Turbónyomás Szabályozás és Wastegate Útmutató: Működés és Beállítás

Minden, amit tudni érdemes a turbó nyomásszabályzó szelepek világáról. A turbónyomás szabályzó szelep a motor egy rendkívül fontos eleme. A turbótöltő teljesítményének szabályozásáért felel, és ha nem működik megfelelően, akkor az a motor teljesítményében nagyon sok gondot tud okozni.

Turbófeltöltők Működése és Szabályozása: A Hatékonyabb Motorok Titka

A turbófeltöltők alapvető működési elve azon alapul, hogy a kipufogógázt, ami veszendőbe menne, munkára fogjuk. A tökéletes égéshez több levegő szükséges, amit a szívó motorok már nem tudnak biztosítani. A turbó feladata az, hogy több levegőt ad a keverékhez. Ennek köszönhetően a több üzemanyag ég el, a teljesítmény pedig nő. A turbófeltöltőt a kipufogógáz hajtja meg és az általa létrehozott többletlevegőt juttatja be az égésbe, ahol nagy nyomással juttatja hozzá az üzemanyagot.

A turbók tehát nagyon magas fordulatszámon működnek, ez viszont nagy nyomást és magas hőmérsékletet is jelent, ezért rendszerint hűtőrendszerrel szokták őket párosítani. Szabályzó nélkül a turbófeltöltő nyomásértéke kontrollálatlanul emelkedne, ezt pedig nem bírná el az autó motorja. Éppen ezért szükség van egy eszközre, ami a turbón áthaladó maximális töltőnyomást korlátozza. Éppen ezért szükség van egy olyan eszközre, amely segítségével a turbó által előállított maximális turbónyomás korlátozható. Nyomásszabályzó vagy vezérlő elektronika nélkül tehát a turbófeltöltő nem tudná ellátni optimálisan a feladatát.

A Turbónyomásszabályzó Szelep: Funkció és Elnevezések

A nyomásszabályzó szelep egy szinte minden turbófeltöltőn megtalálható alkatrész. Több néven is emlegetik: turbo actuator/wastegate szelep/megkerülő szelep/”drucklabda”. A wastegate magyar fordítása talán a legszerencsésebben a megkerülő-szelep lehetne. A turbónyomás szabályzó szelep a motor egy rendkívül fontos eleme. A turbótöltő teljesítményének szabályozásáért felel, és ha nem működik megfelelően, akkor az a motor teljesítményében nagyon sok gondot tud okozni.

Létezik külső és belső nyomásszabályzó szelep. A belső szelep a turbófeltöltő részét képezi. A külső szelep a turbófeltöltő és a hengerfej között helyezkedik el.

Motorolaj szabványok VW PDTDI motorokhoz

A Wastegate Működési Elve Részletesen

A wastegate a turbónyomás szabályozására szolgáló eszköz. A wastegate tulajdonképpen egy nyomásérzékeny szelep. Amikor a kipufogó gáz nyomása a turbó és a hengerfej között egy bizonyos nyomásértéket átlép, akkor a wastegate szelepe kinyit, és a kipufogó gáz a turbót megkerülve, annak további pörgetése nélkül távozik a motorból. Az, hogy a wastegate milyen nyomásértéknél nyit ki, az a szelepben található ellentartó rugó erejétől függ.

Tehát 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. 1.0BAR), de a motor még messze a leszabályozási fordulattól, te pedig továbbra is tövig állsz a gázon.
Ekkor a wastegate szelepe kinyit, a kipufogó gáz egy része pedig úgy távozik a motorból, hogy a turbót jobban nem pörgeti már meg, tehát a turbónyomás nem emelkedik nagyobb értékre.

