Система Антилаг

Система анти-задержки ( ALS ) — это метод уменьшения турбо-задержки или эффективного сжатия, используемый в с турбонаддувом двигателях для минимизации турбо-задержки на гоночных или высокопроизводительных автомобилях. Он работает за счет замедления момента зажигания и добавления дополнительного топлива (а иногда и воздуха), чтобы сбалансировать потерю эффективности сгорания с повышенным давлением на стороне наддува турбонаддува. Это достигается за счет того, что избыточное количество топливно-воздушной смеси выходит через выпускные клапаны и сгорает в горячем выпускном коллекторе, вращая турбонагнетатель, создавая более высокое полезное давление.

Обзор

ALS впервые использовался на заре автомобилей с турбонаддувом в гонках Формулы-1 примерно с середины до конца 1980-х годов, пока ограничения на топливо не сделали его использование неподходящим. Позже это стало обычным явлением в раллийных автомобилях из-за увеличенной турбо-задержки из-за обязательных ограничителей на входе впускного коллектора. Из-за перепада давления на сужении степень давления для данного уровня наддува намного выше, и турбокомпрессор должен вращаться намного быстрее, чтобы обеспечить такое же наддув, как и при работе двигателя без ограничения. Это значительно увеличивает турбо-лаг по сравнению с турбокомпрессорами без ограничений.

ALS требует обхода воздуха, который обычно выполняется одним из двух способов. Первый метод — использовать дроссельную заслонку для перепуска воздуха; это может быть внешний перепускной клапан или электромагнитный клапан, открывающий дроссельную заслонку на 12-20 градусов . Это позволяет воздуху обходить закрытую дроссельную заслонку и достигать двигателя. Второй метод заключается в использовании перепускного клапана, который подает наддувочный воздух непосредственно в выпускной коллектор .

Методы

Обход дроссельной заслонки или удар дроссельной заслонки ALS

Система обхода дроссельной заслонки/соленоида дроссельной заслонки сочетается с задержкой зажигания и небольшим обогащением топлива (в основном для обеспечения охлаждения), обычно воспламенение происходит при 35–45 ° ВМТ. Такое позднее зажигание вызывает очень незначительное расширение газа в цилиндре; следовательно, давление и температура все еще будут очень высокими, когда выпускной клапан откроется. При этом величина крутящего момента, передаваемого на коленчатый вал, будет очень небольшой (достаточной ровно для поддержания работы двигателя). Более высокого давления и температуры выхлопных газов в сочетании с увеличенным массовым расходом достаточно, чтобы поддерживать вращение турбокомпрессора на высокой скорости, тем самым уменьшая задержку. Когда дроссельная заслонка снова открывается, зажигание и впрыск топлива возвращаются в нормальный режим. Поскольку многие компоненты двигателя во время работы ALS подвергаются воздействию очень высоких температур, а также импульсов высокого давления, этот тип системы очень вреден для двигателя, турбонагнетателя и выпускного коллектора. Для последнего проблемой являются не только высокие температуры, но и неконтролируемые обороты турбокомпрессора, которые могут быстро вывести его из строя. В большинстве случаев ALS автоматически отключается, когда охлаждающая жидкость достигает температуры 110–115 °C, чтобы предотвратить перегрев.

