El sistema anti-lag ( ALS ) es un método para reducir el retraso del turbo o la compresión efectiva que se utiliza en los motores turboalimentados para minimizar el retraso del turbo en los autos de carreras o de alto rendimiento. Funciona retardando 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 escapa a través de las válvulas de escape y se quema en el colector de escape caliente, lo que hace girar el turbocompresor y crea una mayor presión utilizable.
El ALS se utilizó por primera vez en los primeros días de los coches turboalimentados en las carreras de Fórmula 1, alrededor de mediados y finales de la década de 1980, hasta que las restricciones de combustible hicieron que su uso no fuera adecuado. Más tarde se convirtió en una característica común en los coches de rally debido al mayor retraso 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 dado 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 el retraso del turbo significativamente en comparación con los turbocompresores sin restricción.
Un ALS requiere una derivación de aire, que generalmente se realiza de una de dos maneras. El primer método es utilizar una derivación 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 evite el acelerador cerrado y llegue al motor. El segundo método es utilizar una válvula de derivación que alimenta el aire de carga directamente al colector de escape .
El sistema de derivación del acelerador/solenoide del acelerador se combina con un retardo de encendido y un ligero enriquecimiento de combustible (principalmente para proporcionar refrigeración); normalmente, el encendido se produce a 35-45° ATDC. Este encendido tardío provoca una expansión muy pequeña 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 entregada al cigüeñal será muy pequeña (solo lo suficiente para mantener el motor en funcionamiento). La mayor presión y temperatura de escape combinadas con el mayor flujo de masa son suficientes para mantener el turbocompresor girando a alta velocidad, lo que reduce el retraso. Cuando se abre el acelerador nuevamente, el encendido y la inyección de combustible vuelven a funcionar normalmente. 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 este último, no solo las altas temperaturas son un problema, sino también las velocidades del turbo descontroladas 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.
Un ALS que funciona con una válvula de derivación alimenta el aire directamente al colector de escape, donde se mezcla con los gases parcialmente quemados del motor, encendiéndolos nuevamente y haciendo girar el turbo. Este sistema 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 la década de 1980. [1] Otra aplicación bien conocida de este tipo de sistema anti-lag fue en la versión WRC del Mitsubishi Lancer Evolution III y el Toyota Celica GT-Four (ST205) de 1995. Los tubos de latón alimentaban el aire desde la válvula de derivación del compresor (CBV) del turbocompresor a cada uno de los conductos 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 los Celica GT-Fours 2500 "coche de método WRC de base de homologación del grupo A" legales para la calle. Sin embargo, en estos coches el sistema estaba desactivado y no estaba activo. Los tubos y las válvulas solo estaban presentes por razones de homologación . En las series posteriores de Mitsubishi Evolution (Evolution IV-IX, solo modelos JDM) el SAS (sistema de aire secundario) se puede activar para proporcionar anti-lag.
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 más aire impulsa el lado de la turbina del turbo. Tan pronto como se alcanza la presión positiva en la manguera del intercooler, la válvula se cierra.
A veces se la denomina válvula Dan Culkin. Este sistema antirretraso es más un sistema de carrete rápido que un verdadero sistema antirretraso. Este método se puede combinar con otros métodos ALS.
Cuando se utiliza en una configuración MAF, la válvula D debe aspirar aire a través del MAF para mantener las relaciones aire/combustible adecuadas. Esto no es necesario en una configuración de densidad de velocidad.
Muchas ECU programables y su software también ofrecen una función "anti-lag" diseñada para poner en marcha los turbos al arrancar o entre cambios. 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 los deportes de motor profesionales de alto nivel, como los rallyes) y se utiliza más comúnmente para carreras de arranque y de aceleración. Al igual que con la válvula D anterior, este es menos un verdadero sistema anti-lag que un sistema de puesta en marcha rápida, aunque se aproxima más a un verdadero ALS. Este método también se puede combinar con cualquier otro método.
Cuando un automóvil está listo para el lanzamiento y alcanza las RPM de lanzamiento, algunas ECU (ya sea mediante un interruptor o un acelerador adicional) se pueden programar para retardar 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 impulsando la mezcla de aire y combustible fuera del cilindro, más cerca de la turbina, lo que hace que se ponga en marcha a unas RPM más tempranas de lo que lo haría normalmente o genere mucho más impulso en las RPM de lanzamiento de lo que habría hecho sin activar esta función.
