ระบบป้องกันการหน่วง
ในเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีเทอร์โบชาร์จเจอร์ระบบป้องกันการหน่วงของ เทอร์โบ ( ALS ) เป็นวิธีการลดอาการหน่วงของเทอร์โบในการแข่งขันหรือการใช้งานที่ต้องการสมรรถนะสูง ระบบนี้ทำงานโดยการหน่วงเวลาการจุดระเบิดและเพิ่มเชื้อเพลิง (และบางครั้งก็อากาศ) เพื่อชดเชยการสูญเสียประสิทธิภาพการเผาไหม้ด้วยแรงดันที่เพิ่มขึ้นที่กังหันส่วนผสมเชื้อเพลิง/อากาศส่วนเกินจะไหลออกทางวาล์วไอเสียและเผาไหม้ในท่อไอเสีย ที่ร้อน จัด ทำให้เทอร์โบชาร์จเจอร์หมุนเร็วขึ้นและสร้างแรงดันใช้งานที่สูงขึ้น
ภาพรวม
ระบบ ALS ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในยุคแรกๆ ของการใช้เทอร์โบชาร์จในฟอร์มูล่าวันในช่วงทศวรรษ 1980 จนกระทั่งข้อจำกัดด้านเชื้อเพลิงทำให้การใช้งานไม่เหมาะสม เทคโนโลยีนี้จึงกลายมาเป็นที่นิยมใน รถ แรลลี่ ในภายหลัง เนื่องจากปัญหาเทอร์โบแล็กที่เพิ่มขึ้นจากแผ่นจำกัด การไหลที่บังคับใช้ ที่ท่อไอดี แผ่นจำกัดการไหลนี้ส่งผลให้ความดันในท่อไอดีลดลงอย่างมาก อัตราส่วนความดันสำหรับระดับบูสต์ที่กำหนดจะสูงขึ้นมาก และเทอร์โบชาร์จเจอร์ ต้องหมุนเร็วขึ้นมากเพื่อสร้างบูสต์เท่าเดิมกับกรณีที่ไม่มีแผ่นจำกัด การ ไหล ซึ่งทำให้เทอร์โบแล็ก เพิ่มขึ้นอย่างมาก
ระบบ ALS ต้องการระบบบายพาสอากาศ ซึ่งโดยทั่วไปทำได้สองวิธี วิธีแรกคือการใช้บายพาสอากาศที่เลี่ยงลิ้นปีกผีเสื้อและส่งอากาศไปยังเครื่องยนต์โดยตรง อาจเป็นวาล์วบายพาสภายนอกหรือโซลินอยด์ที่เปิดลิ้นปีกผีเสื้อเล็กน้อยประมาณ 12-20 องศาวิธีที่สองคือการใช้บายพาสที่ส่งอากาศอัด (อากาศอัดระหว่างคอมเพรสเซอร์เทอร์โบและวาล์วไอดี) ไปยังท่อไอเสียโดยตรง
ประเภท
การบายพาสคันเร่ง
ระบบบายพาสคันเร่งหรือ "ระบบเร่งคันเร่ง" ทำงานร่วมกับการหน่วงเวลาการจุดระเบิดและการเพิ่มปริมาณเชื้อเพลิงเล็กน้อย (ส่วนใหญ่เพื่อระบายความร้อน) โดยทั่วไป การจุดระเบิดจะเกิดขึ้นที่ 35–45° ATDC (หลังจุดศูนย์ตายบน) การจุดระเบิดที่ล่าช้านี้ทำให้ก๊าซในกระบอกสูบขยายตัวน้อยมาก ดังนั้นความดันและอุณหภูมิจึงยังคงสูงอยู่เมื่อวาล์วไอเสียเปิด ในขณะเดียวกัน แรงบิดที่ส่งไปยังเพลาข้อเหวี่ยงก็มีน้อยมาก (เพียงพอที่จะทำให้เครื่องยนต์ทำงานต่อไปได้) ความดันและอุณหภูมิไอเสียที่สูงขึ้น รวมกับอัตราการไหลของมวลที่เพิ่มขึ้น ก็เพียงพอที่จะทำให้เทอร์โบชาร์จเจอร์หมุนด้วยความเร็วสูง เมื่อเปิดคันเร่ง การจุดระเบิดและการฉีดเชื้อเพลิงจะกลับสู่สภาวะปกติ