A waste gate rendszerű turbófeltöltő szabályozása úgy működik, hogy van egy megkerülő szelepünk a turbina (kipufogó gáz) oldalon. Ha elér egy bizonyos töltőnyomást a rendszerünk, akkor egy membránnal összekötött rudazat segítségével kinyitjuk ezt a megkerülő szelepet és a kipufogógázok a feltöltőt megkerülve áramolnak tovább a kipufogórendszerbe. A kompresszor oldal nyomó ága összeköttetésben van a waste gate szelep nyomáslabdájával. A turbófeltöltő jobb alsó részén látható a Waste Gate "labdája". Ebben egy membrán és egy rugó található. Ha a rugóerőt eléri a membránon lévő nyomás, akkor az kimozdul és magával mozdítja a rudazatot. Jól látható, hogy a rudazat egy karra csatlakozik. Ez a kar a bal oldalon látható csappantyút, fedelet nyitja meg, teljesen nyitott állapotban van. Látható a megkerülő csatorna, amelyen a kipufogógázok megkerülik a jobb oldalon látható turbinakereket.

Belső és Külső Wastegate Típusok

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 "drucklabdának" 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). A gyakorlatban a gyári autókon szinte mindig belső wastegate-es turbót találtok, míg a tuningolt autókon legtöbbször külső wastegate látja el a nyomásszabályzás feladatát. Talán ennek az a magyarázata, hogy a belső wastegate-eknek viszonylag kicsi a keresztmetszete, ezért nagy turbó esetén nem tudnak elegendő kipufogó gázt elengedni a turbó elől.

Kuplung csere lépésről lépésre

Wastegate Méretezése

A külső wastegate-eket a szelep átmérőjük alapján szokás emlegetni. Jellemzően 38, 40, 50 és 60mm-es külső wastegate-ek kaphatóak. 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.

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 Átmérő	Ajánlott motor méret és teljesítmény
38mm	2000ccm és 300 lóerőig
40mm	2500ccm és 400 lóerőig
50mm	3000ccm és 500 lóerőig
60mm	3000ccm és 600 lóerő felett

Meg kell még említenünk, hogy a külső wastegate használata esetén a szelepen keresztül elengedett felesleges kipufogó gázt 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.

A wastegate másik adata a nyomásérték. Szokás őket így emlegetni pl.: 38mm-es 1BAR-os wastegate. Ezesetben arról van szó, hogy a wastegate ellentartó rugója olyan erős, hogy a wastegate érezhetően 1BAR turbónyomás értéknél engedi el olyan mértékben a kipufogógázt, hogy a töltés már nem nő tovább. Természetesen 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.

Szabályzók Evolúciója: Különböző Vezérlési Módok

A régebbi típusú turbófeltöltőket még a „hagyományos”, nyomásra működő szabályzó szelepekkel szerelték, melyek a többlet töltőnyomást engedik le. A későbbi, változó geometriás turbófeltöltőknél már vezérlőszelepnek nevezzük ezt az alkatrészt. Ebben a kategóriában is több típust különböztetünk meg. Vannak sima vákuumos, és helyzetérzékelő pótméterrel egybeépített vákuumos vezérlésű szeleppel szerelt turbófeltöltők, illetve elektromotoros vezérlésű turbók.

Golf IV PDTDI szűrőcsere útmutató

Elektronikus Turbónyomás Szabályzók (EVC)

A fent leírt jelenség kiküszöbölésére, és egyben egy sokkal precízebb és stabilabb nyomásszabályozásra találták ki az elektronikus nyomás szabályozókat (EVC-ket). Az EVC a töltőnyomást arra használja fel, hogy a wastegate rugójának értékénél nagyobb nyomáson tudd üzemeltetni a turbót, és bizonyos esetekben a nyomás stabilitását és annak gyorsabb felépülését is elő tudod idézni az EVC segítségével.

A belső wastegate-es turbókon egy EVC vezérléshez használatos ellennyomás csatlakozást találhatsz. Angolul ezt hívják swinger típusú nyomásvezérlésnek. Nagyon ritkán akad kétkamrás belső wastegate is, ezeknek a működése ugyanaz, mint a külső wastegate-eké. A külső wastegate-eket hívják kétkamrás wastegate-eknek is, mivel ezeken mindig két ellennyomás csatlakozást találsz. Angolul ezt nevezik popet típusú vezérlésnek.

