Az első dolog, amit meg kell érteni, hogy mi az a “lag”. A kompresszoros motoroknál, amikor a vezető erősen nyomja a gázt, a motor nem lineárisan reagál a “több teljesítmény” iránti igényére. Ehelyett a kipufogógáz-áramlás gyorsulásával némi nyomatékot nyer. Amikor ezek elérik a turbófeltöltő hatékony működtetéséhez szükséges kritikus fordulatszámot, a motor hirtelen egy hirtelen adag “extra” nyomatékot szolgáltat.

Az igazi probléma az erősen turbófeltöltős motoroknál a gázreakció idejében rejlik

Az idő, amely a nagyobb teljesítmény igénylése és a “rúgás” elérése között eltelt, az úgynevezett “lag”.

A lag a turbófeltöltő rendszer tehetetlenségéből adódik. Amint azt már bizonyára tudja, a turbófeltöltő a kipufogócsőből távozó égési gázok energiáját használja fel egy turbina megforgatására. Ez a turbina egy másik turbinával van összekötve, amely a motor szívócsövébe belépő levegőt sűríti.

Mivel e két turbina nem elhanyagolható tömegű, gyorsításuk és fékezésük nem ezredmásodpercek kérdése. Továbbá van egy optimális működési zónájuk, amely alatt nem biztosítanak hatékony “lökös nyomást”.

Azaz, amikor a turbófeltöltő turbinája alacsony fordulatszámon forog, nem képes a szívócsőben lévő levegőt összenyomni. Mivel a motort turbófeltöltésre tervezték, a tényleges sűrítési arány az égéstérben, amikor a turbó nem fúj, túl alacsony, ezért nem lehet teljes gázadásnál benzint befecskendezni, vagy nagy adag teljesítményt elérni.

Amikor a vezető erősen megnyomja a gázt, láncreakció indul be: a fojtószelep kinyílik, és a motorba jutó levegő és benzin mennyisége megnő. Több levegővel és üzemanyaggal a kipufogógázok és azok energiája megnő, így egy kicsit gyorsabban hajtják a turbófeltöltő turbináját. Ez egy kicsit jobban összenyomja a beszívott levegőt, ami nagyobb légáramot generál az égéstérbe, nagyobb teljesítményt, több energiát a kipufogógázokban, ami még jobban hajtja a turbófeltöltő turbináját… És így tovább és így tovább, amíg el nem éri azt a kritikus turbófordulatszámot, amely képes reagálni a vezető igényeire.

A sofőr számára a jobb lábbal “milliméterre pontosan” tudja irányítani a motor reakcióját a kerekekre küldött nyomaték tekintetében, ami elengedhetetlen ahhoz, hogy képes legyen kezelni az autó kanyarokban való kanyarodását, tetszés szerint ledönteni a hátsót, vagy korrigálni a vonalvezetést.

Ez a tovagyűrűző hatás azt eredményezi, hogy a vezetőnek akár két másodperccel azelőtt kell a gázpedálra lépnie, hogy a kerekeknél nyomatékra lenne szüksége, előre látva, hogy mi vár rá, hogy a turbófeltöltő feltöltése közben kiküszöbölje a késleltetés miatt elveszett időt.

A turbómotoroknak ez a fő hátránya okozta az egyik legnagyobb fejfájást a versenycsapatoknak, amelyek felismerték a turbófeltöltéssel járó extra fajlagos motorteljesítményt, de enyhíteniük kellett az autó irányítására gyakorolt negatív hatásokat.

A motor reakciójának javításához az első lépés a turbófeltöltők méretének csökkentése volt, a tehetetlenség csökkentése érdekében. Lehetett játszani az ikerturbókkal is, vagy akár a változó geometriájú turbókkal is, hogy jobban tudjanak reagálni az egész fordulatszám-tartományban.

De 1994-ben volt az, amikor a rally világbajnokságon megvalósult a “nagy tökéletes megoldás”, a “bang-bang”, az antilag rendszer bevezetésével, a reakcióidő megszüntetése érdekében.

Hogyan működik?

Minden akkor indul, amikor a vezető elengedi a gázt. A normál motorokban, hogy a sűrített levegő ne nyomódjon tovább a hengerekbe, megakadályozva a motor visszatartását, egy szelep engedi el a sűrített levegőt.

