Know How: Turbo Part XVIII

Το όριο της τσάκας

Είδαμε το Σεπτέμβρη μέχρι που φτάνουν οι δυνατότητες ρύθμισης της πίεσης μέσω του χειροκίνητου boost controller-βαλβιδονιού, της τσάκας: ακόμα και οι πιο βαρβάτες (ball-spring) -και για δεδομένο ελατήριο διαφράγματος- wastegate μπορούν να καθορίσουν ουσιαστικά μόνο, στην καλύτερη περίπτωση, ένα γενικό άνω και κάτω όριο πίεσης, ανεξαρτήτως ειδικών συνθηκών λειτουργίας του μοτέρ. Και εδώ ακριβώς έρχεται και κουμπώνει η βοήθεια των ηλεκτρονικών boost controller (EBC): αυτό, που ιδανικά θέλουμε, είναι όχι μία «τα κάνω όλα και συμφέρω» πίεση-στόχο, αλλά πολλαπλές ρυθμίσεις βάσει πλήθους παραμέτρων, όπως είναι η γωνία της πεταλούδας, η σχέση στο σασμάν, η ταχύτητα του οχήματος, οι συνθήκες περιβάλλοντος κτλ. Έτσι, ενώ η επιλογή σωστής σκληρότητας του ελατηρίου της wastegate συνεχίζει να παίζει βασικό ρόλο στο όλο setup, αφού καθορίζει το θεωρητικό «ταβάνι» της πίεσης στόχου, μέσω του EBC ερχόμαστε και προσθέτουμε το απαραίτητο φινίρισμα-τριμάρισμα στο συνολικό πολυδιάστατο χάρτη (χάρτες) προγραμματισμού της πίεσης υπερπλήρωσης. Επιπλέον, παράλληλα καθορίζονται διαφορετικά δυνητικά υπο-setup μικρής-μεσαίας-μεγάλης πίεσης ανάλογα με τις διαθέσεις μας και με το τι μαρσάρει δίπλα στο φανάρι.