เนื่องจากชิ้นส่วนเครื่องยนต์จำนวนมากต้องเผชิญกับอุณหภูมิสูงและแรงดันสูงในระหว่างการทำงานของ ALS ระบบประเภทนี้จึงสร้างความเครียดอย่างมากให้กับเครื่องยนต์ เทอร์โบชาร์จเจอร์ และท่อไอเสีย[ 1 ]นอกจากปัญหาเรื่องอุณหภูมิแล้ว ความเร็วเทอร์โบที่ควบคุมไม่ได้ยังสามารถทำลายเทอร์โบชาร์จเจอร์ได้อย่างรวดเร็ว ในการใช้งานส่วนใหญ่ ALS จะถูกปิดใช้งานโดยอัตโนมัติเพื่อป้องกันความร้อนสูงเกินไปเมื่อน้ำหล่อเย็นมีอุณหภูมิถึง 110–115 °C
การบายพาสท่อไอดี
ระบบ ALS ที่ทำงานร่วมกับวาล์วบายพาสไอดีจะส่งอากาศโดยตรงไปยังท่อไอเสีย ซึ่งจะผสมกับก๊าซที่เผาไหม้ไม่สมบูรณ์จากเครื่องยนต์ ทำให้เกิดการจุดระเบิดอีกครั้งและกระตุ้นเทอร์โบ ระบบดังกล่าวสามารถปรับปรุงให้มีความละเอียดกว่าระบบบายพาสลิ้นปีกผีเสื้อที่อธิบายไว้ข้างต้นได้
หนึ่งในระบบรุ่นแรกๆ ของประเภทนี้ถูกใช้โดยทีม Ferrari F1ในช่วงทศวรรษ 1980 [ 1 ] [ 2 ]การใช้งานระบบป้องกันการหน่วงประเภทนี้ที่รู้จักกันดีอีกอย่างหนึ่งคือในรถยนต์ รุ่นที่ใช้ ในการแข่งขัน World Rally Championshipปี 1995 ของMitsubishi Lancer Evolution IIIและToyota Celica GT-Four (ST205) ระบบนี้ถูกควบคุมโดยวาล์วแรงดันสองตัว ซึ่งทำงานโดย ECU นอกจากรุ่นสำหรับการแข่งขันแล้ว ท่อของระบบป้องกันการหน่วงยังถูกติดตั้งในรุ่น Celica GT-Four WRC ที่ได้รับอนุญาต ให้ใช้งานบนท้องถนนด้วย แม้ว่าตัวระบบเองจะถูกปิดใช้งาน ท่อและวาล์วมีอยู่เพื่อวัตถุประสงค์ในการรับรองเท่านั้น ใน รุ่น Mitsubishi Lancer Evolution ที่ วางจำหน่ายในตลาดญี่ปุ่น ในภายหลัง (IV ถึง IX) ระบบ SAS (Secondary Air System) สามารถดัดแปลงเพื่อให้มีระบบป้องกันการหน่วงได้ ต้นแบบ Prodrive P2ใช้ระบบบายพาสไอดีที่ทันสมัยและละเอียดกว่า[ 1 ]
ระบบที่อยู่ติดกับแอนติแล็ก
การบายพาสเทอร์โบชาร์จเจอร์
บางครั้งเรียกว่าวาล์ว Dan Culkin หรือ D-valve ซึ่งเป็นวิธีการที่ใช้ วาล์วตรวจสอบทางเดียวขนาดใหญ่ใส่ไว้ก่อนตัวเรือนปีกผีเสื้อ ทำให้ลมสามารถบายพาสเทอร์โบ อินเตอร์คูลเลอร์ และท่อส่งอากาศในช่วงที่มีแรงดันอากาศติดลบที่ทางเข้าของตัวเรือนปีกผีเสื้อ ส่งผลให้มีอากาศไหลอย่างต่อเนื่อง ทำให้เชื้อเพลิงเผาไหม้ได้มากขึ้นและขับเคลื่อนกังหัน วาล์วจะปิดทันทีที่แรงดันเป็นบวกในตัวเรือนอินเตอร์คูลเลอร์ ระบบนี้ไม่ใช่ระบบป้องกันการหน่วงเวลาที่แท้จริง แต่เป็นระบบเร่งความเร็ว ดังนั้นจึงสามารถนำไปรวมเข้ากับระบบ ALS อื่นๆ ได้[ 1 ]
