Система антизадержки ( ALS ) — это метод снижения турбозадержки или эффективного сжатия, используемый в двигателях с турбонаддувом для минимизации турбозадержки на гоночных или высокопроизводительных автомобилях. Она работает путем замедления момента зажигания и добавления дополнительного топлива (а иногда и воздуха) для балансировки неотъемлемой потери эффективности сгорания с повышенным давлением на стороне наддува турбокомпрессора. Это достигается за счет того, что избыточное количество топливно-воздушной смеси выходит через выпускные клапаны и сгорает в горячем выпускном коллекторе, раскручивая турбокомпрессор, создавая более высокое полезное давление.
ALS впервые был использован в ранние дни автомобилей с турбонаддувом в гонках Формулы-1 примерно в середине-конце 1980-х годов, пока ограничения по топливу не сделали его использование непригодным. Позже он стал обычной чертой в раллийных автомобилях из-за увеличенной турболаги из-за обязательных ограничителей на входе впускного коллектора. Из-за падения давления на ограничении степень давления для заданного уровня наддува намного выше, и турбонагнетатель должен вращаться намного быстрее, чтобы создать тот же наддув, что и при работе двигателя без ограничения. Это значительно увеличивает турболаг по сравнению с неограниченными турбонагнетателями.
ALS требует перепуск воздуха, обычно выполняемый одним из двух способов. Первый способ заключается в использовании перепускного воздушного клапана дроссельной заслонки ; это может быть внешний перепускной клапан или электромагнитный клапан, который открывает дроссельную заслонку на 12-20 градусов . Это позволяет воздуху обходить закрытую дроссельную заслонку и попадать в двигатель. Второй способ заключается в использовании перепускного клапана, который подает наддувочный воздух непосредственно в выпускной коллектор .
Система обхода дроссельной заслонки/дроссельной соленоидной системы сочетается с задержкой зажигания и небольшим обогащением топлива (в основном для обеспечения охлаждения), обычно зажигание происходит при 35-45° после ВМТ. Это позднее зажигание вызывает очень небольшое расширение газа в цилиндре; следовательно, давление и температура будут по-прежнему очень высокими, когда откроется выпускной клапан. В то же время величина крутящего момента, подаваемого на коленчатый вал, будет очень небольшой (достаточной для поддержания работы двигателя). Более высокое давление и температура выхлопных газов в сочетании с увеличенным массовым расходом достаточны для поддержания вращения турбокомпрессора на высокой скорости, тем самым уменьшая задержку. Когда дроссельная заслонка снова открывается, зажигание и впрыск топлива возвращаются к нормальной работе. Поскольку многие компоненты двигателя подвергаются воздействию очень высоких температур во время работы ALS, а также импульсов высокого давления, этот тип системы очень тяжел для двигателя, турбокомпрессора и выпускного коллектора. Для последнего не только высокие температуры являются проблемой, но и неконтролируемые скорости турбонагнетателя, которые могут быстро разрушить турбокомпрессор. В большинстве случаев система ALS автоматически отключается, когда температура охлаждающей жидкости достигает 110–115 °C, чтобы предотвратить перегрев.
ALS, работающая с перепускным клапаном, подает воздух непосредственно в выпускной коллектор, где он смешивается с частично сгоревшими газами из двигателя, тем самым воспламеняя их снова и раскручивая турбонаддув. Такая система может быть сделана более совершенной, чем описанная выше. Некоторые из самых ранних систем этого типа использовались Ferrari в Формуле-1 в 1980-х годах. [1] Другое известное применение этого типа системы антизадержки было в версии WRC 1995 года Mitsubishi Lancer Evolution III и Toyota Celica GT-Four (ST205). Латунные трубки подавали воздух от перепускного клапана компрессора турбокомпрессора (CBV) к каждому из выпускных коллекторов, чтобы обеспечить необходимый воздух для сгорания топлива. Система управлялась двумя клапанами давления, управляемыми ЭБУ. Помимо гоночной версии, оборудование системы антизадержки было также установлено в 2500 "Group A homologation base WRC method car" Celica GT-Fours, разрешенных к использованию на дорогах общего пользования. Однако в этих автомобилях система была отключена и неактивна. Трубки и клапаны присутствовали только по причинам омологации . На более поздних сериях Mitsubishi Evolution (Evolution IV-IX, только модели JDM) SAS (Secondary Air System) может быть активирована для обеспечения антизадержки.
Метод, при котором большой односторонний обратный клапан вставляется непосредственно перед корпусом дроссельной заслонки, позволяя воздуху обходить турбонаддув, промежуточный охладитель и трубопровод в периоды, когда на входе в корпус дроссельной заслонки имеется отрицательное давление воздуха. Это приводит к большему сгоранию воздуха, что означает больше воздуха, приводящего в движение турбинную сторону турбонаддува. Как только в шланге промежуточного охладителя достигается положительное давление, клапан закрывается.
Иногда его называют клапаном Дэна Калкина. Это скорее не настоящая система антизадержки, а скорее система быстрого золотника. Этот метод можно комбинировать с другими методами ALS.
При использовании в конфигурации MAF D-клапан должен пропускать воздух через MAF для поддержания надлежащего соотношения A/F. Это не обязательно в конфигурации «скорость-плотность».