Γενικές αρχές λειτουργίας ενός EBC

Η βασική αρχή λειτουργίας ενός EBC είναι ίδια με της τσάκας, δηλαδή ο σκοπός μας είναι να ξεγελάσουμε την wastegate, απομαστεύοντας-στραγγαλίζοντας-αυξάνοντας μέσω βελονοειδούς βαλβίδας αναλόγως τη ροή ρύθμισης, που τραβάει από το συμπιεστή, επηρεάζοντας έτσι την πίεση που βλέπει το διάφραγμά της: απλά, αντί για χειροκίνητη βάνα, εδώ έχουμε είτε μία πνευματική ηλεκτροβαλβίδα με μαγνητικό πηνίο και οπλισμό («solenoid» ή ακόμα και ολόκληρο βηματικό μοτεράκι), η οποία ανάλογα με τον τύπο της wastegate (εσωτερική/εξωτερική, single/dual port) και τη συνδεσμολογία της εκάστοτε διάταξης που επιλέγουμε για τη σωλήνωση, μπορεί να έχει δύο ως τέσσερις εισόδους-εξόδους ροής αέρα, που είτε να στραγγαλίζουν απλά τη ροή είτε να την εκτονώνουν στο περιβάλλον/είσοδο του συμπιεστή, θα τα δούμε αναλυτικά πιο κάτω. Σε κάθε περίπτωση, η ηλεκτροβαλβίδα (ή ηλεκτροβαλβίδες) μας ελέγχεται μέσω ειδικής καλωδίωσης είτε από ανεξάρτητη μονάδα ελέγχου (stand alone εξωτερικό EBC, που παίρνει σήμα εισόδου από τα κατάλληλα pins της ECU ανάλογα με την εκάστοτε πλεξούδα) είτε από υπορουτίνες της κύριας (ΟΕΜ ή aftermarket) ECU του αυτοκινήτου. Τα EBC δεν είναι καμία χτεσινή εφεύρεση, αφού υπήρχαν ήδη από τη δεκαετία του ’90, απλά, όπως όλα, στο πέρασμα του χρόνου βελτιώθηκαν μέσω controllers μεγαλύτερης επεξεργαστικής ισχύος-μνήμης και ευρύτερων δυνατοτήτων σημάτων εισόδων: τα πιο «αρχέγονα» EBC είναι (ήταν) αυτά του ανοικτού βρόγχου, τα οποία απλά παίρνουν τα βασικά σήματα εισόδου (άνοιγμα πεταλούδας, rpm) και απλά βάσει αυτών ανοίγουν με προκαθορισμένη σχέση την ηλεκτροβαλβίδα, ασχέτως με το πόση τελικά πίεση στην εισαγωγή θα επιφέρει αυτή μέσω της wastegate, αφού επιδράσουν πάνω εξωτερικοί παράγοντες, που δεν ελέγχουμε, όπως η θερμοκρασία εισαγωγής. Κατά βάση, όλα τα EBC που ξέρουμε στο εμπόριο σήμερα είναι κλειστού βρόγχου: εδώ μπαίνει στο παιχνίδι και επιπλέον αισθητήρας πίεσης στην εισαγωγή, μέσω του οποίου η μονάδα του EBC συγκρίνει την πίεση-στόχο με την πραγματική πίεση στην εισαγωγή και έτσι βλέπει τι, παραπάνω-παρακάτω από αυτά που ήδη κάνει, πρέπει επιπλέον να κάνει, ώστε να επιτύχει με ακρίβεια την προκαθορισμένη τιμή υπερπλήρωσης. Ο κλειστός βρόγχος μας προσφέρει και μεγαλύτερη ελευθερία ως προς την επιλογή σκληρότητας ελατηρίου (επιλογή πιο μαλακού απ’ ότι σε διάταξη με τσάκα, εντός λογικού ορίου) ανάλογα με τον επιθυμητό (το «κατά δύναμιν» πιο σωστά) συμβιβασμό μεταξύ boost threshold και peak boost (τη σχέση των δύο την εξηγήσαμε το Σεπτέμβρη), αφού μπορούμε -μέσω του solenoid- να το τσιγκλίσουμε τεχνητά κατά βούληση σε ορισμένο εύρος. Σε δεύτερο επίπεδο, τα πιο βαρβάτα EBC πάνε τη φάση ένα βήμα παραπέρα, «κλέβοντας» το σήμα της ECU και προς τα μπεκ, έτσι ώστε σε self-learning επίπεδο να βλέπουν πώς ακριβώς αντιδρά η ECU σε επίπεδο τροφοδοσίας και να προσαρμόζουν περαιτέρω τη λειτουργία τους και βάσει αυτού. Η επικοινωνία της μονάδας ελέγχου του EBC με την ηλεκτροβαλβίδα του γίνεται μέσω διαμόρφωσης πλάτους παλμών (pulse width modulation - PWM), ακριβώς όπως δουλεύουν και τα μπεκ ψεκασμού καυσίμου, δηλαδή: έχουμε ένα τραπεζοειδές ηλεκτρικό σήμα τύπου on-off, το οποίο όσο είναι στη θέση on (περνάει ρεύμα), η βαλβίδα είναι ανοικτή και όσο είναι στο off (μηδενικό ρεύμα), η βαλβίδα είναι κλειστή. Παρεμπιπτόντως, πρέπει πάντα να έχουμε στο νου ότι η solenoid μας, όσο ακριβή και να είναι, μπορεί σε κάποια φάση -σαν μηχανισμός κι αυτός- να τα φτύσει και να κολλήσει: οι πιο ασφαλείς συνδεσμολογίες μέσω διακλαδώσεων εξασφαλίζουν ότι, ακόμα και με κολλημένη κλειστή τη βαλβίδα, μία κάποια ποσότητα υπερπίεσης θα καταφέρει να φτάσει μέχρι το actuator του wastegate και η ροή δεν θα στραγγαλιστεί εντελώς (στο οποίο σενάριο η θυρίδα δεν θα ανοίξει ποτέ και θα έχουμε boost creep στο Θεό).

Duty cycle στη wastegate..?? Ωναι.

