Comment fonctionne le système Anti-Lag du turbo
Bang-bang (également connu sous le nom d’ALS qui signifie Système Anti-Lag) est une technique de gestion du moteur qui permet de minimiser le temps de retard du turbo.
Comme vous le savez peut-être, les turbocompresseurs affichent ce que l’on appelle un temps de retard qui correspond au temps nécessaire à la turbine pour atteindre son plein régime à partir d’un état de vitesse de rotation intermédiaire. La durée du retard d’un turbocompresseur dépend de nombreux facteurs, dont son inertie, l’efficacité du flux d’air, la contre-pression, etc. Ce problème est en partie résolu par l’installation d’une soupape de décharge du turbo, qui agit chaque fois que le conducteur lève le pied de l’accélérateur. La soupape de décharge évacue l’air sous pression qui sort du turbocompresseur alors que le collecteur d’admission est fermé, ce qui permet à la turbine de ne pas caler et d’éviter d’endommager ses roulements. Dans les voitures de course, il est très courant de monter des turbocompresseurs surdimensionnés afin de pouvoir produire une pression de suralimentation suffisante et d’assurer une puissance moteur suffisante. Les gros turbocompresseurs présentent un décalage important en raison de leur inertie de rotation accrue. Dans ce cas, la soupape de décharge est insuffisante pour permettre au turbocompresseur de ne pas perdre trop de vitesse lorsque le conducteur lève le pied. De plus, les voitures de rallye sont équipées d’un restricteur de turbo, qui est réglementé par la FIA. L’un des effets du restricteur est d’augmenter le temps de latence. C’est pourquoi dans les voitures de course, et plus spécifiquement dans les voitures de rallye, où le couple et la disponibilité du moteur sont des facteurs de performance critiques, la plupart des applications utilisent des systèmes anti-lag.
Pendant le temps de lag, le moteur est beaucoup moins réactif et sa puissance bien inférieure à sa valeur nominale. Pour contrer l’effet du temps de latence du turbocompresseur, les conducteurs avaient l’habitude d’anticiper les réactions du moteur en accélérant bien avant ce qu’ils auraient fait dans une voiture sans turbo. D’autres ont utilisé une technique, introduite par le pilote allemand Walter Röhrl, connue sous le nom de « freinage du pied gauche ». Le pilote utilise son pied gauche pour freiner la voiture tandis que son pied droit accélère pour maintenir le turbocompresseur en charge optimale. Le freinage du pied gauche est très dur pour les freins qui sont mis à rude épreuve mais il est très efficace pour maintenir le turbo en rotation.
ALS était une idée simple mais relativement difficile à mettre en œuvre. Ce n’est que lorsque les systèmes électroniques de gestion du moteur ont été suffisamment avancés pour permettre de prendre en compte beaucoup plus de paramètres, en temps réel, que par le passé qu’il est devenu possible de les utiliser efficacement dans la gestion de l’ALS. A ma connaissance, Toyota Team Europe ont été les premiers à l’utiliser en course (la mise en œuvre de Toyota est connue sous le nom de Toyota Combustion Control System tandis que Mitsubishi appelle le système Post Combustion Control System).
Comment fonctionne l’ALS
Lorsque le conducteur lève le pied de la pédale d’accélérateur, le calage de l’allumage est modifié avec parfois 40° ou plus de retard (retard) et le mélange air d’admission et alimentation en carburant est rendu plus riche. Le papillon d’admission est maintenu légèrement ouvert ou un injecteur d’air, contournant le papillon d’admission, est utilisé pour maintenir l’alimentation en air du moteur. Il en résulte un mélange air/carburant qui continue à pénétrer dans les chambres de combustion alors que le conducteur n’accélère plus. L’allumage étant fortement retardé, le mélange air/carburant atteint les tubes d’échappement en grande partie non brûlé. Lorsque la bougie d’allumage s’allume, la soupape d’échappement commence à s’ouvrir en raison du retard à l’allumage mentionné ci-dessus. De plus, la température de l’échappement étant extrêmement élevée, le carburant non brûlé explose au contact des tubes d’échappement. Heureusement, le turbo se trouve à cet endroit et l’explosion le fait tourner (sinon il ralentirait puisque son admission, les gaz d’échappement, est coupée). L’effet est des temps de réponse largement réduits avec quelques inconvénients :
- Une augmentation rapide de la température du turbocompresseur (qui saute de ~800°C à la région des 1100°C+) chaque fois que le système est activé
- Un stress énorme sur le collecteur et les tuyaux d’échappement (monté sur une voiture de rue, un système bang-bang détruirait le système d’échappement dans les 50-100 km)
- Le turbo produit un boost significatif même à des vitesses de ralenti du moteur
- Les explosions qui se produisent dans les tubes d’échappement génèrent des flammes importantes qui peuvent, parfois, être vues à l’extrémité du tube d’échappement
- Frein moteur réduit
L’effet ALS dépend principalement de la quantité d’air admise dans le moteur, plus l’air fourni est important, plus l’effet ALS sera perceptible. Par conséquent, les systèmes ALS peuvent être plus ou moins agressifs. Un système ALS léger maintiendra une pression de 0 à 0,3 bar dans le collecteur d’admission lorsqu’il est activé, alors que, lorsqu’il est inactif, la pression dans le collecteur d’admission avec le papillon fermé sera de l’ordre de -1 bar (vide absolu). Les versions ALS de course peuvent maintenir une pression allant jusqu’à 1,5 bar dans le collecteur d’admission avec le papillon fermé.
Alors que les systèmes montés dans les voitures de course Toyota et Mitsubishi sont relativement doux et silencieux, ceux montés dans les voitures Ford et Subaru sont beaucoup plus bruyants et agressifs.
Le système bang-bang doit son nom aux bruits d’explosion que l’on entend chaque fois que le conducteur lève le pied. La plupart des implémentations de course ont des réglages d’anti-lagage sélectionnables par l’utilisateur en fonction du terrain, généralement trois réglages peuvent être sélectionnés par le conducteur allant de léger à très agressif.
Notez que certaines épreuves européennes régionales ou nationales interdisent l’utilisation des systèmes ALS tandis que de plus en plus d’épreuves WRC réglementent les niveaux de bruit autorisés par les voitures de compétition désactivant de fait l’ALS.
À partir de 2002, de nouvelles techniques d’anti-lagage, telles que la recirculation des gaz d’échappement (EGR), supplantent peu à peu la méthode décrite ci-dessus, car elles sont plus douces pour les pièces mécaniques du moteur.