Многие программируемые ЭБУ/ПО ЭБУ также предлагают функцию «анти-лаг», предназначенную для отключения турбин от линии или между переключениями. Конечный результат похож, но метод действия немного отличается от версий, описанных выше (которые гораздо более распространены в профессиональном автоспорте высокого уровня, таком как ралли) и чаще используется для запуска и дрэг-рейсинга. Как и в случае с вышеупомянутым клапаном D, это не столько настоящая система анти-лаг, сколько система быстрого спула — хотя это больше приближается к настоящему ALS. Этот метод также можно комбинировать с любыми другими методами.
Когда автомобиль готов к запуску и находится на своих стартовых оборотах, некоторые ЭБУ (будь то переключатель или дополнительная дроссельная заслонка) 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 выталкивает воздушно-топливную смесь из цилиндра ближе к турбине, заставляя ее раскручиваться либо на более ранних оборотах, чем обычно, либо создавать гораздо большее ускорение на стартовых оборотах, чем без включения этой функции.
Некоторое программное обеспечение также может задействовать этот метод анти-задержки "fuel dump and ignition retard" путем нажатия на сцепление (используется при переключении на полном газу), эффективно заставляя его работать между переключениями. Как и другие типы анти-задержки, чрезмерное использование этого типа анти-задержки может привести к повреждению колеса турбины, коллектора и многого другого из-за сильного давления, создаваемого, когда воздушно-топливная смесь самопроизвольно воспламеняется от тепла корпуса турбины или воспламеняется очень поздним событием зажигания (происходящим после начала такта выпуска) и может потенциально вызвать хлопки/пламя.
Эта форма "анти-лаг" обычно работает хорошо, потому что когда она активна, дроссель удерживается на 100%, пропуская больше воздуха в двигатель. Следовательно, этот тип анти-лаг не будет работать (хорошо или вообще не будет работать) при частично/закрытом дросселе, если только не будет сочетаться с системой вторичного воздуха/обходом дросселя, как описано выше.
Современные силовые установки Формулы-1 — это турбированные, шестицилиндровые двигатели в V-образной форме с дополнительной гибридной системой. Гибридная система состоит из двух блоков мотор-генераторов. Эти блоки называются: «Мотор-генераторный блок — кинетический» (MGU-K) и «Мотор-генераторный блок — тепловой» (MGU-H).
Чтобы почти полностью устранить турболаг, электрическая энергия, которая хранится в бортовой батарее автомобиля, (частично) направляется в электродвигатель, который быстро вращает турбину компрессора. Это позволяет турбосистеме создавать пиковые давления наддува практически мгновенно, сводя на нет любую турболагу.
В обычных условиях гонки входная мощность электродвигателя постепенно снижается по мере увеличения оборотов двигателя и обеспечения выхлопными газами необходимого давления наддува.
Во время квалификационных кругов, а иногда и стратегически в гонке, энергия может быть направлена в MGU-H, даже когда двигатель работает на высоких оборотах. Это позволяет выхлопным газам обходить турбонаддув через перепускной клапан/ы. Говорят, что это увеличивает мощность на 5-10%, хотя и за счет уровней запасенной энергии.
MGU-H также может использоваться для выработки электроэнергии, позволяя электродвигателю, который обычно вращает турбину, вращаться самой турбосистемой. Этот сценарий существует, когда выхлопные газы направляются через турбо, а турбосистема работает обычным образом. Это известно как «сбор урожая». Хотя этот сценарий обходится дорого для общей мощности, он позволяет получить чистый выигрыш для сокращения общего времени 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, а также между некоторыми поворотами, где пиковый крутящий момент не требуется, или расчеты установили, что потеря крутящего момента на этих участках трассы компенсируется на участках, где может быть развернута вырабатываемая мощность.
Автомобили чемпионата мира по ралли используют системы антизадержки, которые подают воздух непосредственно в выхлопную систему. Система работает, пропуская наддувочный воздух непосредственно в выпускной коллектор, который действует как камера сгорания, когда богатые топливом выхлопные газы из двигателя встречаются со свежим воздухом из байпаса. Это обеспечивает непрерывное сгорание, ограниченное выпускным коллектором, что значительно снижает тепловые и давящие нагрузки на двигатель и турбокомпрессор. С новейшими системами антизадержки перепускной клапан может не только открываться или закрываться, но и фактически может очень точно контролировать поток воздуха в выпускной коллектор. Турбокомпрессор оснащен датчиком скорости турбонаддува, а система управления двигателем имеет карту, основанную на положении дроссельной заслонки и скорости автомобиля, которая используется для поиска подходящей скорости турбонагнетателя и давления наддува для каждого состояния. Когда двигатель сам по себе не может обеспечить достаточно энергии выхлопных газов для достижения скорости/наддува турбонаддува, требуемых системой управления, открывается перепускной клапан и начинается сгорание в выпускном коллекторе. Это не только снижает нагрузку на турбонаддув, но и позволяет производить наддув на очень низких оборотах двигателя, где наддув ранее ограничивался скачком компрессора или энергией выхлопных газов. При относительно высоком наддуве на низких оборотах это делает крутящий момент на низких оборотах превосходящим даже большие атмосферные двигатели. Этот тип системы достиг такой степени совершенства, что его можно использовать даже в дорожном автомобиле. Недавним примером является прототип Prodrive P2 .
Задержка и крутящий момент на низких оборотах были значительно улучшены (отчасти благодаря внедрению шарикоподшипниковых керамических турбокомпрессоров), и Ferrari, хотя и ненадолго, также разработала то, что мы теперь называем системой антизадержки, посредством которой топливно-воздушная смесь воспламенялась в выпускных коллекторах.