Primul lucru pe care trebuie să-l înțelegem este ce este „lag”. La motoarele supraalimentate, atunci când șoferul apasă puternic pedala de accelerație, motorul nu răspunde în mod liniar la cererea sa de „mai multă putere”. În schimb, ceea ce face este să câștige ceva cuplu pe măsură ce fluxurile de gaze de eșapament se accelerează. Atunci când acestea ating o turație critică pentru a împinge eficient turbocompresorul, motorul livrează brusc o doză de cuplu „suplimentar”.

Reala problemă a motoarelor puternic turboalimentate constă în timpii de răspuns la accelerație

Acel timp dintre momentul în care se cere mai multă putere și obținerea acelui „șut” se numește „lag”.

Lag-ul provine din inerțiile sistemului de turbocompresie. După cum probabil știți deja, turbocompresorul utilizează energia gazelor de ardere care părăsesc colectorul de evacuare pentru a roti o turbină. Această turbină este legată de o altă turbină, care comprimă aerul care intră în admisia motorului.

Pentru că aceste două turbine au o masă deloc neglijabilă, accelerarea și frânarea lor nu este o chestiune de milisecunde. Mai mult decât atât, acestea au o zonă optimă de funcționare, sub care nu asigură o „presiune de supraalimentare” eficientă.

Acest lucru înseamnă că, atunci când turbina turbocompresorului se rotește la turații mici, nu este capabilă să comprime aerul din colectorul de admisie. Deoarece motorul este proiectat pentru a fi supraalimentat, raportul efectiv de compresie în camera de ardere atunci când turbo nu suflă este prea mic și, prin urmare, nu este posibilă injectarea de benzină la accelerație maximă sau obținerea unor doze mari de putere.

Când șoferul apasă puternic pe accelerație, se declanșează un efect în lanț: fluturele de accelerație se deschide și cantitatea de aer și benzină care intră în motor crește. Cu mai mult aer și combustibil, gazele de eșapament și energia lor sunt mai mari, astfel încât acestea antrenează turbina turbocompresorului un pic mai repede. Acest lucru comprimă puțin mai mult aerul de admisie, ceea ce generează un flux de aer mai mare în camera de combustie, mai multă putere, mai multă energie în gazele de eșapament, ceea ce antrenează și mai mult turbina turbocompresorului… Și așa mai departe, până când se atinge acea viteză critică a turbocompresorului care reușește să răspundă la cererea șoferului.

Pentru un șofer, a fi capabil să gestioneze „la milimetru” cu piciorul drept răspunsul motorului în ceea ce privește cuplul trimis la roți este vital pentru a putea gestiona ambuteiajul mașinii în viraje, pentru a lăsa spatele în voie sau pentru a corecta liniile.

Acest efect secundar are ca rezultat faptul că șoferul trebuie să apese pe accelerație cu până la două secunde înainte de a avea nevoie de cuplu la roți, anticipând ceea ce îl așteaptă, pentru a elimina timpul pierdut din cauza întârzierii, în timp ce încarcă turbocompresorul.

Acest dezavantaj major al motoarelor turbo a fost una dintre marile bătăi de cap pentru echipele de curse, care recunoșteau puterea specifică suplimentară a motorului odată cu turbocompresia, dar trebuiau să atenueze aceste efecte negative asupra controlului mașinii.

Primul pas în îmbunătățirea răspunsului motorului a fost reducerea dimensiunilor turbocompresoarelor, pentru a reduce inerția. A fost, de asemenea, posibil să se joace cu turbos cu două intrări, sau chiar cu geometrie variabilă, pentru a putea răspunde mai bine pe toată plaja de turații.

Dar a fost în 1994 când, în raliurile mondiale, s-a ajuns la „marea soluție perfectă”, prin introducerea „bang-bang”, sistemul anti-relax, pentru a elimina timpul de răspuns.

Cum funcționează?

Totul începe atunci când șoferul eliberează accelerația. La motoarele normale, pentru a preveni ca aerul comprimat să continue să împingă în cilindri, împiedicând motorul să se rețină, o supapă eliberează aerul comprimat.

