Sistema antilag

El sistema anti-lag (ALS) es un método para reducir el retraso del turbo o la compresión efectiva que se utiliza en motores turboalimentados para minimizar el retraso del turbo en autos de carreras o de alto rendimiento. Funciona retrasando el tiempo de encendido y agregando combustible adicional (y a veces aire) para equilibrar una pérdida inherente en la eficiencia de la combustión con una mayor presión en el lado de carga del turbo. Esto se logra cuando una cantidad excesiva de mezcla de combustible y aire se escapa a través de las válvulas de escape y se quema en el colector de escape caliente que hace girar el turbocompresor, creando una presión utilizable más alta.

Descripción general

El ALS se utilizó por primera vez en los primeros días de los coches turboalimentados en las carreras de Fórmula Uno, entre mediados y finales de la década de 1980, hasta que las restricciones de combustible hicieron que su uso fuera inadecuado. Más tarde se convirtió en una característica común en los autos de rally debido al mayor retardo del turbo debido a los restrictores obligatorios en la entrada del colector de admisión. Debido a la caída de presión a través de la restricción, la relación de presión para un nivel de impulso determinado es mucho mayor y el turbocompresor debe girar mucho más rápido para producir el mismo impulso que cuando el motor funciona sin restricción. Esto aumenta significativamente el retraso del turbo en comparación con los turbocompresores sin restricciones.

Un ALS requiere una derivación de aire, que generalmente se realiza de dos maneras. El primer método consiste en utilizar un bypass de aire del acelerador; Puede ser una válvula de derivación externa o una válvula solenoide que abre el acelerador entre 12 y 20 grados. Esto permite que el aire pase por alto el acelerador cerrado y llegue al motor. El segundo método consiste en utilizar una válvula de derivación que alimenta aire de carga directamente al colector de escape.

Métodos

Bypass del acelerador o ALS de aceleración

El sistema de derivación del acelerador/solenoide del acelerador se combina con retardo de encendido y ligero enriquecimiento de combustible (principalmente para proporcionar enfriamiento); normalmente el encendido ocurre a 35-45° ATDC. Este encendido tardío provoca muy poca expansión del gas en el cilindro; por lo tanto, la presión y la temperatura seguirán siendo muy altas cuando se abra la válvula de escape. Al mismo tiempo, la cantidad de par entregado al cigüeñal será muy pequeña (lo suficiente para mantener el motor en marcha). La mayor presión y temperatura de escape combinadas con el aumento del flujo másico es suficiente para mantener el turbocompresor girando a alta velocidad, reduciendo así el retraso. Cuando se abre nuevamente el acelerador, el encendido y la inyección de combustible vuelven al funcionamiento normal. Dado que muchos componentes del motor están expuestos a temperaturas muy altas durante el funcionamiento del ALS y también a pulsos de alta presión, este tipo de sistema es muy duro para el motor, el turbocompresor y el colector de escape. Para estos últimos, no sólo las altas temperaturas son un problema, sino también las velocidades incontroladas del turbo, que pueden destruir rápidamente el turbocompresor. En la mayoría de las aplicaciones, el ALS se apaga automáticamente cuando el refrigerante alcanza una temperatura de 110 a 115 °C para evitar el sobrecalentamiento.

Inyección de aire secundario o bypass de entrada

Un ALS que funciona con una válvula de derivación que alimenta aire directamente al colector de escape puede ser más refinado que el sistema descrito anteriormente. Algunos de los primeros sistemas de este tipo fueron utilizados por Ferrari en la F1 en los años 1980. Otra aplicación muy conocida de este tipo de sistema anti-lag fue en la versión WRC del Mitsubishi Lancer Evolution III de 1995 y del Toyota Celica GT-Four (ST205). Tubos de latón alimentaban aire desde la válvula de derivación del compresor (CBV) del turbocompresor a cada uno de los tramos del colector de escape, con el fin de proporcionar el aire necesario para la combustión del combustible. El sistema estaba controlado por dos válvulas de presión, operadas por la ECU. Además de la versión de carreras, el hardware del sistema anti-lag también se instaló en el 2500 "coche con método WRC base de homologación del Grupo A" Celica GT-Fours legal en la calle. Sin embargo, en estos coches el sistema estaba desactivado e inactivo. Las cámaras y válvulas sólo estaban presentes por motivos de homologación. En la serie posterior de Mitsubishi Evolution (solo modelos Evolution IV-IX, JDM), el SAS (Sistema de aire secundario) se puede activar para proporcionar anti-retraso.

Bypass turbo e intercooler (válvula D)

Un método mediante el cual se inserta una válvula de retención unidireccional grande justo antes del cuerpo del acelerador, lo que permite que el aire pase por alto el turbo, el intercooler y las tuberías durante los períodos en los que hay presión de aire negativa en la entrada del cuerpo del acelerador. Esto da como resultado una mayor combustión de aire, lo que significa que hay más aire impulsando el lado de la turbina del turbo. Tan pronto como se alcanza una presión positiva en la manguera del intercooler, la válvula se cierra.

A veces denominada válvula Dan Culkin. Este es menos un verdadero sistema anti-retraso que un sistema de carrete rápido. Este método podría combinarse con otros métodos de ALS.

Cuando se usa en una configuración MAF, la válvula D debe aspirar aire a través del MAF para mantener relaciones A/F adecuadas. Esto no es necesario en una configuración de densidad de velocidad.

Retardo de encendido y encendido Descarga de combustible (WOT)

Muchas ECU/software de ECU programables también ofrecen una función "anti-lag" Característica diseñada para sacar turbos de la línea o entre turnos. El resultado final es similar, pero el método de acción es un poco diferente de las versiones descritas anteriormente (que son mucho más comunes en deportes de motor profesionales de alto nivel como el rally) y se usa más comúnmente para lanzar y lanzar. carreras de resistencia. Al igual que con la válvula D anterior, este es menos un verdadero sistema anti-retraso que un sistema de carrete rápido, aunque se aproxima más a un verdadero ALS. Este método también se puede combinar con cualquier otro método.