Αφού μιλάμε όμως για PWM, παραλληλισμό με μπεκ κτλ., τότε αυτομάτως μιλάμε και για duty cycle του EBC και κατ’ επέκταση duty cycle της wastegate:  θυμίζουμε ότι, ως μέγεθος, το duty cycle ορίζεται ως ο ποσοστιαίος λόγος του χρόνου που η διάταξή μας (εδώ η wastegate) είναι ανοικτή ως προς το δεδομένο συνολικό χρόνο που μετράμε / στη μονάδα του χρόνου και πρακτικά είναι αυτό που μας δείχνει πόσες «υπερωρίες» βαράει η διάταξη. Όσο «μακρύτερα» τα οροπέδια της κυματομορφής βάσει των ανάλογων χαρτών από το EBC ή την ECU, τόσο περισσότερο μένει ανοικτή η solenoid και τόσο αυξάνει το duty cycle ποσοστιαία. Φυσικά όμως υπάρχει όριο στο πόσο γρήγορα μπορεί να ανοίξει και να κλείσει η ηλεκτροβαλβίδα μας στη μονάδα του χρόνου, με άλλα λόγια έχει μια στάνταρντ ανώτατη συχνότητα λειτουργίας, την οποία τυπικά μετράμε σε hertz, που πολύ απλά σημαίνει πόσες φορές μπορεί να ανοιγοκλείσει μέσα σε ένα δευτερόλεπτο. Οι συχνότητες αυτές λειτουργίας των ηλεκτροβαλβίδων ελέγχου της wastegate παίζουν από τύπο σε τύπο και κατά κανόνα παίζουν από τα 5 hz μέχρι τα 30 hz. To EBC ή η ECU, για να ρυθμίσουν το άνοιγμα, δεν παίζουν με τη συχνότητα αυτή, η οποία είναι σταθερή, αλλά μόνο με το εύρος του κάθε παλμού από τον συνολικά σταθερό διαθέσιμο αριθμό παλμών: αν πούμε ότι δουλεύουμε π.χ. στα 5 hz, με 25% duty cycle, η κυματομορφή μας έχει πέντε μικρά οροπέδια, συνολικού μήκους τριπλάσιου από το «πάτωμα» της κυματομορφής (που καταλαμβάνει το 75% του χρόνου), με 50% duty cycle, η κυματομορφή είναι συμμετρικά πριονωτή (οροπέδια και πατώματα εναλλάσσονται πέντε φορές) και με 100% duty cycle, η ηλεκτροβαλβίδα είναι μόνιμα ανοικτή και άρα έχουμε απλά μία ευθεία γραμμή στη θέση της κυματομορφής. Όσο πιο πολύ χρόνο η βαλβίδα είναι ανοικτή τόσο περισσότερη ροή περνάει από τον bleed κλάδο της διακλάδωσής μας και επομένως τόσο περισσότερο καθυστερεί να ανοίξει η θύρα της wastegate. Το EBC / η ECU παίζουν ακριβώς με αυτόν το duty cycle για να ρυθμίσουν την πίεση υπερπλήρωσης, είτε αυτό σημαίνει απλά να πετύχουν την πίεση (τόσο σε peak όσο και σε συνολικό προφίλ πίεσης)-στόχο για οποιαδήποτε συνθήκη θερμοκρασίας και πίεσης περιβάλλοντος βάσει του χάρτη τους είτε αυτό σημαίνει να κόψουν πίεση εκτάκτως, π.χ. σε συνθήκες προανάφλεξης ή limp mode λόγω κωδικού βλάβης DTC από το OBD. Μιλώντας για χάρτες πίεσης, μπορεί να μιλάμε για πίνακες πιέσεων-στόχων ανά rpm και άνοιγμα πεταλούδας (τους γνωστούς τρισδιάστατους / ΧΥΖ χάρτες δηλαδή), για επιπλέον πίνακες με τα μίνιμουμ και μάξιμουμ duty cycles και όσο πιο εξελιγμένη είναι η ECU / EBC προστίθενται επιπλέον παράμετροι μικροπροσαρμογής («trim»), όπως σχέσεις σασμάν, ταχύτητα κίνησης: όλα αυτά γίνονται ένας αλγόριθμος-σούπα, έξοδος του οποίου είναι το duty cycle του solenoid-wastegate. Και φυσικά όλα αυτά μέσω διαδικασίας συνεχούς προσαρμογής σε κλειστό βρόγχο, όπως αναφέραμε νωρίτερα: EBC/ECU «βλέπουν» από τα σήματα εισόδου, πες 80% πεταλούδα και 5.000rpm, και βάσει του χάρτη τους ξέρουν ότι εκεί η πίεση-στόχος είναι 1 bar. Δίνεται εντολή για αρχικό duty cycle, πες 50%, μετριέται η πίεση εισαγωγής από τον ανάλογο αισθητήρα και ας πούμε ότι αυτή προκύπτει μόλις 0,75 bar. Ο χάρτης του trim της πίεσης δίνει +10% duty cycle, οπότε το ανεβάζει στο 60% και η νέα μετρούμενη πίεση είναι 1,2bar. Αφαιρεί τώρα 5% και με 55% πετυχαίνει το πολυπόθητο 1 bar…Αυτό γίνεται φυσικά συνεχώς κάθε λίγα millisecond, ανάλογα με τη συχνότητα δειγματοληψίας της μονάδας ελέγχου και των αισθητήρων. Μόλις οι rpm ή/και το άνοιγμα πεταλούδας αλλάξουν, η διαδικασία επαναλαμβάνεται για τη νέα πίεση-στόχο κ.ο.κ..

