Das erste, was man verstehen muss, ist, was „Lag“ ist. Bei aufgeladenen Motoren reagiert der Motor nicht linear auf die Forderung des Fahrers nach „mehr Leistung“, wenn er das Gaspedal durchdrückt. Stattdessen wird durch die Beschleunigung der Abgasströme ein gewisses Drehmoment erreicht. Wenn diese eine kritische Drehzahl erreichen, um den Turbolader effektiv anzuschieben, liefert der Motor plötzlich eine Dosis „zusätzliches“ Drehmoment.

Das eigentliche Problem bei stark aufgeladenen Motoren liegt in der Gasannahmezeit

Die Zeit zwischen der Anforderung von mehr Leistung und dem „Kick“ nennt man „Verzögerung“.

Die Verzögerung kommt von den Trägheiten des Turboladersystems. Wie Sie vielleicht schon wissen, nutzt der Turbolader die Energie der Verbrennungsgase, die den Auspuffkrümmer verlassen, um eine Turbine anzutreiben. Diese Turbine ist mit einer weiteren Turbine verbunden, die die in den Ansaugtrakt des Motors eintretende Luft komprimiert.

Da diese beiden Turbinen eine nicht unerhebliche Masse haben, ist ihr Beschleunigen und Abbremsen keine Frage von Millisekunden. Außerdem haben sie einen optimalen Betriebsbereich, unterhalb dessen sie keinen wirksamen „Ladedruck“ liefern.

Das heißt, wenn die Turbine des Turboladers mit niedrigen Drehzahlen arbeitet, ist sie nicht in der Lage, die Luft im Ansaugkrümmer zu verdichten. Da der Motor für einen Turbolader ausgelegt ist, ist das effektive Verdichtungsverhältnis im Brennraum ohne Turbo zu niedrig, so dass es nicht möglich ist, bei Vollgas Benzin einzuspritzen oder eine hohe Leistung zu erzielen.

Wenn der Fahrer stark auf die Drosselklappe drückt, setzt ein Ketteneffekt ein: Die Drosselklappe öffnet sich und die Menge an Luft und Benzin, die in den Motor gelangt, steigt. Mit mehr Luft und Kraftstoff werden die Abgase und deren Energie erhöht, so dass sie die Turbine des Turboladers etwas schneller antreiben. Dadurch wird die Ansaugluft etwas stärker komprimiert, was einen größeren Luftstrom in den Brennraum erzeugt, mehr Leistung, mehr Energie in den Abgasen, was die Turbine des Turboladers noch stärker antreibt… Und so weiter und so fort, bis die kritische Turbodrehzahl erreicht ist, die es schafft, auf die Anforderungen des Fahrers zu reagieren.

Für einen Fahrer ist die Fähigkeit, mit dem rechten Fuß das Ansprechverhalten des Motors in Form des an die Räder übertragenen Drehmoments „auf den Millimeter genau“ zu steuern, von entscheidender Bedeutung, um das Gieren des Autos in Kurven zu kontrollieren, das Heck nach Belieben abzusenken oder die Linien zu korrigieren.

Dieser Nebeneffekt führt dazu, dass der Fahrer bis zu zwei Sekunden, bevor er das Drehmoment an den Rädern benötigt, auf das Gaspedal treten muss, um die durch die Verzögerung verlorene Zeit zu eliminieren, während er den Turbolader auflädt.

Dieser große Nachteil von Turbomotoren bereitete den Rennteams großes Kopfzerbrechen. Sie erkannten die zusätzliche spezifische Motorleistung durch die Turboaufladung, mussten aber die negativen Auswirkungen auf die Fahrzeugkontrolle abmildern.

Der erste Schritt zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des Motors bestand darin, die Abmessungen der Turbolader zu verringern, um die Trägheit zu reduzieren. Man konnte auch mit Twin-Entry-Turbos oder sogar mit variabler Geometrie spielen, um ein besseres Ansprechverhalten über den gesamten Drehzahlbereich zu erreichen.

Aber erst 1994 wurde im Welt-Rallyesport „die große perfekte Lösung“ erreicht, als man das „Bang-Bang“-System einführte, um die Ansprechzeit zu eliminieren.

Wie funktioniert es?

Alles beginnt, wenn der Fahrer das Gaspedal loslässt. Um zu verhindern, dass die Druckluft weiter in die Zylinder gedrückt wird und der Motor dadurch nicht mehr halten kann, wird bei normalen Motoren die Druckluft durch ein Ventil freigegeben.

