V první řadě je třeba pochopit, co je to „zpoždění“. U přeplňovaných motorů platí, že když řidič silně sešlápne plynový pedál, motor nereaguje lineárně na jeho požadavek na „vyšší výkon“. Místo toho se při zrychlování proudu výfukových plynů zvyšuje točivý moment. Jakmile dosáhnou kritických otáček, aby účinně tlačily na turbodmychadlo, motor náhle dodá náhlou dávku „extra“ točivého momentu.

Skutečný problém u vysoce přeplňovaných motorů spočívá v době odezvy na sešlápnutí plynu

Ta doba mezi požadavkem na vyšší výkon a jeho „nakopnutím“ se nazývá „prodleva“.

Prodleva vzniká v důsledku setrvačnosti systému turbodmychadla. Jak už možná víte, turbodmychadlo využívá energii spalin vystupujících z výfukového potrubí k roztočení turbíny. Tato turbína je spojena s další turbínou, která stlačuje vzduch vstupující do sání motoru.

Protože tyto dvě turbíny mají nezanedbatelnou hmotnost, jejich zrychlení a brzdění není otázkou milisekund. Kromě toho mají optimální provozní zónu, pod kterou neposkytují účinný „plnicí tlak“.

To znamená, že když se turbína turbodmychadla otáčí při nízkých otáčkách, není schopna stlačit vzduch v sacím potrubí. Vzhledem k tomu, že motor je konstruován jako přeplňovaný, je efektivní kompresní poměr ve spalovacím prostoru, když turbo nefouká, příliš nízký, a proto není možné vstřikovat benzín při plném plynu nebo získat velké dávky výkonu.

Když řidič silně sešlápne plynovou klapku, spustí se řetězový efekt: škrticí klapka se otevře a množství vzduchu a benzínu vstupujícího do motoru se zvýší. S větším množstvím vzduchu a paliva se zvýší množství výfukových plynů a jejich energie, takže pohánějí turbínu turbodmychadla o něco rychleji. Tím se o něco více stlačí nasávaný vzduch, čímž vznikne větší průtok vzduchu do spalovacího prostoru, větší výkon, více energie ve výfukových plynech, což ještě více pohání turbínu turbodmychadla… A tak dále a tak dále, dokud není dosaženo kritických otáček turba, které dokáže reagovat na požadavky řidiče.

Pro řidiče je schopnost řídit „na milimetr“ pravou nohou odezvu motoru v podobě točivého momentu přenášeného na kola zásadní, aby mohl řídit odklon vozu v zatáčkách, libovolně spouštět záď nebo korigovat stopy.

Tento dominový efekt vede k tomu, že řidič musí sešlápnout plynový pedál až dvě sekundy předtím, než potřebuje točivý moment na kolech, a předvídat, co ho čeká, aby eliminoval čas ztracený prodlevou při nabíjení turbodmychadla.

Tato hlavní nevýhoda turbomotorů byla jednou z velkých bolestí hlavy závodních týmů, které si uvědomovaly mimořádný specifický výkon motoru s turbodmychadlem, ale musely zmírnit tyto negativní účinky na ovládání vozu.

Prvním krokem ke zlepšení odezvy motoru bylo zmenšení rozměrů turbodmychadel, aby se snížila setrvačnost. Bylo také možné hrát si s turbodmychadly s dvojitým vstupem nebo dokonce s proměnnou geometrií, aby bylo možné lépe reagovat v celém rozsahu otáček.

Ale teprve v roce 1994 se ve světových rallye podařilo dosáhnout „velkého dokonalého řešení“, a to zavedením systému „bang-bang“, systému proti zpoždění, který eliminuje dobu odezvy.

Jak to funguje?

Vše začíná, když řidič uvolní plyn. U běžných motorů se stlačený vzduch uvolňuje ventilem, aby se zabránilo dalšímu tlačení stlačeného vzduchu do válců a tím i brzdění motoru.