Algunos programas también pueden activar este método anti-lag de "descarga de combustible y retardo de encendido" mediante la entrada del embrague (usado con cambios a máxima aceleración), lo que hace que funcione de manera efectiva entre cambios. Al igual que otros tipos de anti-lag, el uso excesivo de este tipo de anti-lag puede causar daños en la rueda de la turbina, el colector y más debido a las violentas presiones creadas cuando la mezcla de aire y combustible se quema espontáneamente a partir del calor de la carcasa de la turbina o se enciende por un evento de encendido muy retardado (que ocurre después de que comienza la carrera de escape) y puede potencialmente causar estallidos/llamas.
Esta forma de "anti-lag" suele funcionar bien porque, cuando está activa, el acelerador se mantiene al 100 %, lo que permite que entre más aire al motor. En consecuencia, este tipo de anti-lag no funcionará (bien o en absoluto) con el acelerador parcialmente abierto o cerrado, a menos que se combine con un sistema de aire secundario o una derivación del acelerador, como se describió anteriormente.
Los motores de Fórmula 1 modernos son motores turboalimentados de seis cilindros en V, con un sistema híbrido adicional. El sistema híbrido consta de dos unidades de generador de motor. Estas unidades se denominan "Unidad de generador de motor - Cinética" (MGU-K) y "Unidad de generador de motor - Térmica" (MGU-H).
Para eliminar casi por completo el retraso del turbo, la energía eléctrica almacenada en la batería del vehículo se utiliza (en parte) en un motor eléctrico que hace girar rápidamente la turbina del compresor. Esto permite que el sistema del turbo genere presiones de sobrealimentación máximas casi de inmediato, anulando cualquier retraso del turbo.
Durante las condiciones normales de carrera, la potencia de entrada del motor eléctrico se reduce gradualmente a medida que aumentan las RPM y los gases de escape pueden mantener las presiones de refuerzo deseadas.
Durante las vueltas de clasificación y, en ocasiones, durante la carrera, se puede enviar energía al MGU-H incluso cuando el motor funciona a altas revoluciones. 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 potencia entre un 5 y un 10 %, aunque a costa de los niveles de energía almacenada.
El MGU-H también se puede utilizar para generar energía eléctrica al permitir que el motor eléctrico que normalmente hace girar la turbina sea hecho girar por el propio sistema turbo. Esta situación se da cuando los gases de escape pasan por el turbo y el sistema turbo funciona de forma convencional. Esto se conoce como "recolección". Aunque esta situación tiene un coste en la potencia total, permite una ganancia neta en la reducción de los tiempos de vuelta totales. Esto se debe a que la recolección se realiza en secciones de la pista que no requieren niveles de potencia pico, por ejemplo: al final de las rectas o en la salida de algunas curvas, y entre algunas curvas donde no se requiere par máximo o los cálculos han determinado que la pérdida de par en esas secciones de la pista se compensa en secciones donde se puede utilizar la potencia generada.
Los coches del Campeonato Mundial de Rally utilizan sistemas anti-lag que alimentan el aire directamente al sistema de escape. El sistema funciona desviando el aire de carga directamente al colector de escape, que actúa como una 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-lag, la válvula de bypass no solo se puede abrir o cerrar, sino que también puede controlar el flujo de aire al 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 coche que se utiliza para encontrar una velocidad del turbocompresor adecuada y una presión de sobrealimentación para cada condición. Cuando el motor por sí solo no puede proporcionar suficiente energía de escape para alcanzar la velocidad/sobrealimentación del turbo demandada por el sistema de gestión, la válvula de bypass se abre y comienza la combustión en el colector de escape. Esto no solo reduce la carga del turbo, sino que también permite que se produzca sobrealimentación a velocidades de motor muy bajas, donde la sobrealimentación estaba limitada anteriormente por el aumento del compresor o la energía de escape. Con una sobrealimentación relativamente alta a bajas velocidades, esto hace que el par motor a bajas revoluciones sea superior incluso al de los grandes motores atmosféricos. Este tipo de sistema ha alcanzado tal nivel de refinamiento que incluso es posible utilizarlo en un coche de carretera. Un ejemplo reciente es el prototipo Prodrive P2 .
El retraso y el par motor a bajas revoluciones se habían mejorado enormemente (en parte gracias a la introducción de turbocompresores cerámicos con cojinetes de bolas) y Ferrari, aunque brevemente, también había desarrollado lo que ahora llamamos un sistema anti-lag, mediante el cual se encendía una mezcla de combustible y aire en los colectores de escape.