Az antilag rendszerben a szívóturbinából a sűrített levegő közvetlenül a kipufogócsőbe kerül. Ugyanakkor, bár a vezető már nem gyorsít, a szívószelep még mindig nyitva van (15-20%-kal), mintha a vezető tartaná a gázt.

A Mitsubishi WRC motor bonyolult turbófeltöltő gázcsőrendszere

A motor elektronikus vezérlőegysége azonban módosítja a motor irányítását. Ez azt jelenti, hogy a gyújtógyertya gyújtási pontját a lehető legjobban késlelteti. Így amikor a motor dugattyúja már a tágulási ütemben van, a keverék meggyullad. Ez azt eredményezi, hogy az égésből származó energia túlnyomó többsége a kipufogógázzal a hengeren keresztül távozik, amely az égő keveréket és az összes energiát a gázturbinába küldi. Ráadásul ezek a gázok keverednek a szívóturbinából a kipufogócsőbe érkező nagynyomású levegővel.

Így a turbófeltöltő továbbra is rendelkezik energiával a nagy sebességű, magas hőmérsékletű kipufogógázok formájában, amelyek tovább sűrítik a nagynyomású levegőt.

1994-ben kezdték el használni a késleltetésgátló rendszert a WRC szakaszokon

Ez a késleltetésgátló rendszer bizonyos értelemben egyenértékű azzal, hogy a turbófeltöltőt egy repülőgép-hajtóműhöz hasonló termikus turbómotorként használják.

Mivel a turbófeltöltő által a tiszta levegőért létrehozott nyomás magas marad, amikor a vezető megnyomja a gázt, a megkerülő szelep elzárja a sűrített levegő áramlását a kipufogócső felé, és átkapcsol arra, hogy visszaadja azt a szívótüdőnek, szinte azonnal létrehozva ott a szívócsőnyomást.

Ez a megoldás olyan mértékben csökkenti a késleltetést, hogy az a vezető számára észrevehetetlen. Csak az elektronikus motorvezérlés és a turbófeltöltő légáramlását irányító szelepek finomítása révén jutottunk el idáig, hogy a motorok ennek a működési elvnek az alkalmazása ellenére nagyon soványak.

De miért nem használják közúti autókban?

Ez nem egy olyan rendszer, amit közúti autóba kellene szerelni

Már több jó okból sem jó ötlet egy közúti autóban ezek az elmaradásgátló rendszerek. Az első ok az, hogy a motor üresjáratban is üzemanyagot éget, így az ilyen motor üzemanyag-fogyasztása jóval magasabb, mint egy hagyományos motoré.

A második ok az, hogy a gázok elégetése a kipufogócsőben, nem pedig az égéstérben okoz hatalmas hőterhelést a turbófeltöltő gázturbinájának, ami negatívan hat a megbízhatóságára. Egy ilyen rendszer megbízhatóvá tétele az utcai használatra nagyon bonyolult lenne.

A harmadik ok az, hogy a szennyezőanyag-kibocsátás megnő, mivel az üzemanyag elégetése a kompressziós löket optimális pontján kívül nem hatékony.

A negyedik ok pedig az, hogy az utcai autók esetében, amelyek kisebb átmérőjű turbófeltöltőket használnak, két bemeneti nyílással, és (a turbók és néhány speciális benzinmotor esetében) a változó geometria alkalmazásának lehetőségével, egy ilyen rendszer felesleges lenne.

Az FIA sajnos betiltotta a változó geometriájú turbinákkal való kísérletezést, ami valószínűleg feleslegessé tette volna az ilyen elmaradásgátló rendszereket a WRC-ben, a WTCC-ben használt 1,6 literes “világmotorban”, és betiltotta a jövőbeni F1-es motorok esetében is. Így a közúti gépjárművek számára a benzinmotorok változó geometriájú turbináinak fejlesztésével elérhető előnyök a versenyben nem fognak megszilárdulni. FIA cucc.

A jó hír az, hogy az F1 villanymotorral összekapcsolt turbófeltöltői képesek lesznek a lag megszüntetésére anélkül, hogy bumm-bumm anti-lag rendszerekhez folyamodnának, és ez a megoldás alkalmazható lenne az utcai autókra is. De erről majd máskor beszélünk.

A jelentés eredetileg 2013 decemberében jelent meg, megmentve a Pistonudos
számára.