Det första man mĂ„ste förstĂ„ Ă€r vad ”lagg” Ă€r. NĂ€r föraren trycker hĂ„rt pĂ„ gaspedalen i överladdade motorer reagerar motorn inte linjĂ€rt pĂ„ förarens krav pĂ„ ”mer kraft”. IstĂ€llet ger den ett ökat vridmoment nĂ€r avgasflödet accelererar. NĂ€r de nĂ„r en kritisk hastighet för att effektivt trycka pĂ„ turboladdaren ger motorn plötsligt en plötslig dos av ”extra” vridmoment.
Det verkliga problemet med motorer med hög turboladdning ligger i gasresponstiden
Den tid som förflyter mellan att krĂ€va mer kraft och att fĂ„ den ”kicken” kallas ”fördröjning”.
Den fördröjningen kommer frÄn turboladdarsystemets tröghet. Som du sÀkert vet vid det hÀr laget anvÀnder turboladdaren energin i de förbrÀnningsgaser som lÀmnar avgasröret för att driva en turbin. Denna turbin Àr kopplad till en annan turbin som komprimerar luften som kommer in i motorns intag.
DĂ„ dessa tvĂ„ turbiner har en inte obetydlig massa Ă€r det inte en frĂ„ga om millisekunder att accelerera och bromsa dem. Dessutom har de ett optimalt driftsomrĂ„de, under vilket de inte ger nĂ„got effektivt ”boosttryck”.
Det vill sÀga, nÀr turboladdarturbinen snurrar med lÄga varv per minut kan den inte komprimera luften i insugningsröret. Eftersom motorn Àr konstruerad för att vara turboladdad Àr det effektiva kompressionsförhÄllandet i förbrÀnningskammaren för lÄgt nÀr turbon inte blÄser, och dÀrför Àr det inte möjligt att injicera bensin vid full gas eller att fÄ stora doser av effekt.
NĂ€r föraren trycker hĂ„rt pĂ„ gaspedalen startar en kedjeeffekt: spjĂ€llspjĂ€llet öppnas och mĂ€ngden luft och bensin som kommer in i motorn ökar. Med mer luft och brĂ€nsle ökar avgaserna och deras energi, vilket gör att de driver turboaggregatets turbin lite snabbare. Detta komprimerar inloppsluften lite mer, vilket genererar mer luftflöde till förbrĂ€nningskammaren, mer kraft, mer energi i avgaserna, vilket driver turboladdarturbinen Ă€nnu mer … Och sĂ„ vidare och sĂ„ vidare tills det kritiska turbovarvtalet nĂ„s som lyckas svara pĂ„ förarens krav.
För en förare Ă€r det viktigt att kunna styra ”pĂ„ millimetern” med höger fot motorns svar i form av det vridmoment som skickas till hjulen för att kunna styra bilens gir i kurvor, sĂ€nka bakdelen efter behag eller korrigera linjerna.
Den hÀr effekten leder till att föraren mÄste trampa pÄ gasen upp till tvÄ sekunder innan han eller hon behöver vridmoment pÄ hjulen, för att förutse vad som vÀntar, för att eliminera den tid som gÄr förlorad pÄ grund av efterslÀpning, samtidigt som turboladdaren laddas.
Denna stora nackdel med turbomotorer var en av de stora huvudvÀrken för tÀvlingsteamen, som insÄg den extra specifika motoreffekten med turboladdning, men var tvungna att mildra de negativa effekterna pÄ bilens kontroll.
Det första steget för att förbÀttra motorns respons var att minska turboladdarnas dimensioner för att minska trögheten. Det var ocksÄ möjligt att leka med turbos med dubbla ingÄngar, eller till och med med variabel geometri, för att kunna reagera bÀttre i hela varvtalsintervallet.
Men det var 1994, i rallytĂ€vlingar i vĂ€rlden, som ”den stora, perfekta lösningen” uppnĂ„ddes genom införandet av ”bang-bang”, anti-lag-systemet, för att eliminera reaktionstiden.
Hur fungerar det?
Allt börjar nÀr föraren slÀpper pÄ gasen. För att förhindra att tryckluften fortsÀtter att tryckas in i cylindrarna, vilket hindrar motorn frÄn att hÄlla tillbaka, slÀpper en ventil den komprimerade luften i normala motorer.