Az alábbi ábrán egy külső wastegate látható. Az alkatrészek nevei:

boost controller port: az EVC egyik ellennyomás csatlakozása
spring: rugó
diaphragm: membrán
compressor reference port: az EVC másik ellennyomás csatlakozása
plunger: szelep
dump tube: a felesleges kipufogógázt eleresztő cső
manifold: hengerfej (kipufogó csatlakozás)

Manuális Turbónyomás Szabályzók (MBC) és Rugócsere

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.

A külső wastegate-ekben szokás rugót cserélni, hogy a nyomás fix, mechanikai értékét egyszerűen és olcsón növeld, vagy csökkentsd. A rugó maga egyszerűen cserélhető, és akár vezérlés nélküli, akár vezérelt a wastegate-ed, a nyomás alsó értéke mindig a rugótól fog függeni. Sem az EVC, sem a manuális szabályozó nem tud a rugóénál kisebb nyomásértéket előállítani.

A Turbónyomás Szabályzó Szelep Meghibásodásának Jelei és Okai

A motor egy összehangolt gépezet, melyben minden elemnek fontos szerep jut. Nincs ez másként a turbónyomás szabályzó szelep esetében sem. Meghibásodása egyértelműen észlelhető. Ezért is olyan lényeges, hogy a turbónyomás szabályzó szelep hiba jeleit felismerjük, mert csak így tudjuk a további károkat megelőzni. A bajt akkor tudjuk időben észlelni, ha figyelünk az árulkodó jelekre. Sokan azonban ezeket nem ismerik fel, hiszen az akadozó gyorsulást vagy a nagyobb fogyasztást más gond is okozhatja. Érdemes azonban tisztában lenni vele, hogy egy adott jelenség mi mindenre utal, és utánajárni a problémának.

Gyakori Hibajelenségek

Lomhább az autó a szokottnál, és alacsony a teljesítménye is: Nagyon árulkodó jel az, amikor az autónak hirtelen csökken a teljesítménye, és a gyorsulásban is jelentős visszaesés tapasztalható. Ilyenkor a szelep nem szabályozza megfelelően a turbótöltő nyomásását, emiatt pedig a motorhoz nem jut el a szükséges levegő és üzemanyag mennyiség, melyre az égéshez szüksége lenne.
Megnő az üzemanyag-fogyasztás: Ez a hibajel meglehetősen általános, és sokféle dolog állhat a háttérben, akár a turbónyomás szabályzó szelep hibájára is utalhat. Ha a szelep hibás, az az üzemanyag-fogyasztásra is kedvezőtlenül hat, ugyanis ilyenkor a turbófeltöltő folyamatosan nagy nyomást generál, emiatt pedig túl sok üzemanyag kerül felhasználásra. Ez nem csak a pénztárcánkat terheli meg jelentős mértékben, hanem a környezetet is, ezért mindenképp komolyan kell venni.
Szokatlan zajok a motortérben: Ha szokatlan zajok sosem jelentenek jót egy autó esetében, különösen, ha azok a motortérből származnak. Ez is arra utalhat, hogy a turbónyomás szabályzó szelep hibásan működik, ezért mindenképp lényeges, hogy azonnal szerelőhöz forduljunk. Ez a hang lehet sípolás vagy akár dübörgés is.
Fekete füst árad a kipufogóból: Nagyon árulkodó jel, ha fekete füst jön ki a kipufogórendszerből. Ez annak a jele, hogy a motor nem képes megfelelően elégetni az üzemanyagot, és ez okozza a nagy mennyiségű fekete füstöt. Nemcsak a környezetre lesz ez káros, hanem a motor teljesítményére is.
Rángat az autó: Amennyiben lökéseket és rángatást tapasztalunk vezetés közben, az is arra utal, hogy a turbónyomás szabályzó szeleppel gond van. Ilyenkor ugyanis a turbótöltő nyomása nem stabil, ingadozik, ez pedig a motor teljesítményének instabilitásához vezet.
Szelepkárosodás: Ha a motortérbe pillantva azt vesszük észre, hogy a szabályzószelep szivárog, esetleg sérült, akkor az mindenképp arra utal, hogy az alkatrész cserére szorul. Ez egy elég egyértelmű jelzés, ami azonnal megoldást igényel.
Világít a motorhiba jelző lámpa: Amikor a műszerfalon felvillan a motorhiba ellenőrző lámpa, az jót nem jelent, viszont azonnali beavatkozást igen. A hibajel számos dolog miatt felvillanhat, többek között a turbónyomás szabályzó szelep hibája miatt is.

