Кіріспе
Турбосигналды азайту әдісі
Артқы турбосигналды азайту жүйесі (АЛС) – жарыс немесе жоғары өнімділік автомобильдерде турбосигналды азайту үшін турбокомпрессорлы қозғалтқыштарда қолданылатын тиімді қысымды арттыру әдісі. Ол тұтану уақытын кешіктіру және турбоның зарядтау жағындағы қысымды арттыру үшін жанар-жағар майды (кейде ауаны) қосымша беру арқылы жұмыс істейді. Бұл, жанар-жағар май мен ауа қоспасының артық мөлшері қайнап шығып, ыстық түтін коллекторында жану арқылы, турбокомпрессорды жылдамдатып, пайдалы қысымды арттыруға мүмкіндік береді.
Шолу
ALS алғаш рет 1980-ші жылдардың ортасы мен соңында Формула-1 жарысында турбокомпрессорлы автомобильдердің пайда болған кезінде қолданылды, бірақ отын шектеулері оны қолдануға қолайсыз етті. Кейіннен, сорғы коллекторының кіреберісіндегі міндетті саяздырғыштардан туындаған турбо-кешігудің артуына байланысты, ол раллилік автомобильдерде кең таралған мүмкіндікке айналды. Саяздырғыш арқылы қысымның төмендеуіне байланысты, берілген күш деңгейі үшін қысым арақатынасы айтарлықтай жоғары болады және турбокомпрессор қозғалтқыш шектеусіз жұмыс істеген кездегідей күшті алу үшін әлдеқайда жылдам айналуы керек. Бұл шектеусіз турбокомпрессорлармен салыстырғанда турбо-кешігуді едәуір арттырады. ALS-ке ауа айналым жолы қажет, және ол әдетте екі тәсілдің бірімен жасалады. Бірінші тәсіл – газ шығару құрылғысын айналып өту, бұл сыртқы айналым клапаны немесе газ шығару құрылғысын 12-20 градусқа ашатын электромагниттік клапан болуы мүмкін. Бұл ауаның жабық газ шығару құрылғысын айналып өтіп, қозғалтқышқа жетуіне мүмкіндік береді. Екінші тәсіл – зарядталған ауаны тікелей қанау коллекторына жіберу үшін айналым клапанын пайдалану.
Газолғауды айдау немесе газолғауды соғу
Газ педалінің айналма / газ педалінің соленоидты жүйесі тұтануды кешіктірумен және жанармайдың сәл байытылуымен (негізінен салқындату үшін) үйлесімді, әдетте тұтану 35–45° ATDC бұрышында жүзеге асырылады. Бұл кешіктірілген тұтану цилиндрдегі газдың өте аз кеңеюіне себеп болады; сондықтан, шығару клапаны ашылғанда қысым мен температура әлі де өте жоғары болады. Сонымен қатар, коленвалға берілетін айналу моменті өте аз болады (қозғалтқышты жұмыс істеу үшін ғана жеткілікті). Шығарудың жоғары қысымы мен температурасы, массалық ағынның артуы турбокомпрессорды жоғары жылдамдықпен айналуын қамтамасыз етеді, осылайша кешігуді азайтады. Газ педалі қайта ашылғанда, тұтану және жанармай шашырату қалыпты режимде жұмыс істей бастайды. Көптеген қозғалтқыш компоненттері АЛС (ALS) жұмыс істеу кезінде өте жоғары температураға және сонымен қатар жоғары қысым импульстарына ұшырайтындықтан, бұл жүйе қозғалтқышқа, турбокомпрессорға және шығару коллекторына үлкен жүктеме тудырады. Соңғысы үшін жоғары температура ғана емес, сонымен қатар турбокомпрессорды жылдам бүлдіретін бақыланбайтын турбо айналу жылдамдықтары да проблема болып табылады. Көптеген жағдайларда АЛС (ALS) салқындатқыш 110–115°C температураға жеткенде қызып кетуді болдырмау үшін автоматты түрде өшіріледі.
