Den første ting, man skal forstå, er, hvad “lag” er. Når føreren trykker hårdt på gashåndtaget i opladede motorer, reagerer motoren ikke lineært på førerens krav om “mere kraft”. I stedet er det, hvad den gør, at den får noget drejningsmoment, når udstødningsgasstrømmene accelererer. Når de når en kritisk hastighed, der effektivt skubber turboladeren, leverer motoren pludselig en pludselig dosis “ekstra” drejningsmoment.

Det virkelige problem med motorer med høj turboladning er reaktionstiden på gashåndtaget

Den tid, der går, fra man kræver mere kraft, til man får det “kick”, kaldes “forsinkelse”.

Denne forsinkelse kommer fra turboladersystemets inertias. Som du måske ved nu, bruger turboladeren energien fra forbrændingsgasserne, der forlader udstødningsmanifolden, til at dreje en turbine. Denne turbine er forbundet med en anden turbine, som komprimerer den luft, der kommer ind i motorens indsugning.

Da disse to turbiner har en ikke ubetydelig masse, er det ikke et spørgsmål om millisekunder at accelerere og bremse dem. Desuden har de et optimalt driftsområde, hvorunder de ikke giver et effektivt “boost-tryk”.

Det vil sige, at når turboladerturbinen drejer ved lave omdrejninger, er den ikke i stand til at komprimere luften i indsugningsmanifolden. Da motoren er konstrueret til at være turboladet, er det effektive kompressionsforhold i forbrændingskammeret for lavt, når turboen ikke blæser, og derfor er det ikke muligt at injicere benzin ved fuld gas eller at opnå store doser af effekt.

Når føreren trykker hårdt på gashåndtaget, starter en kædeeffekt: gashåndtaget åbnes, og mængden af luft og benzin, der kommer ind i motoren, øges. Med mere luft og brændstof øges udstødningsgasserne og deres energi, så de driver turboladerturbinen lidt hurtigere. Dette komprimerer indsugningsluften en smule mere, hvilket genererer mere luftstrøm til forbrændingskammeret, mere effekt, mere energi i udstødningsgasserne, hvilket driver turboladerturbinen endnu mere … Og så videre og så videre, indtil den kritiske turbohastighed er nået, som formår at reagere på førerens krav.

For en chauffør er det afgørende at kunne styre “millimetervis” med højre fod motorens reaktion med hensyn til det drejningsmoment, der sendes til hjulene, for at kunne styre bilens slingrehastighed i sving, sænke baghjulet efter behag eller korrigere linjerne.

Denne følgevirkning resulterer i, at føreren skal træde på speederen op til to sekunder før han har brug for drejningsmoment på hjulene, idet han forudser, hvad der venter forude, for at eliminere den tid, der går tabt på grund af forsinkelse, mens turboladeren oplades.

Denne store ulempe ved turbomotorer var en af de store hovedpiner for racerteams, som erkendte den ekstra specifikke motorkraft ved turboladning, men som var nødt til at afbøde de negative virkninger på bilens kontrol.

Det første skridt til at forbedre motorens reaktion var at reducere størrelsen af turboladerne for at mindske inertien. Det var også muligt at lege med turboer med dobbelt turboer eller endda med variabel geometri for at kunne reagere bedre i hele omdrejningsområdet.

Men det var i 1994, i verdensrally, at “den store perfekte løsning” blev opnået med indførelsen af “bang-bang”, antilag-systemet, for at eliminere responstiden.

Hvordan fungerer det?

Alt starter, når føreren slipper speederen. For at forhindre, at komprimeret luft fortsætter med at trykke ind i cylindrene og forhindrer motoren i at holde igen, frigør en ventil i normale motorer den komprimerede luft.

Med antilag-systemet ledes den komprimerede luft fra indsugningsturbinen direkte til udstødningsmanifolden. Samtidig er indsugningsgashåndtaget stadig åbent (15-20 %), selv om føreren er holdt op med at accelerere, som om føreren holdt gashåndtaget nede.

Det komplicerede turbolader-gasrørsystem i en Mitsubishi WRC-motor

Men motorens elektroniske styreenhed ændrer styringen af motoren. Det gør det for at forsinke tændrørets tændpunkt så meget som muligt. Blandingen antændes således, når motorens stempel allerede er i sit ekspansionsslag. Dette bevirker, at langt størstedelen af energien fra forbrændingen sendes gennem cylinderen i udstødningsslaget, som sender den brændende blanding og al den energi til gasturbinen. Desuden blandes disse gasser med den højtryksluft, der kommer ind i udstødningsmanifolden fra indsugningsturbinen.

Turboladeren har således stadig energi i form af udstødningsgasser med høj hastighed og høj temperatur, som fortsætter med at komprimere højtryksluft.

I 1994 begyndte man at anvende anti-lag-systemet på WRC-etaper

På en måde svarer dette anti-lag-system til at bruge turboladeren som en termisk turbomaskine i lighed med en flymotor.

Da det tryk, som turboladeren genererer for ren luft, forbliver højt, når føreren trykker på gashåndtaget, afbryder bypass-ventilen strømmen af komprimeret luft til udstødningsmanifolden og skifter til at give den tilbage til indsugningslungen, hvilket genererer manifoldtryk der næsten øjeblikkeligt.

Denne løsning reducerer forsinkelsen til et punkt, hvor den er umærkelig for føreren. Det er kun ved at forfine den elektroniske motorstyring og de ventiler, der styrer luftstrømmene fra turboladeren, at vi har kunnet opnå denne situation med motorer, der er meget magre på trods af dette funktionsprincip.

Men hvorfor bruges det ikke på vejbiler?

Det er ikke et system, der kan monteres på din vejbil

Der er flere gode grunde til, at disse antilag-systemer ikke er en god idé på en vejbil. Den første grund er, at der stadig forbrændes brændstof, når motoren er i tomgang, så brændstofforbruget i en sådan motor er langt højere end i en konventionel motor.

Den anden grund er, at forbrænding af gasser i udstødningsmanifolden i stedet for i forbrændingskammeret skaber et enormt termisk stress på turboladerens gasturbine, hvilket har en negativ indvirkning på dens pålidelighed. Det ville være meget kompliceret at gøre et sådant system pålideligt til brug på gaden.

Den tredje grund er, at emissionerne af forurenende stoffer øges, da det er ineffektivt at forbrænde brændstof uden for det optimale punkt i kompressionsslaget.

Og den fjerde grund er, at et sådant system ville være overflødigt for gadebiler, som anvender turboladere med mindre diameter, med dobbelte indsugninger og med mulighed (i tilfælde af turboer og visse specifikke benzinmotorer) for at anvende variabel geometri.

FIA har desværre forbudt forsøg med turbiner med variabel geometri, hvilket sandsynligvis ville have gjort sådanne antilag-systemer overflødige i den 1,6-liters “verdens”-motor på 1,6 liter, der anvendes i WRC og WTCC, og har også forbudt det for fremtidige F1-motorer. De fordele for vejbiler, som kunne opnås gennem udvikling af turbiner med variabel geometri til benzinmotorer, vil således ikke blive konsolideret i konkurrencen. FIA-ting.

Den gode nyhed er, at F1’s elmotorkoblede turboladere vil kunne arbejde for at fjerne forsinkelse uden at ty til bang-bang anti-lag-systemer, og denne løsning kan anvendes på vejbiler. Men det taler vi om en anden dag.

Rapport oprindeligt offentliggjort i december 2013, reddet for Pistonudos
.