เมื่อใช้ร่วมกับเซ็นเซอร์วัดปริมาณอากาศ (MAF) วาล์วกันกลับควรดูดอากาศผ่าน MAF เพื่อรักษาสัดส่วนอากาศต่อเชื้อเพลิงให้เหมาะสม แต่ในระบบควบคุม ความเร็ว-ความหนาแน่น ไม่จำเป็นต้องทำเช่นนี้
การหน่วงเวลาการจุดระเบิดและการปล่อยเชื้อเพลิง
หน่วยควบคุมเครื่องยนต์ที่ตั้งโปรแกรมได้ (ECU) จำนวนมากยังมีคุณสมบัติ "ป้องกันการหน่วง" ที่ออกแบบมาเพื่อเร่งการทำงานของเทอร์โบในระหว่างการออกตัวหรือระหว่างการเปลี่ยนเกียร์[ 1 ]เช่นเดียวกับการบายพาสเทอร์โบที่กล่าวถึงข้างต้น ระบบนี้ไม่ใช่ระบบป้องกันการหน่วงที่แท้จริง แต่เป็นระบบเร่งการทำงานอย่างรวดเร็ว (และยังสามารถใช้ร่วมกับระบบอื่นๆ ได้) แม้ว่าระบบนี้จะใกล้เคียงกับ ALS ที่แท้จริงมากกว่าก็ตาม
เมื่อรถพร้อมสำหรับการออกตัวและอยู่ที่รอบเครื่องยนต์ สำหรับการออกตัว ECU บางตัว (ผ่านสวิตช์หรือคันเร่งเพิ่มเติม) สามารถตั้งโปรแกรมให้หน่วงการจุดระเบิดไปหลายองศาและเพิ่มเชื้อเพลิงมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เหตุการณ์การเผาไหม้เกิดขึ้นเมื่อเครื่องยนต์กำลังขับส่วนผสมของอากาศ/เชื้อเพลิงออกจากกระบอกสูบ เข้าใกล้กังหันมากขึ้น ทำให้กังหันหมุนเร็วขึ้นที่รอบเครื่องยนต์ที่ต่ำกว่าหรือสร้างแรงดันบูสต์ที่รอบเครื่องยนต์สำหรับการออกตัวได้มากกว่าปกติ[ 1 ]
ซอฟต์แวร์บางตัวยังสามารถเปิดใช้งานคุณสมบัติ "ป้องกันการหน่วง" นี้ผ่านการป้อนข้อมูลคลัตช์ด้วยการเปลี่ยนเกียร์แบบเต็มกำลัง ทำให้ใช้งานได้ระหว่างการเปลี่ยนเกียร์ เช่นเดียวกับระบบป้องกันการหน่วงประเภทอื่นๆ การใช้งานระบบป้องกันการหน่วงประเภทนี้มากเกินไปอาจทำให้เกิดความเสียหายต่อล้อกังหัน ท่อร่วมไอเสีย และอื่นๆ เนื่องจากแรงดันสูงจากส่วนผสมของอากาศ/เชื้อเพลิงที่เผาไหม้เองเกือบทั้งหมด (หรือทั้งหมด) นอกห้องเผาไหม้[ 1 ]นอกจากนี้ยังอาจส่งผลให้เกิด การเผา ไหม้หลังการเผาไหม้ได้ อีกด้วย
ระบบ "ป้องกันการหน่วง" แบบนี้มักทำงานได้ดีเพราะมันจะทำงานเฉพาะเมื่อเปิดคันเร่งเต็มที่ เท่านั้น ซึ่งในขณะนั้นอากาศจะเข้าสู่เครื่องยนต์ได้มากขึ้น ดังนั้น มันจึงทำงานได้ไม่ดีเท่าที่ควร (หรืออาจไม่ทำงานเลย) เมื่อเปิดคันเร่งบางส่วนหรือปิดสนิท เว้นแต่จะใช้ร่วมกับระบบอากาศเสริมหรือระบบบายพาสดังที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น