Med antilag-systemet leds tryckluften frÄn inloppsturbinen direkt till avgasröret. Samtidigt, Àven om föraren har slutat accelerera, Àr insugningsgasen fortfarande öppen (15-20 %), som om föraren hÄller gasen i styr.
Det komplicerade gasledningssystemet för turboaggregat i en Mitsubishi WRC-motor
Men motorns elektroniska styrenhet Àndrar styrningen av motorn. Vad den gör Àr att fördröja tÀndstiftets tÀndpunkt sÄ mycket som möjligt. Blandningen antÀnds alltsÄ nÀr motorkolven redan befinner sig i sitt expansionsslag. Detta leder till att den stora majoriteten av energin frÄn förbrÀnningen drivs ut genom cylindern i utloppsslaget, som skickar den brinnande blandningen och all den energin till gasturbinen. Dessutom blandas dessa gaser med den högtrycksluft som kommer in i avgasröret frÄn inloppsturbinen.
Turboladern har alltsÄ fortfarande energi i form av av avgaser med hög hastighet och hög temperatur, som fortsÀtter att komprimera luft med högt tryck.
Under 1994 började anti-lag-systemet anvÀndas pÄ WRC-strÀckor
I viss mening motsvarar detta anti-lag-system att anvÀnda turboladdaren som en termisk turbomaskin som liknar en flygplansmotor.
NÀr trycket som genereras av turboladdaren för ren luft förblir högt, nÀr föraren trycker pÄ gaspedalen, avbryter bypass-ventilen flödet av komprimerad luft till avgasröret och vÀxlar till att erbjuda det tillbaka till insugslungan, vilket genererar ett grenrörstryck dÀr nÀstan omedelbart.
Denna lösning minskar efterslÀpningen till en punkt dÀr den Àr omÀrklig för föraren. Det Àr bara genom förfining av den elektroniska motorstyrningen och de ventiler som styr turboladdarnas luftflöden som vi har kunnat uppnÄ denna situation, med motorer som Àr mycket magra trots att de anvÀnder denna funktionsprincip.
Men varför anvÀnds det inte pÄ landsvÀgsbilar?
Det Àr inte ett system som kan monteras pÄ din landsvÀgsbil
Det finns flera goda skÀl till varför dessa anti-lag-system inte Àr en bra idé pÄ en landsvÀgsbil. Det första skÀlet Àr att brÀnsle fortfarande förbrÀnns nÀr motorn gÄr pÄ tomgÄng, sÄ brÀnsleförbrukningen för en sÄdan motor Àr mycket högre Àn för en konventionell motor.
Det andra skÀlet Àr att förbrÀnning av gaser i avgasröret i stÀllet för i förbrÀnningskammaren skapar en enorm termisk pÄfrestning pÄ turbokompressorns gasturbin, vilket har en negativ inverkan pÄ dess tillförlitlighet. Att göra ett sÄdant system tillförlitligt för gatan skulle vara mycket komplicerat.
Det tredje skÀlet Àr att utslÀppen av föroreningar ökar, eftersom det Àr ineffektivt att förbrÀnna brÀnsle utanför den optimala punkten i kompressionsslaget.
Och det fjÀrde skÀlet Àr att för gatubilarer som anvÀnder turboladdare med mindre diameter, med dubbla intag och med möjlighet (nÀr det gÀller turboaggregat och vissa specifika bensinmotorer) att anvÀnda variabel geometri, skulle ett sÄdant system vara överflödigt.
TyvĂ€rr förbjöd FIA experiment med turbiner med variabel geometri, vilket troligen skulle ha gjort sĂ„dana antilag-system överflödiga i den ”vĂ€rldsmotor” pĂ„ 1,6 liter som anvĂ€nds i WRC och WTCC, och har ocksĂ„ förbjudit det för framtida F1-motorer. De fördelar för vĂ€gbilar som skulle kunna uppnĂ„s genom utveckling av turbiner med variabel geometri för bensinmotorer kommer alltsĂ„ inte att konsolideras i konkurrensen. FIA-grejer.
Den goda nyheten Àr att F1:s elmotorkopplade turboladdare kommer att kunna arbeta för att eliminera efterslÀpning utan att behöva tillgripa bang-bang-system för att motverka efterslÀpning, och den hÀr lösningen skulle kunna tillÀmpas pÄ landsvÀgsbilar. Men det fÄr vi prata om en annan dag.
Rapporten publicerades ursprungligen i december 2013, rÀddad för Pistonudos
.