Екінші реттік ауа енгізу немесе ауаға кіруді айналып өту
Байпасс клапанымен жұмыс істейтін АЛС ауаны тікелей түтін коллекторына жібереді, онда ол қозғалтқыштың жартылай жанып қалған газдарымен араласып, оларды қайтадан тұтандырып, турбинаны айналдырады. Мұндай жүйені жоғарыда сипатталған жүйеден де жетілдіруге болады. Бұл типтегі алғашқы жүйелердің бірін Ferrari 1980 жылдары F1 жарысында қолданды. Бұл типтегі анти-лаг жүйесінің тағы бір белгілі қолданылуы 1995 жылғы Mitsubishi Lancer Evolution III және Toyota Celica GT Four (ST205) WRC нұсқаларында болды. Жануға қажетті ауаны қамтамасыз ету үшін мыс түтіктер турбокомпрессордың компрессорлық байпасс клапанынан (CBV) әрбір түтін коллекторына ауа жеткізеді. Жүйе екі қысым клапанымен басқарылады, олар ЭБУ (электрондық басқару блогы) арқылы жұмыс істейді. Жарыс нұсқасынан басқа, анти-лаг жүйесінің аппараттық құралдары 2500 "A тобының гомологациялық базасы, WRC әдісімен жасалған автомобиль" ресми тіркелген Celica GT Four көліктеріне де орнатылды. Бірақ, бұл көліктерде жүйе өшіріліп, істен шығарылған. Түтіктер мен клапандар тек гомологация талаптарын орындау үшін болды. Mitsubishi Evolution кейінгі серияларында (Evolution IV-IX, тек JDM модельдерінде) SAS (екінші ауа жүйесі) анти-лагты іске қосу үшін пайдаланылуы мүмкін.
Турбо және интеркулер айналмасы (D-valve)
Бір бағытты үлкен қайтару клапаны газ педалі корпусының алдына орнатылатын әдіс, газ педалі корпусының кіреберісінде вакуум пайда болған кезде ауаның турбокомпрессор, интеркулер және құбырларды аралауына мүмкіндік береді. Бұл турбокомпрессордың турбина бөлігін қозғалту үшін көбірек ауаның жануын қамтамасыз етеді. Интеркулер шланғысындағы қысым оң болған кезде клапан жабылады. Кейде бұл клапан Дан Калкин клапаны деп те аталады. Бұл нақты антилаг жүйесі емес, жылдам спин-ап (spool-up) жүйесі болып табылады. Бұл әдіс басқа ALS жүйелерімен де үйлесімді. MAF конфигурациясында D клапаны дұрыс А/F қатынасын сақтау үшін MAF сенсоры арқылы ауа тартуы керек. Жылдамдық тығыздығы конфигурациясында мұндай қажеттілік жоқ.
Жалынды кешіктіру және отынды шығару (WOT)
Көптеген бағдарламаланатын ЭБУ/ЭБУ бағдарламалық құралдары турбоны старт алғанда немесе ауысқанда айналдыруға арналған «қуысқа қарсы» (anti-lag) мүмкіндігін ұсынады. Нәтиже ұқсас, бірақ әрекет ету әдісі жоғарыда сипатталған түрлерден (ралли сияқты жоғары деңгейдегі кәсіби автоспортта жиі кездесетін) сәл өзгеше және көбінесе старт беру және дрэг-рейсингте қолданылады. Жоғарыдағы D клапаны сияқты, бұл нағыз қуысқа қарсы жүйеге қарағанда жылдам айналдыру жүйесіне жақын, бірақ ол нағыз ALS-қа жақынрақ. Бұл әдісті басқа әдістермен де біріктіруге болады. Автомобиль стартқа дайын тұрғанда, ЭБУ (тұтқа немесе қосымша газ педалі арқылы) старт айналымдарының шегінде тұтануды бірнеше градусқа кешіктіріп, отынды көп мөлшерде қосу үшін бағдарламаланады. Бұл жану оқиғасының кешігуіне әкеледі, себебі қозғалтқыш ауа-отын қоспасын цилиндрден шығарып, турбинаға жақындатады, осылайша турбинаны әдеттегіден ертерек айналдырады немесе старт айналымдарында одан да көп күш береді. Кейбір бағдарламалық құралдар «жанармай құю және тұтануды кешіктіру» қуысқа қарсы әдісін тұтқаны басу арқылы (толық газбен ауысқанда) іске қоса алады, бұл оны ауысқанда жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Басқа қуысқа қарсы түрлер сияқты, осы типті қуысқа қарсы шамадан тыс пайдалану турбина дөңгелегіне, коллекторға және басқа да бөліктерге зиян келтіруі мүмкін, себебі ауа-отын қоспасы турбина корпусының ыстығынан спонтанды түрде жануы немесе өте кешіккен тұтану оқиғасынан (эске шығу соққысы басталғаннан кейін) тұтанады, нәтижесінде жарылыс немесе жалын пайда болуы мүмкін. Бұл «қуысқа қарсы» түрі жақсы жұмыс істейді, себебі ол белсенді болғанда газ педалі 100% ұсталып тұрады, бұл қозғалтқышқа көбірек ауа кіруіне мүмкіндік береді. Сәйкесінше, бұл типтегі қуысқа қарсы жартылай немесе жабық газ педалімен (жақсы немесе мүлдем) жұмыс істемейді, егер жоғарыда сипатталғандай қосымша ауа жүйесімен/газды айналып өтумен біріктірілмесе.
