Jak działa System Anty-Lag turbo
Bang-bang (znany również jako ALS, co jest skrótem od Anti-Lag System) jest techniką zarządzania silnikiem, która pozwala zminimalizować czas opóźnienia turbiny.
Jak być może wiesz, turbosprężarki wykazują tak zwany czas opóźnienia, który jest czasem potrzebnym turbinie do osiągnięcia pełnego otwarcia przepustnicy z pośredniego stanu prędkości obrotowej. Czas opóźnienia turbosprężarki zależy od wielu czynników, między innymi od jej bezwładności, wydajności przepływu powietrza, ciśnienia wstecznego itp. Problem ten jest częściowo rozwiązywany poprzez zamontowanie zaworu upustowego turbo, który działa za każdym razem, gdy kierowca zdejmie nogę z przepustnicy. Zawór upustowy odprowadza powietrze pod ciśnieniem wychodzące z turbosprężarki, podczas gdy kolektor dolotowy jest zamknięty, co pozwala turbinie uniknąć zgaśnięcia i ewentualnego uszkodzenia łożysk. W samochodach wyścigowych bardzo często montuje się przewymiarowane turbosprężarki, aby móc wytworzyć wystarczające ciśnienie doładowania i zapewnić odpowiednią moc silnika. Duże turbosprężarki wykazują znaczne opóźnienia ze względu na ich zwiększoną bezwładność obrotową. W takich przypadkach zawór upustowy jest niewystarczający, aby turbosprężarka nie straciła zbyt wiele prędkości, gdy kierowca rusza z miejsca. Dodatkowo samochody rajdowe są wyposażone w restryktor turbo, który jest regulowany przez FIA. Jednym z efektów zastosowania restryktora jest zwiększenie czasu opóźnienia. Dlatego też w samochodach wyścigowych, a w szczególności w samochodach rajdowych, gdzie moment obrotowy i dostępność silnika są krytycznymi czynnikami wydajności, większość zastosowań wykorzystuje systemy anty-jaggingowe.
Podczas czasu opóźnienia silnik jest znacznie mniej responsywny, a jego moc jest znacznie niższa niż nominalna. Aby zniwelować efekt opóźnienia turbosprężarki, kierowcy zwykli wyprzedzać reakcje silnika, przyspieszając dużo wcześniej niż w przypadku samochodu bez turbosprężarki. Inni stosowali technikę, wprowadzoną przez niemieckiego kierowcę Waltera Röhrla, znaną jako „hamowanie lewą nogą”, gdzie kierowca używa lewej nogi do hamowania samochodu, podczas gdy jego prawa noga przyspiesza, aby utrzymać turbosprężarkę w optymalnym obciążeniu. Hamowanie lewą nogą jest bardzo trudne dla hamulców, które są narażone na ekstremalne obciążenia, ale jest bardzo skuteczny w utrzymaniu turbo wiruje.
ALS był prosty pomysł, ale jeden, który był stosunkowo trudny do wykonania. Dopiero gdy elektroniczne systemy zarządzania silnikiem były na tyle zaawansowane, że pozwalały na uwzględnienie znacznie większej ilości parametrów, w czasie rzeczywistym, niż w przeszłości, możliwe stało się efektywne wykorzystanie ich w obsłudze ALS. Według mojej najlepszej wiedzy Toyota Team Europe jako pierwsza zastosowała ten system w wyścigach (implementacja Toyoty znana jest jako Toyota Combustion Control System, podczas gdy Mitsubishi nazywa system Post Combustion Control System).
Jak działa ALS
Gdy kierowca zdejmuje nogę z pedału gazu, czas zapłonu jest zmieniany z opóźnieniem (retard) wynoszącym czasami 40° lub więcej, a mieszanka zasysanego powietrza i dostarczanego paliwa staje się bogatsza. Przepustnica wlotowa pozostaje lekko otwarta lub wtryskiwacz powietrza, omijając przepustnicę wlotową, jest wykorzystywany do utrzymania dopływu powietrza do silnika. Skutkiem tego jest mieszanka paliwowo-powietrzna, która nadal dostaje się do komór spalania, gdy kierowca już nie przyspiesza. Ponieważ zapłon jest mocno opóźniony, mieszanka paliwowo-powietrzna dociera do rur wydechowych w większości niespalona. Gdy świeca zapala się, zawór wydechowy zaczyna się otwierać z powodu wspomnianego wyżej opóźnienia zapłonu. Dodatkowo, przy bardzo wysokiej temperaturze spalin, niespalone paliwo eksploduje na styku z rurami wydechowymi. Na szczęście turbo siedzi tuż obok i eksplozja utrzymuje je w ruchu (w przeciwnym razie zwolniłoby, ponieważ jego wlot, czyli spaliny, jest odcięty). Efektem jest znacznie krótszy czas reakcji z kilkoma minusami:
- Szybki wzrost temperatury turbosprężarki (która skacze z ~800°C do 1100°C+) za każdym razem, gdy system jest aktywowany
- Ogromny nacisk na kolektor wydechowy i rury (zamontowany w samochodzie ulicznym system bang-bang zniszczyłby układ wydechowy w ciągu 50-100 km)
- Turbo wytwarza znaczny doładowanie nawet na wolnych obrotach silnika
- Eksplozje, które mają miejsce w rurach wydechowych generują ważne płomienie, które mogą, czasami mogą być widoczne na końcu rury wydechowej
- Zmniejszone hamowanie silnikiem
Efekt ALS zależy głównie od ilości powietrza wpuszczanego do silnika, im więcej powietrza jest dostarczane tym bardziej efekt ALS będzie zauważalny. W związku z tym systemy ALS mogą być mniej lub bardziej agresywne. Łagodny system ALS będzie utrzymywał ciśnienie w kolektorze dolotowym na poziomie 0 do 0,3 bara, gdy jest włączony, natomiast gdy jest nieaktywny, ciśnienie w kolektorze dolotowym przy zamkniętej przepustnicy będzie w okolicach -1 bara (próżnia absolutna). Wersje wyścigowe ALS może utrzymać ciśnienie do 1,5 bar w kolektorze wlotowym z przepustnicą zamkniętą.
Jak systemy montowane w Toyota i Mitsubishi samochodów wyścigowych są stosunkowo gładkie i bezszelestne te zamontowane w Ford i Subaru samochody są znacznie bardziej hałaśliwe i agresywne.
Bang-bang system posiada swoją nazwę do głośnych dźwięków eksplozji słychać, gdy kierowca podnosi off. Większość implementacji wyścigowych ma ustawienia anti-lag wybierane przez użytkownika w zależności od terenu, zazwyczaj trzy ustawienia mogą być wybrane przez kierowcę od łagodnego do bardzo agresywnego.
Zauważ, że niektóre regionalne lub krajowe wydarzenia europejskie zabraniają używania systemów ALS, podczas gdy coraz więcej wydarzeń WRC reguluje poziomy hałasu dozwolone przez samochody konkurencji skutecznie wyłączając ALS.
Począwszy od 2002 roku nowe techniki anty-lagowania, takie jak recyrkulacja spalin (EGR), powoli wypierają metodę opisaną powyżej, ponieważ są bardziej przyjazne dla mechanicznych części silnika.