnya dengan motor akan mengurangi suhu gas buang, dan oleh karena itu, suhu udara pengisi yang masuk ke dalam mesin.

Hal ini menghilangkan kebutuhan untuk pengayaan bahan bakar, yang sering digunakan untuk mengurangi suhu pembakaran, tetapi praktik ini sekarang dilarang dengan peraturan emisi Euro 7. Penggunaan e-turbo oleh Porsche meningkatkan efisiensi termal dan bahan bakar mesin, serta efisiensi kendaraan secara keseluruhan.

Secara umum, menggunakan tenaga listrik terasa seperti perluasan alami dari turbocharging. Jika tujuan dari turbocharging adalah untuk meningkatkan efisiensi, mengapa tidak memilih solusi yang dapat mencapai tujuan tersebut? Nah, turbocharger listrik itu mahal, rumit, dan berat. Ferrari menggunakan turbocharger elektrik untuk hypercar F80-nya, namun saingan terdekatnya, McLaren, menggunakan turbo konvensional pada W1 yang akan datang. Para insinyur McLaren mengatakan kepada Motor1 bahwa mereka tidak ingin turbo elektrik menambah bobot, dan mereka lebih suka menggunakan energi listrik mobil untuk menyalakan motor traksi.

Menambah bobot dan kerumitan selalu menjadi keputusan yang sulit bagi produsen mobil, salah satu dari sekian banyak kompromi yang harus dipertimbangkan dalam proses pembuatan mobil. Kerumitannya harus bisa dibenarkan.

McLaren mungkin juga ada benarnya dalam hal energi listrik. Di masa lalu, saya telah menulis tentang teknologi mesin pembakaran internal yang menarik, seperti pengapian kompresi yang dikontrol percikan api dari Mazda dan kompresi variabel dari Nissan.

Keduanya meningkatkan efisiensi dan performa, namun tidak sebanyak meningkatkan pembakaran internal dengan sistem hibrida konvensional. Apakah turbocharging elektrik termasuk dalam kategori yang sama? Seseorang dari salah satu produsen mobil mungkin akan mengatakan ya, tapi mengapa pabrikan-pabrikan besar seperti Mercedes, Porsche, dan Ferrari semuanya menggunakannya?

Ironisnya, untuk sebuah teknologi yang dikembangkan di Formula 1, olahraga ini akan segera meninggalkan turbocharger listrik. Untuk menarik lebih banyak pemasok mesin, F1 mengubah formula mesinnya untuk tahun depan dan meninggalkan MGU-H, karena dianggap terlalu mahal dan tidak relevan dengan mobil jalan raya... sama seperti semakin banyaknya mobil jalan raya yang menggunakan teknologi ini.

F1 juga meningkatkan porsi listrik pada powertrain hibrida untuk mencapai sekitar 50/50 antara tenaga mesin dan motor. Dan hei, F1 memperluas basis pemasok mesinnya dengan Audi, Ford, dan GM yang semuanya bergabung. F1 adalah olahraga dan bisnis, bukan sekadar ajang pembuktian teknologi.

Bagaimanapun, turbocharging pada dasarnya adalah tentang tidak menyia-nyiakan energi. Mesin pembakaran internal akan menghasilkan satu ton gas buang yang merupakan limbah. Mengapa tidak membuat sesuatu yang berguna dari itu? Dan mengapa tidak menghasilkan energi listrik tambahan darinya saat Anda melakukannya?

Rekayasa yang terbaik adalah memaksimalkan potensi dari apa yang ada di depan Anda. Ini bukan berarti bahwa mobil yang tidak menggunakan turbocharger listrik itu buruk, atau tidak ada alasan yang sah untuk melewatkan teknologi ini. Ini mungkin sesuatu yang hanya cocok untuk mobil-mobil berperforma tinggi.

Ada rekayasa teknik yang mengagumkan dengan turbocharger elektrik yang memuaskan jiwa kutu buku dalam diri saya. Bukankah memaksimalkan potensi adalah sesuatu yang harus kita perjuangkan?