เอ็มจียู-เอช
เครื่องยนต์ฟอร์มูล่าวันสมัยใหม่มีลักษณะเป็นเครื่องยนต์ V6 เทอร์โบชาร์จ พร้อมระบบไฮบริดเพิ่มเติม จนถึงปี 2026 ระบบไฮบริดนี้ประกอบด้วย หน่วย มอเตอร์-เจนเนอเรเตอร์ (MGU) สองหน่วย ได้แก่ "หน่วยมอเตอร์เจนเนอเรเตอร์ – จลนศาสตร์ " (MGU-K) และ "หน่วยมอเตอร์เจนเนอเรเตอร์ – ความร้อน" (MGU-H) โดย MGU-H ถูกห้ามใช้ในข้อกำหนดหน่วยกำลังปี 2026 [ 3 ]เพื่อกำจัดอาการเทอร์โบแล็กเกือบทั้งหมด พลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ในแบตเตอรี่ของรถจะถูกส่งไปยัง MGU-H บางส่วน ซึ่งจะหมุนกังหันคอมเพรสเซอร์ ทำให้ระบบเทอร์โบสามารถเข้าถึงแรงดันบูสต์สูงสุดได้เกือบจะทันที ซึ่งช่วยลดอาการเทอร์โบแล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในสภาวะการแข่งขันปกติ กำลังไฟฟ้าจากมอเตอร์ไฟฟ้าจะค่อยๆ ลดลงเมื่อรอบเครื่องยนต์เพิ่มขึ้น และก๊าซไอเสียสามารถรักษาระดับแรงดันบูสต์ที่ต้องการได้ ในระหว่างรอบคัดเลือก และบางครั้งในระหว่างการแข่งขันอย่างมีกลยุทธ์ พลังงานสามารถถูกส่งไปยัง MGU-H ได้ตามต้องการ แม้ว่าเครื่องยนต์จะทำงานที่รอบสูงก็ตาม วิธีนี้ช่วยให้ก๊าซไอเสียสามารถเลี่ยงเทอร์โบผ่านวาล์วระบายไอเสียได้ กล่าวกันว่าวิธีนี้จะเพิ่มกำลังได้ 5-10% แม้ว่าจะต้องแลกมาด้วยการลดลงของระดับพลังงานที่เก็บไว้ก็ตาม
MGU-H ยังสามารถใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้ด้วยการปล่อยให้มอเตอร์ไฟฟ้าที่ปกติใช้หมุนกังหันถูกหมุนโดยระบบเทอร์โบเอง ซึ่งกระบวนการนี้เรียกว่า "การเก็บเกี่ยวพลังงาน" สถานการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อก๊าซไอเสียถูกส่งผ่านเทอร์โบและระบบเทอร์โบทำงานในลักษณะปกติ แม้ว่าการเก็บเกี่ยวพลังงานจะทำให้กำลังโดยรวมลดลง แต่ก็ช่วยให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นในแง่ของการลดเวลาต่อรอบโดยรวม เนื่องจากทำในส่วนของสนามแข่งที่ไม่ต้องการกำลังสูงสุด (เช่น ในช่วงท้ายของทางตรงหรือระหว่างโค้งบางแห่ง) หรือในส่วนที่การคำนวณได้ตรวจสอบแล้วว่าการสูญเสียแรงบิดในส่วนเหล่านั้นของสนามแข่งได้รับการชดเชยในส่วนที่สามารถใช้พลังงานที่ผลิตได้
แหล่งที่มา
- "ระบบ Bang-bang หรือ Anti-Lag" . Rallycars.com . สืบค้นเมื่อ31 มีนาคม 2019 .
- " การพิจารณาระบบป้องกันการหน่วงเวลาสำหรับรถยนต์เทอร์โบชาร์จ" Brewed Motorsports 12 มิถุนายน 2012 สืบค้นเมื่อ31 มีนาคม 2019