A Turbónyomás Szabályozás Alapjai: Wastegate és Elektronikus Rendszerek
A turbófeltöltős autók teljesítményének és élettartamának szempontjából kulcsfontosságú a turbónyomás pontos és hatékony szabályozása. Ezen szabályozás alapvető eszköze a wastegate, melynek működését és az ehhez kapcsolódó elektronikus rendszereket (EVC) a következőkben részletesen bemutatjuk.
Mi az a Wastegate és miért fontos?
A wastegate a turbónyomás szabályozására szolgáló eszköz. Magyar fordítása talán a legszerencsésebben a megkerülő-szelep lehetne. A wastegate tulajdonképpen egy nyomásérzékeny szelep. A turbós autók turbónyomása wastegate nélkül kontrollálatlanul emelkedne a terheléssel egyenes arányban mindaddig, amíg az autó motorja, vagy maga a turbófeltöltő el nem halálozik. Amikor a kipufogógáz nyomása a turbó és a hengerfej között egy bizonyos nyomásértéket átlép, akkor a wastegate szelepe kinyit, és a kipufogógáz a turbót megkerülve, annak további pörgetése nélkül távozik a motorból. A megkerülő szelep azzal tudja szabályozni a turbód legmagasabb nyomásértékét, hogy nem engedi a végtelenségig gyorsulni a turbód tengelyét, hanem egy maximális nyomásértéknél elszabályozza azt. Ilyenkor a kipufogógáz megkerüli a turbót, így pörgésének sebességét nem növeli tovább: a nyomás egy maximális értéknél megáll a növekedésben. Wastegate nélkül a turbó gyakorlatilag a teljes tönkremeneteléig képes volna egyre gyorsabban forogni.
A Wastegate Működése Lépésekben
- Nyomsz egy kövér gázt, így a motor a terhelés következtében elkezd nagymennyiségű kipufogógázt fújni a turbóba.
- A turbó szépen felpörög, és feltölti a motort nagynyomású levegővel, így nagyobb teljesítményre teszi képessé a mechanikát.
- A turbó már felépítette a kívánt maximális nyomást (pl. 1.0 BAR), de a motor még messze a leszabályzási fordulattól, te pedig továbbra is tövig állsz a gázon.
- Ekkor a wastegate szelepe kinyit, a kipufogógáz egy része pedig úgy távozik a motorból, hogy a turbót jobban nem pörgeti már meg, tehát a turbónyomás nem emelkedik nagyobb értékre.
Belső és Külső Wastegate
Létezik külső és belső wastegate. A működésük mindkét esetben ugyanazon elv szerint történik, lényegi különbség csak az elhelyezkedésük a turbóhoz képest. A belső wastegate szelepe a turbón található, becenevén hívják drukklabdának is. A külső wastegate a turbótól teljesen külön egységet képez. A leömlő azon részére szerelik, ami a turbó és a hengerfej között található, röviden a turbó előttre hegesztik.
Sem a működési elvben, sem a viselkedésükben nem különböztetjük meg a wastegate-eket. Nem igazán lehet választ adni arra a kérdésre, hogy melyik a jobb (a külső, vagy a belső). Talán ennek az a magyarázata, hogy a belső wastegate-eknek viszonylag kicsi a keresztmetszete, ezért nagy turbó esetén nem tudnak elegendő kipufogógázt elengedni a turbó elől.
Wastegate Méretek és Ajánlások
A külső wastegate-eket a szelep átmérőjük alapján szokás emlegetni. Jellemzően 38, 40, 50 és 60 mm-es külső wastegate-ek kaphatók. A különböző szelepméret a teljesítmény illesztését szolgálja. Nagyobb motor nagyobb turbónyomásának előállításához nagyobb wastegate szelep kell. Nagyon fontos a wastegate méretének pontos megválasztása. Ha túl kicsi a szelep, akkor nagy nyomáson lesznek gondjaid (nyomás-kúszás), ha túl nagy szelepet vettél, akkor pedig nehézkesen tudsz kis nyomást stabilan előállítani.
Alkatrészek Hyundai kompresszor javításhoz
| Wastegate Méret | Motor Térfogat (ajánlott) | Teljesítmény (ajánlott) |
|---|---|---|
| 38mm | 2000ccm-ig | 300 lóerőig |
| 40mm | 2500ccm-ig | 400 lóerőig |
| 50mm | 3000ccm-ig | 500 lóerőig |
| 60mm | 3000ccm felett | 600 lóerő felett |
Ezek az értékek csak ajánlottak, nem szabad őket szentírásnak tekinteni! A gyakorlatban sokféle variáció működik hibátlanul ezektől eltérő méretezéssel. A gyakorlat szerint az alulméretezés a fontosabb probléma, amire oda kell figyelned!