 

Διαφορετικοί τύποι, διαφορετικές συνδεσμολογίες

Παρά το γεγονός ότι ο κλασσικός τρόπος-σκοπός είναι ένας, δηλαδή το ελεγχόμενο bleed-απομάστευση υπερπίεσης από τη ροή ελέγχου, η γκάμα των διαφορετικών διατάξεων, που μπορούμε να συνδέσουμε την (ή τις) ηλεκτροβαλβίδα στη σωλήνωση ανάμεσα στο actuator του wastegate και την έξοδο της ροής ελέγχου από την έξοδο του συμπιεστή, είναι «απεριόριστη»: εξαρτάται φυσικά από το μοντέλο του αυτοκινήτου, τις απαιτήσεις μας, το μπάτζετ μας, τις EBC/ECU μας, την εμπειρία μας και, λαστ μπατ νοτ λιστ, τις προσωπικές μας προτιμήσεις. Ναι, χρειάζεται να ξέρουμε τι κάνουμε, τι συνδέουμε, απαιτώντας συχνά να δοκιμάσουμε πολλές φορές διάφορα setup, που βλέπουμε στην πορεία αν δουλεύουν βέλτιστα, συμπαθητικα ή καθόλου. Ακόμα και για δεδομένο μοτέρ, wastegate, solenoid και EBC/ECU, μπορεί τρεις διαφορετικοί βελτιωτές να ακολουθήσουν τρεις διαφορετικές διατάξεις διακλαδώσεων/Τ και επιστροφές από και προς το wastegate και το solenoid. Ωστόσο, οι βασικές παράμετροι που καθορίζουν τις διαθέσιμες επιλογές είναι δύο: ο αριθμών των οπών (ports) στο δοχείο του wastegate (μία ή δύο, θα τα δούμε αμέσως πιο κάτω) και ο αριθμός των ports στη solenoid του boost controller (2-port, 3-port ή 4-port). Από τους «αμέτρητους» συνδυασμούς-διατάξεις, που προκύπτουν, πάμε να δούμε τις επικρατέστερες και πιο συχνά απαντώμενες.