Beim Antilag-System wird die Druckluft von der Ansaugturbine direkt zum Auspuffkrümmer umgeleitet. Gleichzeitig ist die Ansaugdrosselklappe, obwohl der Fahrer nicht mehr beschleunigt, immer noch geöffnet (um 15-20%), als ob der Fahrer das Gaspedal festhalten würde.

Das komplizierte Turbolader-Gasleitungssystem eines Mitsubishi WRC-Motors

Das elektronische Steuergerät des Motors verändert jedoch die Steuerung des Motors. Dadurch wird der Zündzeitpunkt der Zündkerze so weit wie möglich hinausgezögert. So wird das Gemisch gezündet, wenn sich der Motorkolben bereits in seinem Expansionshub befindet. Dies führt dazu, dass der größte Teil der Verbrennungsenergie im Auspufftakt durch den Zylinder geschleudert wird, der das brennende Gemisch und die gesamte Energie an die Gasturbine weiterleitet. Außerdem werden diese Gase mit der Hochdruckluft gemischt, die von der Ansaugturbine in den Abgaskrümmer gelangt.

Der Turbolader verfügt also noch über Energie in Form von Abgasen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur, die weiterhin Luft unter hohem Druck verdichten.

Ab 1994 wurde das Anti-Lag-System auf WRC-Etappen eingesetzt

In gewissem Sinne ist dieses Anti-Lag-System gleichbedeutend mit dem Einsatz des Turboladers als thermische Turbomaschine, ähnlich wie bei einem Flugzeugtriebwerk.

Da der vom Turbolader erzeugte Druck für saubere Luft hoch bleibt, wenn der Fahrer die Drosselklappe betätigt, unterbricht das Bypass-Ventil den Durchfluss der komprimierten Luft zum Abgaskrümmer und schaltet um, um sie zurück in die Ansauglunge zu leiten, wodurch fast augenblicklich ein Krümmerdruck erzeugt wird.

Diese Lösung reduziert die Verzögerung auf einen Punkt, an dem sie für den Fahrer nicht mehr wahrnehmbar ist. Erst durch die Verfeinerung des elektronischen Motormanagements und der Ventile, die die Luftströme des Turboladers steuern, konnten wir diese Situation erreichen, mit Motoren, die trotz dieses Funktionsprinzips sehr mager sind.

Aber warum wird es nicht in Straßenautos verwendet?

Es ist kein System, das man in ein Straßenauto einbauen sollte

Es gibt mehrere gute Gründe, warum diese Anti-Lag-Systeme keine gute Idee für ein Straßenauto sind. Der erste Grund ist, dass auch im Leerlauf Kraftstoff verbrannt wird, so dass der Kraftstoffverbrauch eines solchen Motors wesentlich höher ist als bei einem herkömmlichen Motor.

Der zweite Grund ist, dass die Verbrennung der Gase im Auspuffkrümmer statt in der Brennkammer zu einer enormen thermischen Belastung der Gasturbine des Turboladers führt, was sich negativ auf ihre Zuverlässigkeit auswirkt. Ein solches System für die Straße zuverlässig zu machen, wäre sehr komplex.

Der dritte Grund ist, dass die Schadstoffemissionen erhöht werden, da die Verbrennung von Kraftstoff außerhalb des optimalen Punktes des Verdichtungshubes ineffizient ist.

Und der vierte Grund ist, dass für Straßenfahrzeuge, die Turbolader mit kleinerem Durchmesser, mit doppeltem Einlass und mit der Möglichkeit (im Falle von Turbos und einigen speziellen Benzinmotoren), eine variable Geometrie zu verwenden, ein solches System überflüssig wäre.

Glücklicherweise hat die FIA Experimente mit Turbinen mit variabler Geometrie verboten, die solche Anti-Lag-Systeme im „Welt“-Motor mit 1,6 Litern Hubraum, der in der WRC und in der WTCC verwendet wird, wahrscheinlich überflüssig gemacht hätten, und hat sie auch für zukünftige F1-Motoren verboten. Die Vorteile für Straßenfahrzeuge, die durch die Entwicklung von Turbinen mit variabler Geometrie für Benzinmotoren erzielt werden könnten, werden sich also im Wettbewerb nicht durchsetzen.

Die gute Nachricht ist, dass die elektromotorisch gekoppelten Turbolader in der Formel 1 in der Lage sein werden, die Verzögerung zu beseitigen, ohne auf Knallschutzsysteme zurückgreifen zu müssen, und dass diese Lösung auch auf Straßenfahrzeuge übertragen werden könnte. Aber darüber reden wir ein andermal.

Der Bericht wurde ursprünglich im Dezember 2013 veröffentlicht, gerettet für Pistonudos
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