Wastegate Nyomásérték és a "Dump" Cső
A wastegate másik adata a nyomásérték. Szokás őket így emlegetni pl.: 38mm-es 1 BAR-os wastegate. Ez esetben arról van szó, hogy a wastegate ellentartó rugója olyan erős, hogy a wastegate érezhetően 1 BAR turbónyomás értéknél engedi el olyan mértékben a kipufogógázt, hogy a töltés már nem nő tovább. Az, hogy a wastegate milyen nyomásértéknél nyit ki, az a szelepben található ellentartó rugó erejétől függ. A wastegate szelep nem csak teljesen zárva és nyitva van a folyamat alatt, hanem a szélső érték előtt is kinyit részlegesen, illetve a mechanika tehetetlensége miatt egy kicsit késve nyit ki. Emiatt következhet be a nyomás hirtelen felépülésekor a nyomásmérő órán gyakran látható kilengés: a felső értéknél egy rövid pillanatra feljebb kúszik a mutató, majd visszaesik a rugó értékének megfelelő maximális nyomásra.
Meg kell még említenünk, hogy a külső wastegate használata esetén a szelepen keresztül elengedett felesleges kipufogógázt lehetőséged van a kipufogó rendszerbe visszavezetés nélkül, egy külön úgynevezett dump (eleresztő) csövön keresztül a szabadba engedni. Ennek hangos süvítés a velejárója, amit előszeretettel alkalmaznak a tuning guruk. A belső wastegate erre nem ad lehetőséget.
Elektronikus Turbónyomás Szabályozók (EVC)
A fent leírt jelenség kiküszöbölésére, és egyben egy sokkal precízebb és stabilabb nyomásszabályozásra találták ki az elektronikus nyomás szabályozókat (EVC-ket). Az EVC (Electronic Valve Controller) egy jóval fejlettebb, és biztonságosabb megoldás a turbónyomás szabályozására, mint bármilyen mechanikus szabályozó. Az EVC elektronikusan szabályozza és stabilizálja a kívánt nyomásértéket. Ezt a hatást a wastegate vagy actuator pneumatikus vezérlésével érik el.
Az EVC Működése
Az EVC fő egységei a kezelőfelület és a solenoid. Akadnak olyan EVC-k is, melyek három egységből állnak. Ezeknél a belső egységet bontják két részre: a kocsi belsejében csak egy kezelőfelület van elhelyezve, a tényleges vezérlő elektronika a motortérben kap helyet. A solenoid szinte mindig különálló egység.
Elektromos autó elemzés: Hyundai Ioniq
Az EVC a turbó által előállított nyomást használja fel arra, hogy a wastegate-et, vagy az actuatort ellennyomással mindaddig visszazárja, amíg a turbó az elvárt nyomást fel nem építette. A turbókon szinte mindig található egy vékony, 3-6 mm-es leágazás a kompresszor csigaházán, amit a drukklabda vagy a wastegate szabályozására használnak.
Változó geometriás turbó működése.
Egycsatlakozós és Kétcsatlakozós Rendszerek
Először nézzük a drukklabdás, egy csatlakozós megoldást: az EVC elektronikája egy solenoidot vezérel, amit legegyszerűbben egy mágnesszelepként tudsz elképzelni (valójában ez egy precíz léptetőmotor). Az elektronika méri a turbónyomást, és mindaddig, amíg a kívánt felső értéket el nem érte a felépített töltőlevegő, a szelep nyitva van, vagyis a turbó a drukklabdára is fújja a levegőt, ami záró irányba feszíti a megkerülő szelepet: a nyomás olyan gyorsan felépül, ahogy csak a "vas" ezt lehetővé teszi, majd a kívánt érték elérésekor a solenoid lezár: a turbót megkerüli a kipufogógáz, így a nyomásod nem nő tovább. Természetesen a solenoid zárása után a nyomás hirtelen esni kezdene, de az elektronika ehhez mérten gyorsan reagál, és újra nyitja a szelepet, majd újra zárja - és így tovább: ezzel tartva stabilan a nyomás értékét.
A fent leírtak az egycsatlakozós, actuatoros turbókra vonatkoztak. Ezeknél eggyel modernebb, precízebb megoldás a wastegate. A wastegate lehet külső, vagy olyan drukklabda, amin két csatlakozási port található. Itt a különbség az egy csatishoz képest az, hogy a solenoid képes nyomás-ellennyomás szabályozásával a wastegate-et ténylegesen köztes nyitás-értéken tartani, vagyis nem csak a két szélső érték (full nyitva - full zárva) között gyorsan váltogatni.