1.9 tdi hibás n75 vákuum szelep működése

Felmerülő Problémák és Okaik

Vákuumos szabályzók esetén idővel a nyomás és a hő kezdheti el gyengíteni a rugót. Ez eredményezheti, hogy a wastegate előbb nyit, mint kellene, és csökkenti a nyomást - ezáltal a turbó teljesítményét. Továbbá az is előfordulhat, hogy elszakad benne a membrán, ami azt jelenti, hogy a szelep egyáltalán nem tud kinyitni.

Egy hibás elektromos aktuátor is okozhatja, hogy a gépjármű elveszíti az erejét, és kigyullad a „check engine” lámpa. Az elektromos vezérlésű turbófeltöltők elektronikájának meghibásodása összefügg a változó geometria meghibásodásával. Ha a változó geometria nem működik, vagy akadozik, akkor a vezérlőmotor fogaskerekei sérülnek. Ilyenkor csere szükséges. A helyzetérzékelő pótméterrel ellátott szelepeknél a leggyakoribb hiba a pótméter meghibásodása. Ez egy rendkívül érzékeny alkatrész, akár egy beázás is tönkreteheti. Önmagában az alkatrész karbantartására külön nincs mód, mert ez egy zárt rendszer.

A turbónyomás szabályzó szelep hiba jeleket számos dolog okozhatja: elektromos hibák, a vákuum-ellátáshoz kapcsolódó gondok, de maga a szelep is meghibásodhat. Az elektromos hibák kapcsolódhatnak a csatlakozókhoz vagy a biztosítékhoz, a vákuum-ellátás kapcsolatos problémák esetében pedig a szivárgó tömlő vagy a belső meghibásodás lehet a bajok forrása. Amennyiben a szelep megy tönkre, akkor javításra nem nagyon van lehetőség, általában csak a csere jöhet szóba, ami lényegesen drágább, mint az elektromos vagy tömlő hiba javítása. Bármelyik turbónyomás szabályzó szelep hiba jelet is tapasztaljuk, azonnal forduljunk szerelőhöz, mert komolyabb károsodáshoz is vezethet, ha a bajok forrását nem tárjuk fel időben, illetve nem orvosoljuk azokat.

Évről évre fejlődik a technika a turbófeltöltők terén is, akárcsak bármely más területen. A szabályzók is egyre komplexebbek lesznek, a javítási és cserelehetőségek pedig csökkennek.

DIY Turbónyomás Emelés Régebbi Dízelmotorokon

Adott volt a probléma, az autón szerettem volna töltőnyomást emelni. Többféle megoldás létezik, szett, én azonban szerettem volna az itthon lévő alkatrészekből megoldani a problémát. Előre is leszögezném, hogy a későbbiekben látható megoldásban semmiféle elektronikus szabályzás, nyomásmérés nem vesz részt. Itt egy egyszerű kamrás dízelmotor volt a célpont. Nyomásmérővel megállapítva 0.6-0.7 bar-nál avatkozott be a waste gate szelep. A cél, hogy becsapjuk a rendszert, azaz egy olyan eszköz előállítása a cél, amely pl 1.2 bar bemenetre 0.7 bar kimenet ad tovább. Így a waste gate szelepünk valójában 1.2 barnál mozdul be.