Турбо-қашықтықты жою үшін MGU-H (мотор генератор бірлігі - жылу) пайдалану
Қазіргі Формула-1 қуат агрегаттары V форматындағы алты цилиндрлі, қосымша гибридтік жүйемен жабдықталған турбокомпрессорлы қозғалтқыштар болып табылады. Гибридтік жүйе екі мотор-генератор блогынан тұрады. Бұл блоктар «Мотор-генератор блогы – кинетикалық» (MGU-K) және «Мотор-генератор блогы – жылу» (MGU-H) деп аталады.
To almost entirely eliminate turbo lag, the electrical energy that is stored in the car's onboard battery is deployed (in part) to an electric motor that rapidly spins the compressor turbine. This allows the turbo system to create peak boost pressures almost immediately negating any turbo lag. During normal race conditions, the electric motor input power is gradually reduced, as the RPM increases and the exhaust gasses are able to sustain the desired boost pressures. During qualifying laps and sometimes used strategically through the race, energy can be deployed to the MGU H, even when the engine is running at high RPM. This allows for the exhaust gasses to bypass the turbo, via the wastegate/s. This is said to increase power 5 10%, although at a cost to stored energy levels. The MGU H can also be used to generate electrical energy by allowing the electric motor that usually spins the turbine to be spun by the turbo system itself. This scenario exists when exhaust gasses are being routed through the turbo and the turbo system is operating in a conventional manner. This is known as "harvesting". Although this scenario comes at a cost to overall power, it allows for a net gain for reduction in overall lap times. This is because harvesting is done in sections of the track that do not require peak power levels, for example: at the end of straights or at the exit of, and between some corners where peak torque is not required or calculations have ascertained that the loss in torque in those sections of the track is made up for in sections where the generated power can be deployed.
Турбо-кешігуді жою үшін, автомобильдің бортындағы аккумуляторында сақталған электр энергиясы (ішінара) компрессор турбинасын жылдам айналдыратын электрмоторға жіберіледі. Бұл турбо жүйеге турбо-кешігуді бірден жоятын максималды қысымды жасауға мүмкіндік береді. Қалыпты жарыс жағдайында электрмотордың кіріс қуаты біртіндеп төмендейді, өйткені айналымдар саны артады және эгзостық газдар қажетті қысымды ұстай алады. Біліктілік кезеңінде және кейде жарыс барысында стратегиялық түрде пайдаланылатын энергия MGU-H-қа тіпті қозғалтқыш жоғары айналымдарда жұмыс істегенде де жіберіледі. Бұл эгзостық газдардың турбоны айналып өтуіне мүмкіндік береді, арнайы қақпақтар (wastegate) арқылы. Бұл қуатты 5-10%-ға арттырады, бірақ сақталған энергия деңгейіне әсер етеді. MGU-H электр энергиясын өндіру үшін де қолданылуы мүмкін, турбинаны айналдыратын электрмоторды турбо жүйе өзі айналдырады. Бұл сценарий эгзостық газдар турбо арқылы бағытталғанда және турбо жүйе әдеттегідей жұмыс істегенде пайда болады. Бұл процеске «жинақтау» (harvesting) деп аталады. Бұл сценарий жалпы қуатты азайтуға болса да, жалпы шеңбер уақытын қысқартуға мүмкіндік береді. Себебі жинақтау жолдың максималды қуатты қажет етпейтін бөліктерінде жүзеге асырылады, мысалы: тік жолдардың соңында немесе кейбір бұрыштардың кіреберісінде және арасында, онда максималды айналым күші қажет емес немесе есептеулер жолдың осы бөліктеріндегі айналым күшінің жоғалуын өндірілген қуатты пайдаланатын бөліктерде толықтыратынын көрсетеді.