Η πιο απλή από όλες είναι αυτή με wastegate actuator ενός port (δηλαδή σε τυπικό εσωτερικό wastegate, σε low-end εξωτερικό wastegate ή σε dual port εξωτερικό wastegate, όπου συνδέουμε μόνο το ένα port) και solenoid δύο υποδοχών (2-port), διάταξη που ονομάζεται και «απλό bleed». Αυτή είναι η κλασσική ΟΕΜ-εργοστασιακή διάταξη, που συναντάμε (αν και πλέον στις νεότερες γενιές οι κατασκευαστές παίζουν με 3-port, όπως θα δούμε πιο κάτω) σε τουρμπάτα αυτοκίνητα με σχετικά «απλοϊκό» (βλ. εύκολα βελτιώσιμο!) σύστημα ελέγχου, όπως έρχονται από το εργοστάσιο. Η διάταξη εδώ περιλαμβάνει ένα ταφάκι σε κάποιο σημείο της διαδρομής της σωλήνωσης από την έξοδο του συμπιεστή προς το wastegate, το οποίο ταφάκι bleedάρει ροή προς την είσοδο του solenoid, το οποίο επίσης σε κάποιο σημείο έχει ένα δεύτερο port για την επιστροφή της όποιας ποσότητας αφήσει από μέσα του να περάσει πίσω προς την εισαγωγή πριν το συμπιεστή ή την ατμόσφαιρα. Το «της όποιας ποσότητας αφήσει από μέσα του» ρυθμίζεται απλά από τη βαλβίδα-οπλισμό του πηνίου της ηλεκτροβαλβίδας, η οποία είτε, όταν διαρρέεται από  βολτάζ-εντολέα, ανοίγει και η ροή περνάει προς την εισαγωγή είτε, όταν δεν διαρρέεται, απλά δεν αφήνει τίποτα να περάσει (άρα το όλο bleed από το ταφάκι είναι σαν να μην υπάρχει) είτε το αντίστροφο ανάλογα με την τύπο της βαλβίδας. Κι αυτό ήταν! Είναι ο πιο αξιόπιστος τρόπος ελέγχου της πίεσης (και γι’ αυτό προτιμάται από τους κατασκευαστές στις μαμά διατάξεις), είναι όμως και ο λιγότερο αποδοτικός, «αποδοτικός» περισσότερο με την έννοια της ακρίβειας στον έλεγχο της πίεσης ή τη διατήρησή της σε επιθυμητά επίπεδα παρά με την ενεργειακή έννοια. Το μόνο, που θέλει προσοχή, είναι η θέση τοποθέτησης του σχετικά ευαίσθητου -σε θερμοκρασίες- solenoid, κάτι που φυσικά ισχύει και σε όλες τις άλλες διατάξεις που θα δούμε: μία σταθερή έδραση κάπου στο σασί, όπως ο καθρέπτης ή οι θόλοι κτλ., μακριά από «καυτές» πηγές, όπως το τούρμπο, είναι αυτό που χρειαζόμαστε. Η συγκεκριμένη διάταξη είναι τόσο «πνίχτης» ως προς τη διαχείριση και την επίτευξη της μέγιστης πίεσης, που, με λίγο πείραγμα-στραγγαλισμό στη σωλήνωση του bleed μετά το ταφάκι, ώστε να μειωθεί η παροχή προς την ηλεκτροβαλβίδα, σε πολλές εφαρμογές (βλ. JDM μεριά) παρατηρούνται σοβαρά κέρδη στο προφίλ πίεσης. Κι όταν λέμε προφίλ, εννοούμε επίσης την πρώτη φάση του χρονικά, δηλαδή την απόκριση χαμηλά κοντά στο boost threshold: με μία τέτοια απλή διάταξη όσο ανοικτή και να είναι η solenoid, μία κάποια πίεση σίγουρα πάντα φτάνει να πιέζει στο actuator του wastegate και άρα το αναγκάζει να ανοίξει ανεπιθύμητα και νωρίτερα από το ιδανικό, δηλαδή πριν καν φτάσουμε να σηκώσουμε τη μέγιστη πίεση-στόχο. Κι αν γενικώς το τόσο δα σωληνάκι προς την wastegate σας φαίνεται μικρό για να μπορεί να κάνει τόση «ζημιά», μην ξεχνάτε ότι η δύναμη, που αυτό ασκεί, δεν είναι η μόνη που προσπαθεί να ανοίξει τη θύρα της wastegate με το στανιό: τα καυσαέρια πριν (εξωτερική wastegate) ή μέσα (εσωτερική wastegate) στο μαντέμι του στροβίλου όχι μόνο την σπρώχνουν επίσης προς τα έξω-πάνω, αλλά πολλές φορές και με απόλυτη πίεση, πολύ μεγαλύτερη από την πίεση υπερπλήρωσης του σωληνακίου, υπερνικώντας από μόνα τους ακόμα και την τάση του ελατηρίου της wastegate! Kαι αυτό μπορεί να γίνεται ακόμα πιο αισθητό στις υψηλές rpm . Αυτός είναι ο λόγος που, ακόμα και με πλήρως ανοικτή την solenoid και το duty cycle της στο 100%, σε πολλά αυτοκίνητα η wastegate ανοίγει -από το εργοστάσιο- πριν το επιθυμητό.