A külső, két csatlakozós (avagy kétkamrás) wastegate-et tartják a legjobb és legmegbízhatóbb megoldásnak. Igazából nincs különbség a hatékonyságban a kétcsatlakozós belső WG és a kétcsatlakozós külső WG között. Egyszerűen ez a gyakoribb alkalmazás, és jellemzően nincs is 30-40mm-esnél nagyobb átmérőjű belső wastegate szelep, míg külsőből akár 60mm-eset is tudsz vásárolni.
Manuális Turbónyomás Szabályozók (MBC)
Meg kell említenünk a manuális, vagy kézi turbónyomás szabályozókat (angolul manual boost controller). Ezzel az egyszerű mechanikus eszközzel (gyakorlatilag egy golyós csap) külső wastegate esetén ellennyomást tudsz engedni a wastegate egyik kamrájára, belső wastegate esetén pedig el tudsz engedni egy kis levegőt a wastegate membránja elől, így növelni tudod a turbód legfelső nyomás értékét. Ez a módszer nem ad stabil nyomásértéket. Az EVC-kénél nagyobb ingadozás és hőmérséklet-függés az olcsóság ára.
Hogyan cseréljünk pollen szűrőt egy Hyundai H1-ben?
Mechanikus Szabályozás Hátrányai az EVC-hez Képest
A mechanikus wastegate-ek, vagy aktuátorok mechanikusak, vagyis a maximális nyomás értékét egy mechanikus erő, leggyakrabban egy rugó ereje határozza meg. Ebből máris következik, hogy a rugó erősebbre cserélésével, vagy megfeszítésével viszonylag egyszerűen növelhető a turbónyomás. Azonban a rugó mechanikus ellenállást fejt ki, így kétféleképpen is instabillá teszi a turbónyomást:
- Hidegben a rugó keményebb - nagyobb lesz a turbónyomásod (gyakorlatban pl. 1.0 BAR helyet 1.2 BAR).
- A rugó természetesen akkor is "összenyomódik" egy picit, amikor a nyomásod nem éri el a kívánt felső küszöbértéket! A wastegate, vagy az actuator csappantyúja már a kívánt felső érték elérése előtt is kinyit, és enged el gázt a turbó mellett. Ha nagyon hirtelen gyorsítasz, ilyenkor a rugó be is libben: pl. stabil állapotban 0.8 BAR-os nyomásra képes autóban gázadásra akár 1.0 BAR-os overboost is keletkezhet, amikor letiprod az autót. A nyomás túllibben a kívánt maximumon, majd néhány másodperc után lecsillapodik, és stagnál az aktuális környezeti viszonyok között a mechanika adottságoknak megfelelően.
A második buktatója a rugócserés szabályozásnak az, hogy menet közben nem tudod változtatni a maximális turbónyomást, míg egy EVC-vel ez csak egy gombnyomás.
Az EVC csak és kizárólag magasabb nyomásérték előállítására képes, mint a mechanika általadott felső nyomáshatárértéke (a wastegate rugójának ereje). A solenoid éppen a gyorsasága miatt nem egy sima mágnesszelep, hanem egy léptetőmotor, mert baromi gyorsan kell reagálnia: villámsebességgel zár vissza és nyit ki, hogy a nyomás stabil értéken maradjon.
EVC Fajták és Beszerelés
Akadnak olyan régi, 90-es évek elejéről származó EVC-k, amiknek nincs nyomásmérő szenzoruk. Ezeknél általában a wastegate mechanikus értékéhez viszonyított százalékos értékben adod meg egy potméter tekergetésével a kívánt töltőnyomás-értéket. Ezeknél az eszközöknél a stabilitással akad probléma: nyári melegben és téli hidegben a mechanika más értéket ad, így az ebből százalékosan előállított nyomásérték is eltérő lesz. Pl. nyáron 1.3, télen 1.5 BAR nyomást eredményez ugyanaz a potenciométer állás.
A modern EVC-k már a MAP szenzorhoz hasonló, beépített nyomásmérő eszközzel vannak ellátva. Így ezekben konkrét értéket beállítva, pl. 1.5 BAR, minden körülmények között stabil, állandó nyomásértéken hajthatod az autódat.
Nagy vonalakban az EVC-ket így szerelik be: A belső kezelőfelületet egy jól elérhető, fix helyre a vezető közelében, az autó utasterében. Ezt az egységet egy kisebb köteg kábel köti össze a motortérben elhelyezett szolenoiddal, ami maximum 1, 1.5 méteres távolságban helyezkedik el a turbótól, de a nagy hő miatt nincs túlságosan közel a feltöltőhöz.
tags: #hyundai #tucson #legnyomasszabalyzo #szelep