Впрыск вторичного воздуха или впускной байпас

ALS, работающая с перепускным клапаном, подает воздух непосредственно в выпускной коллектор, где он смешивается с частично сгоревшими газами двигателя, таким образом снова воспламеняя их и раскручивая турбину. Такую систему можно сделать более совершенной, чем описанная выше. Некоторые из самых ранних систем этого типа использовались Ferrari в Формуле-1 в 1980-х годах. Еще одно широко известное применение этого типа системы предотвращения задержек было в версии WRC автомобилей Mitsubishi Lancer Evolution III и Toyota Celica GT-Four (ST205) 1995 года. Латунные трубки подавали воздух от перепускного клапана компрессора турбокомпрессора (CBV) в каждый из трактов выпускного коллектора, чтобы обеспечить необходимый воздух для сгорания топлива. Система управлялась двумя клапанами давления, управляемыми ЭБУ. Помимо гоночной версии, оборудование системы анти-лаг было также установлено на 2500 уличных автомобилях Celica GT-Fours, сертифицированных по базе омологации WRC. Однако в этих автомобилях система была отключена и неактивна. Трубки и клапаны присутствовали только по причинам омологации . В более поздних сериях Mitsubishi Evolution (только модели Evolution IV-IX, JDM) можно активировать SAS (вторичную воздушную систему) для предотвращения задержек.

Байпас турбо и интеркулера (D-клапан)

Метод, при котором большой односторонний обратный клапан вставляется непосредственно перед корпусом дроссельной заслонки, позволяя воздуху обходить турбину, интеркулер и трубопроводы в периоды, когда на входе корпуса дроссельной заслонки наблюдается отрицательное давление воздуха. Это приводит к большему сгоранию воздуха, а это означает, что больше воздуха поступает на сторону турбины. Как только в патрубке интеркулера достигается положительное давление, клапан закрывается.

Иногда его называют клапаном Дэна Калкина. Это не настоящая система предотвращения задержек, а скорее система быстрой намотки. Этот метод можно комбинировать с другими методами БАС.

При использовании в конфигурации MAF D-клапан должен пропускать воздух через MAF, чтобы поддерживать правильное соотношение A/F. В конфигурации с плотностью скорости в этом нет необходимости.

Задержка зажигания и сброс топлива (WOT)

Многие программируемые ЭБУ/программное обеспечение ЭБУ также предлагают функцию «анти-задержки», предназначенную для отключения турбин от сети или между сменами. Конечный результат аналогичен, но метод действия немного отличается от описанных выше версий (которые гораздо более распространены в профессиональном автоспорте высокого уровня, таком как ралли) и чаще используются для старта и дрэг-рейсинга. Как и в случае с вышеупомянутым D-клапаном, это скорее не настоящая система предотвращения запаздывания, а скорее система быстрого золотника, хотя она более приближена к истинному ALS. Этот метод также можно комбинировать с любыми другими методами.

Когда автомобиль, готовый к запуску, удерживается на пределе стартовых оборотов, некоторые ЭБУ (с помощью переключателя или дополнительной дроссельной заслонки) можно запрограммировать на задержку зажигания на несколько градусов и добавление гораздо большего количества топлива. Это приводит к тому, что событие сгорания происходит намного позже, поскольку двигатель вытесняет топливовоздушную смесь из цилиндра, ближе к турбине, заставляя ее раскручиваться либо на более ранних оборотах, чем обычно, либо создавать гораздо больший наддув на скорость запуска, чем была бы без использования этой функции.

Некоторое программное обеспечение также может задействовать этот метод предотвращения запаздывания «слива топлива и задержки зажигания» с помощью сцепления (используется при переключении передач на полном газу), эффективно заставляя его работать между сменами. Как и другие типы антизапаздывания, чрезмерное использование этого типа антизапаздывания может привести к повреждению турбинного колеса, коллектора и т. д. из-за сильного давления, создаваемого, когда воздушно-топливная смесь самопроизвольно сгорает от тепла корпуса турбины или воспламеняется при очень запоздалом воспламенении (происходит после начала такта выпуска) и потенциально может вызвать треск/возгорание.

Эта форма «анти-задержки», как правило, работает хорошо, потому что, когда она активна, дроссельная заслонка удерживается на 100%, позволяя большему количеству воздуха попадать в двигатель. Следовательно, этот тип защиты от запаздывания не будет работать (ну или вообще) при частичном/закрытом дросселе, если только он не объединен с системой вторичного воздуха/байпасом дроссельной заслонки, как описано выше.

Использование MGU-H (Мотор-генератор – Нагрев) для устранения турбо-лага.