Cuando un automóvil, listo para el lanzamiento, se mantiene en su límite de RPM de lanzamiento, algunas ECU (ya sea mediante interruptor o acelerador adicional) se pueden programar para retrasar el encendido unos cuantos grados y agregar mucho más combustible. Esto hace que el evento de combustión ocurra mucho más tarde, ya que el motor está expulsando la mezcla de aire y combustible del cilindro, más cerca de la turbina, lo que hace que se acelere a unas RPM más tempranas de lo normal o que genere mucho más impulso a las RPM de lanzamiento que las que tendría sin activar esta función.

Algunos programas también pueden activar esta función de "descarga de combustible y retardo de encendido" Método anti-retraso mediante la entrada del embrague (usado con cambios de aceleración máxima), lo que lo hace funcionar de manera efectiva entre turnos. Al igual que otros tipos de anti-retraso, el uso excesivo de este tipo de anti-retraso puede causar daños a la rueda de la turbina, al colector y más debido a las presiones violentas creadas cuando la mezcla de aire/combustible se quema espontáneamente debido al calor de la carcasa de la turbina o se quema espontáneamente. se enciende por un evento de ignición muy retardado (que ocurre después de que comienza la carrera de escape) y puede causar potencialmente estallidos/llamas.

Esta forma de "anti-lag" Suele funcionar bien porque las veces que está activo, el acelerador se mantiene al 100% permitiendo que entre más aire al motor. En consecuencia, este tipo de sistema anti-retraso no funcionará (bueno o no funcionará en absoluto) con el acelerador cerrado o parcial, a menos que se combine con un sistema de aire secundario/bypass del acelerador como se describió anteriormente.

Uso de una MGU-H (Unidad generadora de motor - Calor) para eliminar el retraso del turbo

Las unidades de potencia modernas de Fórmula Uno son motores turboalimentados de seis cilindros en formación de V, con un sistema híbrido adicional. El sistema híbrido consta de dos unidades de motorgenerador. Estas unidades se conocen como; La "Unidad Motor Generador - Cinética" (MGU-K) y la "Unidad motogeneradora - Calor" (MGU-H).

Para eliminar casi por completo el retraso del turbo, la energía eléctrica que se almacena en la batería a bordo del automóvil se despliega (en parte) a un motor eléctrico que hace girar rápidamente la turbina del compresor. Esto permite que el sistema turbo cree presiones de sobrealimentación máximas casi de inmediato, anulando cualquier retraso del turbo.

Durante las condiciones normales de la carrera, la potencia eléctrica de entrada se reduce gradualmente, ya que el RPM aumenta y los gases de escape son capaces de soportar las presiones de impulso deseadas.

Durante las vueltas de clasificación y, a veces, se utiliza estratégicamente durante la carrera, la energía se puede distribuir al MGU-H, incluso cuando el motor está funcionando a altas RPM. Esto permite que los gases de escape pasen por alto el turbo a través de las válvulas de descarga. Se dice que esto aumenta la energía entre un 5% y un 10%, aunque a costa de los niveles de energía almacenados.

El MGU-H también se puede utilizar para generar energía eléctrica permitiendo que el motor eléctrico que normalmente hace girar la turbina sea hecho girar por el propio sistema turbo. Este escenario existe cuando los gases de escape pasan a través del turbo y el sistema turbo funciona de manera convencional. Esto se conoce como "cosecha". Aunque este escenario tiene un costo para la potencia general, permite una ganancia neta por la reducción de los tiempos de vuelta generales. Esto se debe a que la recolección se realiza en tramos de la pista que no requieren niveles máximos de potencia, por ejemplo: al final de las rectas o a la salida de, y entre algunas curvas donde no se requiere el par máximo o los cálculos han determinado que la pérdida El par en esos tramos de la vía se compensa en los tramos donde se puede desplegar la potencia generada.

Uso

Los coches del Campeonato Mundial de Rally utilizan sistemas anti-lag que alimentan aire directamente al sistema de escape. El sistema funciona derivando el aire de carga directamente al colector de escape, que actúa como cámara de combustión cuando el escape rico en combustible del motor se encuentra con el aire fresco del bypass. Esto proporcionará una combustión continua limitada al colector de escape, lo que reduce significativamente las cargas de calor y presión en el motor y el turbocompresor. Con los últimos sistemas anti-retraso, la válvula de derivación no sólo se puede abrir o cerrar, sino que también puede controlar el flujo de aire hacia el colector de escape con mucha precisión. El turbocompresor está equipado con un sensor de velocidad del turbo y el sistema de gestión del motor tiene un mapa basado en la posición del acelerador y la velocidad del vehículo que se utiliza para encontrar la velocidad del turbocompresor y la presión de sobrealimentación adecuadas para cada condición. Cuando el motor por sí solo no puede proporcionar suficiente energía de escape para alcanzar la velocidad/impulso turbo exigida por el sistema de gestión, la válvula de derivación se abre y comienza la combustión del colector de escape. Esto no sólo reduce la carga del turbo, sino que también permite que se produzca impulso a velocidades muy bajas del motor, donde antes el impulso estaba limitado por el aumento del compresor o la energía del escape. Con un impulso relativamente alto a bajas velocidades, esto hace que el par a bajas revoluciones sea superior incluso al de los grandes motores de aspiración natural. Este tipo de sistema ha alcanzado tal refinamiento que incluso es posible utilizarlo en un vehículo de carretera. Un ejemplo reciente es el prototipo Prodrive P2.