U systému antilag je stlačený vzduch ze sací turbíny veden obtokem přímo do výfukového potrubí. Současně, i když řidič přestal zrychlovat, je sací klapka stále otevřená (o 15-20 %), jako by řidič držel plyn.

Složitý systém plynového potrubí turbodmychadla motoru Mitsubishi WRC

Elektronická řídicí jednotka motoru však upravuje řízení motoru. Jejím účelem je co nejvíce oddálit bod zapálení zapalovací svíčky. Když je tedy píst motoru již v expanzním zdvihu, směs se zapálí. Převážná většina energie ze spalování je tak při výfukovém zdvihu hnána válcem, který posílá hořící směs a veškerou energii do plynové turbíny. Kromě toho se tyto plyny mísí s vysokotlakým vzduchem přicházejícím do výfukového potrubí ze sací turbíny.

Takto turbodmychadlo stále disponuje energií ve formě výfukových plynů o vysoké rychlosti a teplotě, které nadále stlačují vzduch při vysokém tlaku.

V roce 1994 se na rychlostních zkouškách WRC začal používat systém anti-lag

V jistém smyslu je tento systém anti-lag ekvivalentem použití turbodmychadla jako tepelného turbosoustrojí podobného leteckému motoru.

Jelikož tlak čistého vzduchu vytvářený turbodmychadlem zůstává vysoký, když řidič sešlápne plynovou klapku, obtokový ventil přeruší přívod stlačeného vzduchu do výfukového potrubí a přepne na jeho nabídku zpět do sacích plic, čímž se téměř okamžitě vytvoří tlak v potrubí.

Toto řešení snižuje prodlevu do té míry, že ji řidič nepostřehne. Teprve zdokonalením elektronického řízení motoru a ventilů, které řídí průtoky vzduchu turbodmychadlem, jsme se dostali do situace, kdy jsou motory i přes tento princip fungování velmi chudé.

Ale proč se nepoužívá v silničních vozech?

Není to systém, který by se hodil do silničního vozu

Existuje několik dobrých důvodů, proč tyto systémy proti zpoždění nejsou v silničním voze dobrým nápadem. Prvním důvodem je, že palivo se spaluje i při volnoběžných otáčkách, takže spotřeba paliva takového motoru je výrazně vyšší než u běžného motoru.

Druhým důvodem je, že spalování plynů ve výfukovém potrubí namísto ve spalovací komoře vytváří obrovské tepelné namáhání plynové turbíny turbodmychadla, což má negativní vliv na její spolehlivost. Vytvoření spolehlivého systému pro silniční provoz by bylo velmi složité.

Třetím důvodem je zvýšení emisí škodlivin, protože spalování paliva mimo optimální bod kompresního zdvihu je neefektivní.

A čtvrtým důvodem je, že pro silniční vozy, které používají turbodmychadla s menším průměrem, se dvěma vstupy a s možností (v případě turbodmychadel a některých specifických benzinových motorů) použití proměnné geometrie, by byl takový systém zbytečný.

FIA bohužel zakázala experimenty s turbínami s proměnnou geometrií, které by pravděpodobně učinily tyto systémy proti zpoždění zbytečnými ve „světovém“ motoru o objemu 1,6 litru používaném ve WRC, ve WTCC a zakázala je i pro budoucí motory F1. Přínosy pro silniční automobily, kterých by bylo možné dosáhnout vývojem turbín s proměnnou geometrií pro zážehové motory, tak nebudou v konkurenci konsolidovány.

Dobrou zprávou je, že turbodmychadla spojená s elektromotorem v F1 budou schopna pracovat na odstranění zpoždění, aniž by se musela uchylovat k systémům proti zpoždění „bang-bang“, a toto řešení by mohlo být použito i u silničních vozů. Ale o tom si povíme jindy.

Zpráva byla původně zveřejněna v prosinci 2013, zachráněna pro Pistonudos
.