Αμέσως επόμενη -κατά σειρά- κατηγορία είναι οι «τρίθυρες» ηλεκτροβαλβίδες, οι οποιές χρησιμοποιούνται είτε για να αντικαταστήσουν τη μαμά «δίθυρη» είτε φυσικά κατευθείαν κατά το τούρμπισμα ατμοσφαιρικού μοτέρ. Εδώ, στην πιο συχνή-βασική διάταξη με internal/ external, που δουλεύει σε single-port συνδεσμολογία, η ροή ελέγχου από την έξοδο του συμπιεστή περνάει ολόκληρη χωρίς διακλάδωση από την οπή εισόδου της ηλεκτροβαλβίδας, αλλά -ανάλογα με τη θέση της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας στο εσωτερικό της- εδώ έχουμε δύο οπές εξόδου για τη ροή: η μία πηγαίνει προς το actuator του wastegate και η άλλη εκτονώνεται πάλι, όπως με τις 2-port, πριν το συμπιεστή. Όταν η εσωτερική βαλβίδα σε μία 3-port ηλεκτροβαλβίδα είναι κλειστή, πρακτικά μηδενική ποσότητα διαφεύγει προς την wastegate και επομένως είναι σαν να μην έχουμε ρυθμιστική διάταξη καθόλου συνδεμένη (η πίεση των καυσαερίων στη θύρα της wastegate, δηλαδή, κοντράρεται μονάχα από την τάση του ελατηρίου της).Οι 3-port solenoids -λόγω της συνδεσμολογίας-λειτουργίας τους και μόνο- αφού δεν υπάρχει «αφιλτράριστη» bypass ροή προς το wastegate, ξεκινάνε από τα αποδυτήρια με ένα πολύ βασικό πλεονέκτημα: απαιτούν πολύ μικρότερο (μέχρι και το μισό περίπου) duty cycle για να πετύχουν την ίδια πίεση υπερπλήρωσης σε σχέση με τις 2-port bleed βαλβίδες: π.χ. με 50% duty cycle, η πίεση που μπορεί να σηκώσει το σύστημα με μία 3-port, μπορεί να αντιστοιχεί σε αυτήν που μία 2-port / bleed διάταξη μπορεί ιδρωμένη και τσιτωμένη να πετύχει με 100% duty cycle. Το υπόλοιπο 50% φυσικά είναι η ρευστομηχανική ... καβάτζα για να μπορέσουμε να απομακρύνουμε ακόμα μεγαλύτερη ποσότητα από τη ροή προς το wastegate και άρα να έχουμε αντίστοιχα κέρδη στην αύξηση της πίεσης υπερπλήρωσης. 3-port ηλεκτροβαλβίδα διαθέτουν και πολλά εργοστασιακά τουρμπάτα, όπως είναι τα 1.8Τ/TFSI VAG και, ναι, αναφέρομαι στην «πολυαγαπημένη»-αρχικά πολύπαθη Ν75 ηλεκροβαλβίδα τους, η οποία -ανάλογα με την έκδοσή της (C/F/H/J/K/«Race» κτλ.)- δίνει και διαφορετικά χαρακτηριστικά στο προφίλ της πίεσης ως προς το overboost, τη σταθερή κτλ. Πρόβλημα στην Ν75 δεν είναι πάντα εύκολο να ανιχνευτεί-διαγνωστεί, με το μοτέρ είτε να μπαίνει σε limp mode είτε να δουλεύει σχεδόν τελείως ατμοσφαιρικό και εδώ έρχεται το aftermarket να κουμπώσει πιο αξιόπιστες λύσεις προς αντικατάσταση. Αξίζει να αναφέρουμε ότι πολλά κομπλέ aftermarket τούρμπο με εσωτερικό wastegate έρχονται πλέον πακέτο με επιπλέον τη δικιά τους 3-port solenoid και σωλήνωση: στην έξοδο του κελύφους του συμπιεστή υπάρχει δηλαδή ήδη έτοιμη η σωλήνωση προς την είσοδο του actuator του wastegate ακριβώς δίπλα, με την ηλεκτροβαλβίδα να παρεμβάλλεται στα μέσα της κανονικά και χωρίς να χρειαστεί να προμηθευτούμε ξεχωριστό κιτ, αν δεν θέλουμε να δουλέψουμε με την αντίστοιχη που έρχεται με το EBC μας.