Современные силовые агрегаты Формулы-1 представляют собой шестицилиндровые двигатели с турбонаддувом, расположенные в V-образной форме, с дополнительной гибридной системой. Гибридная система состоит из двух мотор-генераторов. Эти единицы называются; «Мотор-генераторная установка – Кинетическая» (МГУ-К) и «Мотор-генераторная установка – Тепловая» (МГУ-Н).

Чтобы почти полностью устранить турбо-лаг, электрическая энергия, хранящаяся в бортовом аккумуляторе автомобиля, передается (частично) на электродвигатель, который быстро раскручивает турбину компрессора. Это позволяет турбосистеме практически мгновенно создавать пиковое давление наддува, сводя на нет любую турбо-задержку.

В нормальных условиях гонки входная мощность электродвигателя постепенно снижается по мере увеличения оборотов в минуту и ​​выхлопных газов в состоянии поддерживать желаемое давление наддува.

Во время квалификационных кругов, а иногда и стратегически во время гонки, энергия может передаваться в MGU-H, даже когда двигатель работает на высоких оборотах. Это позволяет выхлопным газам обходить турбину через перепускную заслонку. Говорят, что это увеличивает мощность на 5-10%, хотя и за счет снижения уровня запасенной энергии.

MGU-H также можно использовать для выработки электроэнергии, позволяя электродвигателю, который обычно вращает турбину, вращаться самой турбосистемой. Этот сценарий существует, когда выхлопные газы проходят через турбонаддув и турбосистема работает обычным образом. Это известно как «сбор урожая». Хотя этот сценарий приводит к снижению общей мощности, он позволяет получить чистый выигрыш за счет сокращения общего времени прохождения круга. Это связано с тем, что сбор урожая осуществляется на участках трассы, которые не требуют пиковых уровней мощности, например: в конце прямых или на выходе из них, а также между некоторыми поворотами, где не требуется максимальный крутящий момент или расчеты показали, что потери крутящий момент на этих участках пути компенсируется на участках, где может быть использована генерируемая мощность.

Использование

В автомобилях чемпионата мира по ралли используются системы Anti-Lag, которые подают воздух непосредственно в выхлопную систему. Система работает путем перепускания наддувочного воздуха непосредственно в выпускной коллектор, который действует как камера сгорания, когда богатые топливом выхлопы двигателя встречаются со свежим воздухом из перепускного канала. Это обеспечит непрерывное сгорание, ограниченное выпускным коллектором, что значительно снижает тепловые и давления нагрузки на двигатель и турбокомпрессор. Благодаря новейшим системам предотвращения запаздывания перепускной клапан можно не только открывать или закрывать, но и очень точно контролировать поток воздуха в выпускной коллектор. Турбокомпрессор оснащен датчиком скорости турбонагнетателя, а система управления двигателем имеет карту, основанную на положении дроссельной заслонки и скорости автомобиля, которая используется для определения подходящей скорости турбокомпрессора и давления наддува для любых условий. Когда двигатель сам по себе не может обеспечить достаточную энергию выхлопных газов для достижения турбо-скорости/наддува, требуемых системой управления, перепускной клапан открывается и начинается сгорание в выпускном коллекторе. Это не только снижает турбонагрузку, но также позволяет производить наддув на очень низких оборотах двигателя, где наддув ранее ограничивался помпажем компрессора или энергией выхлопа. Благодаря относительно высокому наддуву на низких скоростях крутящий момент на низких оборотах превосходит даже большие безнаддувные двигатели. Система такого рода достигла такого совершенства, что ее можно использовать даже в дорожном автомобиле. Недавним примером является Прототип Prodrive P2 .

Источники

• «Бэнг-Бэнг, или Система Anti-Lag» . Ралликарс.com . Проверено 31 марта 2019 г.
• «Взгляд на системы антизапаздывания для автомобилей с турбонаддувом» . Заваренный автоспорт . Проверено 31 марта 2019 г.