Come funziona il turbo Anti-Lag System
Bang-bang (noto anche come ALS che sta per Anti-Lag System) è una tecnica di gestione del motore che permette di ridurre al minimo il tempo di ritardo del turbo. La durata del ritardo di un turbocompressore dipende da molti fattori tra cui l’inerzia, l’efficienza del flusso d’aria, la contropressione, ecc. Il problema viene in parte affrontato montando una valvola di scarico del turbo, che agisce ogni volta che il conducente solleva il piede dall’acceleratore. La valvola di scarico evacuerà l’aria pressurizzata che esce dal turbocompressore mentre il collettore d’aspirazione è chiuso, permettendo così alla turbina di non andare in stallo ed evitando possibili danni ai suoi cuscinetti. Nelle auto da corsa è molto comune montare turbocompressori sovradimensionati per essere in grado di produrre abbastanza pressione di spinta e assicurare una potenza sufficiente del motore. I grandi turbocompressori mostrano una quantità significativa di ritardo a causa della loro maggiore inerzia rotazionale. In questi casi, la valvola di scarico è insufficiente per permettere al turbocompressore di non perdere troppa velocità quando il pilota parte. Inoltre, le auto da rally sono dotate di un restrittore per il turbo, che è regolato dalla FIA. Uno degli effetti del limitatore è quello di aumentare il tempo di ritardo. Questo è il motivo per cui nelle auto da corsa, e più specificamente nelle auto da rally, dove la coppia e la disponibilità del motore sono fattori critici per le prestazioni, la maggior parte delle applicazioni utilizza sistemi anti-lag.
Durante il tempo di ritardo il motore è molto meno reattivo e la sua potenza è molto al di sotto di quella nominale. Per contrastare l’effetto del lag time del turbocompressore, i piloti erano soliti anticipare le reazioni del motore accelerando molto prima di quanto avrebbero fatto in un’auto non turbo. Altri hanno usato una tecnica, introdotta dal pilota tedesco Walter Röhrl, conosciuta come “frenata con il piede sinistro” dove il pilota usa il suo piede sinistro per frenare la macchina mentre il suo piede destro accelera per mantenere il turbocompressore in carico ottimale. La frenata con il piede sinistro è molto dura per i freni che sono sottoposti a uno stress estremo, ma è molto efficiente nel mantenere il turbo in rotazione.
L’ALS era un’idea semplice ma relativamente difficile da implementare. Solo quando i sistemi di gestione elettronica del motore sono stati abbastanza avanzati da permettere di prendere in considerazione molti più parametri, in tempo reale, rispetto al passato, è diventato possibile utilizzarli in modo efficiente nella gestione dell’ALS. Per quanto ne so, il Toyota Team Europe è stato il primo ad usarlo nelle corse (l’implementazione della Toyota è conosciuta come Toyota Combustion Control System mentre la Mitsubishi chiama il sistema Post Combustion Control System).
Come funziona l’ALS
Quando il pilota solleva il piede dal pedale del gas, la fasatura dell’accensione viene alterata con un ritardo di 40° o più (retard) e la miscela di aria aspirata e carburante viene resa più ricca. La farfalla d’ingresso è tenuta leggermente aperta o un iniettore d’aria, che bypassa la farfalla d’ingresso, è usato per mantenere la fornitura d’aria al motore. Questo si traduce in una miscela aria/combustibile che continua a entrare nelle camere di combustione quando il guidatore non accelera più. Essendo l’accensione fortemente ritardata, la miscela aria/carburante raggiunge i tubi di scarico per lo più incombusti. Quando la candela si accende, la valvola di scarico comincia ad aprirsi a causa del ritardo di accensione di cui sopra. Inoltre, essendo la temperatura di scarico estremamente alta, il carburante incombusto esplode al contatto dei tubi di scarico. Per fortuna il turbo si trova proprio lì e l’esplosione lo fa girare (altrimenti rallenterebbe perché la sua aspirazione, i gas di scarico, è interrotta). L’effetto è un tempo di risposta molto più basso con alcuni lati negativi:
- Un rapido aumento della temperatura del turbocompressore (che salta da ~800°C alla regione dei 1100°C+) ogni volta che il sistema viene attivato
- Un enorme stress sul collettore di scarico e sui tubi (montato su un’auto stradale un sistema bang-bang distruggerebbe il sistema di scarico entro 50-100 km)
- Il turbo produce una spinta significativa anche al minimo del motore
- Le esplosioni che avvengono nei tubi di scarico generano fiamme importanti che possono, a volte, essere visto alla fine del tubo di scarico
- Riduzione del freno motore
L’effetto ALS dipende principalmente dalla quantità di aria consentita nel motore, più aria fornita più l’effetto ALS sarà evidente. Di conseguenza i sistemi ALS possono essere più o meno aggressivi. Un ALS leggero manterrà una pressione da 0 a 0,3 bar nel collettore di aspirazione quando è attivato, mentre, quando è inattivo, la pressione nel collettore di aspirazione con la valvola a farfalla chiusa sarebbe nella regione di -1 bar (vuoto assoluto). Le versioni ALS da corsa possono mantenere una pressione fino a 1,5 bar nel collettore di aspirazione con l’acceleratore chiuso.
Mentre i sistemi montati nelle auto da corsa Toyota e Mitsubishi sono relativamente lisci e silenziosi quelli montati nelle auto Ford e Subaru sono molto più rumorosi e aggressivi.
Il sistema bang-bang deve il suo nome ai forti rumori di esplosione che si sentono ogni volta che il pilota si alza. La maggior parte delle implementazioni da corsa hanno impostazioni anti-lag selezionabili dall’utente a seconda del terreno, di solito tre impostazioni possono essere selezionate dal pilota andando da lieve a molto aggressivo.
Nota che alcuni eventi europei regionali o nazionali proibiscono l’uso di sistemi ALS mentre sempre più eventi WRC regolano i livelli di rumore consentiti dalle auto da competizione disabilitando effettivamente l’ALS.
A partire dal 2002, le nuove tecniche anti-lag, come il ricircolo dei gas di scarico (EGR), stanno lentamente superando il metodo sopra descritto perché sono più gentili con le parti meccaniche del motore.