Δύο πόρτες έχει ζωή, δύο και η dualport wastegate

Και πάμε τώρα στη διάταξη κάθε high-end setup, που σέβεται τον εαυτό του και που επομένως διαθέτει dual port wastegate, της οποίας τις δυνατότητες θέλουμε πλήρως να εκμεταλλευτούμε. Μέχρι σήμερα μιλάγαμε για μία-αποκλειστική θύρα ελέγχου wastegate, εσωτερικού ή εξωτερικού και αυτό ήταν το στάνταρντ για πολλά χρόνια: το δοχείο της wastegate να έχει μόνο μία υποδοχή, η οποία να αντιστοιχεί στη μία μόνο πλευρά από τις δύο του διαφράγματος και συγκεκριμένα σε αυτήν που δεν περιέχει το ελατήριο. Με άλλα λόγια, στη μία πλευρά του διαφράγματος άσκουμε πίεση στο θάλαμο να κινηθεί το διάφραγμα, πιέζοντας το ελατήριο στην άλλη του πλευρά και ανοίγοντας τη θύρα στο μαντέμι/πολλαπλή, ενώ στην άλλη πλευρά του διαφράγματος, ο πιεζόμενος αέρας απλά διαφεύγει στο περιβάλλον, χωρίς να ελέγχουμε άμεσα την πίεση στο δεύτερo αυτό θάλαμο. Αυτό, που ιδανικά θέλουμε, είναι να ελέγχουμε την κίνηση του διαφράγματος και από τις δύο πλευρές του, έχοντας υποδοχή και στους δύο θάλάμους του και ιδού λοιπόν έρχονται τα dual port wastegates. Η πλειοψηφία των σοβαρών external είναι dual port (τα οποία μπορούν βέβαια να δουλέψουν και ως single port με τον τρόπο που περιγράψαμε αμέσως πιο πάνω, αν δεν συνδέσουμε καθόλου την πάνω θύρα), ενώ και τα πιο βαρβάτα internal wastegate έχουν και αυτά πλέον dual port actuator. Η κάτω υποδοχή, που πρέπει πάντα να συνδέουμε ακόμα κι αν δουλεύουμε το dual port ως single port, λέγεται «πρωτεύουσα-primary» port και η πάνω «προαιρετική» port (αυτή που πιέζει στο θάλαμο με το ελατήριο) λέγεται «δευτερεύουσα-secondary» port.