To almost entirely eliminate turbo lag, the electrical energy that is stored in the car's onboard battery is deployed (in part) to an electric motor that rapidly spins the compressor turbine. This allows the turbo system to create peak boost pressures almost immediately negating any turbo lag. During normal race conditions, the electric motor input power is gradually reduced, as the RPM increases and the exhaust gasses are able to sustain the desired boost pressures. During qualifying laps and sometimes used strategically through the race, energy can be deployed to the MGU H, even when the engine is running at high RPM. This allows for the exhaust gasses to bypass the turbo, via the wastegate/s. This is said to increase power 5 10%, although at a cost to stored energy levels. The MGU H can also be used to generate electrical energy by allowing the electric motor that usually spins the turbine to be spun by the turbo system itself. This scenario exists when exhaust gasses are being routed through the turbo and the turbo system is operating in a conventional manner. This is known as "harvesting". Although this scenario comes at a cost to overall power, it allows for a net gain for reduction in overall lap times. This is because harvesting is done in sections of the track that do not require peak power levels, for example: at the end of straights or at the exit of, and between some corners where peak torque is not required or calculations have ascertained that the loss in torque in those sections of the track is made up for in sections where the generated power can be deployed.
Қолданылуы
Әлемдік ралли чемпионатының көліктері ауаны тікелей түтін жүйесіне жіберілген анти-лаг жүйелерін пайдаланады. Жүйе зарядталған ауаны тікелей түтін коллекторына бағыттап жұмыс істейді, онда қозғалтқыштан шыққан жанар майға толы түтін, айналма жолдан келген таза ауамен араласып, жану камерасының қызметін атқарады. Бұл түтін коллекторындағы жану процесін үздіксіз жалғастырып, қозғалтқыш пен турбокомпрессорға түсетін жылу және қысым жүктемесін айтарлықтай азайтады. Жаңа анти-лаг жүйелерінде айналма клапанды ашу немесе жабу ғана емес, сонымен қатар ауа ағынын түтін коллекторына өте дәл басқару мүмкіндігі бар. Турбокомпрессор турбинаның айналу жылдамдығын өлшейтін сенсормен жабдықталған, ал қозғалтқышты басқару жүйесі газ педалінің күйі мен көліктің жылдамдығына сүйене отырып, турбокомпрессордың оптималды айналу жылдамдығы мен күшейткіш қысымын анықтайтын картаны пайдаланады. Егер қозғалтқыш өзіндік түрде турбинаны қажетті жылдамдыққа жеткізуге жеткілікті энергия бере алмаса, айналма клапан ашылып, түтін коллекторында жану процесі басталады. Бұл турбокомпрессорға түсетін жүктемені азайтумен қатар, бұрын компрессордың секіруі немесе түтін энергиясының жетіспеуімен шектелген төмен айналымдарда күшейткіш қысымды жасауға мүмкіндік береді. Төмен айналымдарда салыстырмалы түрде жоғары күшейткіш қысымның болуы, төменгі диапазондағы айналым моментін тіпті үлкен, табиғи түрде жұмыс істейтін қозғалтқыштардан да артық етеді. Бұл жүйе осыншалық деңгейде жетілдірілгендіктен, оны жол көлігінде де қолдануға болады. Мысалы, Prodrive P2 прототипі.