Cu sistemul antilag, aerul comprimat de la turbina de admisie este ocolit direct către colectorul de evacuare. În același timp, chiar dacă șoferul a încetat să mai accelereze, clapeta de admisie este încă deschisă (cu 15-20%), ca și cum șoferul ar ține accelerația.

Sistemul complicat de conducte de gaz al turbocompresorului unui motor Mitsubishi WRC

Dar unitatea de control electronic a motorului modifică managementul motorului. Ceea ce face este să întârzie cât mai mult posibil punctul de aprindere al bujiei. Astfel, atunci când pistonul motorului se află deja în cursa de expansiune, amestecul este aprins. Acest lucru face ca marea majoritate a energiei provenite din combustie să fie propulsată prin cilindru în timpul cursei de evacuare, care trimite amestecul în flăcări și toată energia către turbina cu gaz. În plus, aceste gaze sunt amestecate cu aerul de înaltă presiune care intră în colectorul de evacuare de la turbina de admisie.

Astfel, turbocompresorul are încă energie sub formă de gaze de evacuare de mare viteză și temperatură ridicată, care continuă să comprime aerul la presiune ridicată.

În 1994, sistemul anti decalaj a început să fie utilizat pe etapele WRC

Într-un anumit sens, acest sistem anti decalaj este echivalent cu utilizarea turbocompresorului ca o turbomașină termică asemănătoare unui motor de avion.

Cum presiunea generată de turbocompresor pentru aerul curat rămâne ridicată, atunci când șoferul apasă accelerația, supapa de by-pass întrerupe fluxul de aer comprimat către colectorul de evacuare și comută pentru a-l oferi înapoi în plămânul de admisie, generând presiune în colector aproape instantaneu.

Această soluție reduce decalajul până la punctul în care este imperceptibil pentru șofer. Doar prin perfecționarea managementului electronic al motorului și a supapelor care gestionează debitele de aer ale turbocompresorului am reușit să ajungem la această situație, cu motoare care sunt foarte sărace în ciuda folosirii acestui principiu de funcționare.

Dar de ce nu este folosit pe mașinile de șosea?

Nu este un sistem care să se potrivească pe mașina ta de șosea

Există câteva motive întemeiate pentru care aceste sisteme anti-relax nu sunt o idee bună pe o mașină de șosea. Primul motiv este că încă se arde combustibil atunci când motorul este la ralanti, astfel încât consumul de combustibil al unui astfel de motor este mult mai mare decât cel al unui motor convențional.

Al doilea motiv este că arderea gazelor în colectorul de evacuare, mai degrabă decât în camera de ardere, creează un stres termic enorm asupra turbinei cu gaz a turbocompresorului, ceea ce are un impact negativ asupra fiabilității acestuia. Realizarea unui astfel de sistem fiabil pentru stradă ar fi foarte complexă.

Al treilea motiv este că emisiile poluante sunt crescute, deoarece arderea combustibilului în afara punctului optim al cursei de compresie este ineficientă.

Și al patrulea motiv este că, pentru mașinile de stradă, care folosesc turbocompresoare cu diametrul mai mic, cu intrări duble și cu posibilitatea (în cazul turbocompresoarelor și al unor motoare pe benzină specifice) de a folosi geometria variabilă, un astfel de sistem ar fi redundant.

Din păcate, FIA a interzis experimentarea turbinelor cu geometrie variabilă, ceea ce ar fi făcut, probabil, ca astfel de sisteme anti-relaxare să fie redundante în motorul „mondial” de 1,6 litri utilizat în WRC, în WTCC, și a interzis-o și pentru viitoarele motoare de F1. Astfel, beneficiile pentru automobilele rutiere care ar putea fi obținute prin dezvoltarea turbinelor cu geometrie variabilă pentru motoarele pe benzină nu vor fi consolidate în competiție. FIA stuff.

Veștile bune sunt că turbocompresoarele cuplate cu motoare electrice din F1 vor putea lucra pentru a elimina lag-ul fără a recurge la sisteme anti-lag bang-bang, iar această soluție ar putea fi aplicată și la mașinile de stradă. Dar despre asta vom vorbi în altă zi.

Raport publicat inițial în decembrie 2013, salvat pentru Pistonudos
.