Egyszerű nyomásszabályzó nem jó, mert az a beállított nyomásig arányosan változik a bemenő nyomással. Azaz 1.2 barra beállított nyomásszabályzó 0.7 bar táp nyomásnál kimeneti oldalon is ugyanakkora nyomást fog adni, így már bemozdul a labdánk. Sok esetben láttam olyat, hogy térfogatáram szabályzóval (fojtó) egészen egyszerűen sorba kötötték a labdát, de ez nem megoldás, mert a kívánt nyomás ugyanúgy kialakul, csak kellően megfojtva lassabban éri el, addig nagyobb nyomás is kialakulhat.

A Két Fojtós, Veszteséges Nyomásszabályzó Elve

Én egy egyszerű két fojtós, veszteséges nyomásszabályzót hoztam létre, a lent látható állítható fojtó segítségével. A szerelvényezés nem éppen a legkiforrottabb, de hétvégén erre futotta, acél rézzel történő összehegesztésével. Természetesen hosszútávon rendes szerelvényekkel próbálom kiváltani a mostani megoldást.

Az elve villamos analógiát tekintve a feszültségosztóéhoz hasonló. A lent látható rendszer alulról kapja a tápnyomást, a légköri nyomás fenn van (motortér). A középen jövő ág pedig megy a waste gate fele. Ha két azonos fojtásunk van egy rendszerben sorba kötve, egyik oldal légköri nyomáson, vegyük ezt az értéket 0-nak, másik ehhez képest 1 bar nyomással magasabban, akkor a kettő között fél tápnyomást, azaz 0.5 bart mérünk. Természetesen ehhez folyamatos átfolyásra van szükségünk, azaz valamekkora veszteségünk mindig lesz, de pont ezért van fojtó a kimeneti ágon is, hogy ezt a veszteséget csökkentsük. A felső, alsó fojtások mértékének változtatásával a középen mérhető nyomásunk is változik. Tehát a tagok állítgatásával beállíthatjuk a rendszert úgy, hogy viszonylag kis veszteség mellett középen a bemenethez képest alacsonyabb nyomást érjünk el. Tény, hogy a fojtás miatt a rendszer beállási ideje növekszik, lassabban reagál, de gyakorlati tapasztalatok szerint nem számottevő. Sőt a gyári rendszer 0.7 baros beállása nyomóágon mérve pillanatra az 1 bar nyomást is elérte, majd onnan állt be. Ez a szabályzó beiktatásával megszűnt.

Beállítási Útmutató

A beállítás roppant egyszerű. A képen látható tápnyomás felöli, azaz alsó szelepet teljesen kinyitjuk, majd pedig a felsőt zárva tartjuk (ekkor a rendszer inaktív). A felső szeleppel menet közben játszva megnyitjuk addig, amíg egy viszonylag kis, még elfogadható kifújást érzékelünk a motortérbe. Ezt követően pedig a nyomásértéket mérve elkezdjük fojtani a bemenetet az alsó szeleppel egészen a kívánt tápnyomásig.

Fontos, hogy mindenképpen rendelkezzünk nyomásmérő órával. Habár a dízelmotor légfelesleggel működik, waste gate szabályzás nélkül komoly nyomások is kialakulhatnak, esetemben rámérve 1.7-2.0 bar körüli értéket is nyomhat. A régi nagy kompresszióval bíró dízelmotorok, tdi-k, főleg kamrás td-k pedig tartósan ezt a nyomást nem képesek elviselni. Rövid idő alatt a motor károsodását érhetjük el.

Természetesen a fenti átalakítás közúti forgalomban nem megengedett, ahogy semmilyen más teljesítménynövelő megoldás sem.

tags: #pdtdi #turbonyomas #allitasa #útmutató