H βασική αρχή λειτουργίας των dual port wastegate είναι ότι, αν από την επιπλέον άνω υποδοχή του θαλάμου εισάγουμε με το ελατήριο και εκεί σωληνάκι υπερπίεσης, τότε βοηθάμε το ελατήριο να μπορεί να κρατάει τη βαλβίδα-θύρα του wastegate κλειστή, με μεγαλύτερη τάση, ελεγχόμενα και κατά το δοκούν. Εκεί, δηλαδή, που το ελατήριο θα κόντραρε μόνο του την πίεση από τα καυσαέρια συν την πίεση, που εμείς παρέχουμε από το κάτω port, τώρα με τη δεύτερη παροχή πίεσης πάνω και παρτουζώνοντας το διάφραγμα με αντίρροπες δυνάμεις-πιέσεις ελέγχουμε τελικά πολύ καλύτερα την όλη κίνηση ανοίγματος της βαλβίδας, κρατώντας την κλειστή για μεγαλύτερες τιμές πίεσης πριν το στρόβιλο. Φυσικά, εκτός από καλύτερο έλεγχο αυτό, όπως θα δούμε, προσθέτει οπωσδήποτε και την ανάλογη πολυπλοκότητα στο κύκλωμα και στο όλο setup, που πρέπει να ρυθμίσει ο επαγγελματίας ή ερασιτέχνης βελτιωτής. Οδηγικά, η χρήση dual port βοηθάει αισθητά τον έλεγχο με μισά γκάζια, αφού η μετάβαση σε υπερπίεση-υποπίεση στην εισαγωγή γίνεται ομαλότερα, χωρίς ξεσπάσματα και ανεπιθύμητα ξαφνικά τουρμπίσματα. Από πλευράς solenoids και συνδεσμολογίας, η πιο απλή διάταξη, που μπορούμε να έχουμε με dual port wastegate, είναι αυτή με 2-port solenoid και μία απλή διακλάδωση με ταφάκι μετά τη σωλήνωση από το συμπιεστή: ο ένας κλάδος μετά το ταφάκι κουμπώνει στην υποδοχή εισόδου του solenoid, του οποίου η έξοδος συνδέεται με την άνω/δευτερεύουσα port της wastegate, ενώ ο άλλος κλάδος συνδέεται απευθείας με την κάτω/πρωτεύουσα. 

Αμέσως επόμενη παραλλαγή αυτού είναι η ίδια ακριβώς διάταξη-συνδεσμολογία, αλλά με χρήση 3-port solenoid, όπου η μόνη διαφορά εδώ είναι ότι έχουμε μία ακόμα σωλήνωση να φεύγει από την ηλεκτροβαλβίδα, αυτή η οποία -υπό συνθήκες διατήρησης μίας πίεσης-στόχου (δηλαδή με μερικώς ανοικτή βαλβίδα wastegate)- εκτονώνει την αθροιστική υπερπίεση από τη μία διακλάδωση του ταφακίου και από την επιστροφή της σωλήνωσης από τη δευτερεύουσα port της wastegate (αφού το διάφραγμα ανεβαίνει προς τα πάνω από την υπερπίεση του άλλου κλάδου του Τ). Κατά τη φάση τουρμπίσματος τώρα και πριν φτάσουμε σε peak πίεσης υπερπλήρωσης, με τη διάταξη αυτή δεν υπάρχει εκτόνωση πίεσης εκτός της solenoid και αυτή δουλεύει σε αυτό το φάσμα σαν να ήταν 2-port (η βαλβίδα της solenoid κλείνει την επιστροφή): η πίεση της σωλήνωσης απλά την διαπερνά και έτσι ασκούμε υπερπίεση τόσο στην πρωτεύουσα όσο και στη δευτερεύουσα port του wastegate, κάτι που π.χ. στην περίπτωση του external σημαίνει ότι «υπερισχύει» ο άνω θάλαμος, ο οποίος σπρώχνει με το ελατήριο τη βαλβίδα του wastegate να παραμείνει κλειστή και να συνεχίζει η πίεση στην εισαγωγή να ανεβαίνει. Αν σκοπός μας είναι το τερμάτισμα του τούρμπο από πλευράς πίεσης υπάρχει και δεύτερη δυνατή διάταξη για χρήση 3-port ηλεκτροβαλβίδας με dual-port wastegate: ξεχνάμε τελείως τη διακλάδωση με ταφάκι, ξεχνάμε και την έξοδο εκτόνωσης και συνδέουμε απευθείας πρωτεύουσα port-δευτερεύουσα port-έξοδο συμπιεστή με την ηλεκτροβαλβίδα. Για το τι από όλα θα επιλέξουμε, όλα πάντα εξαρτώνται από το πώς δουλεύει καλύτερα ο κάθε διαφορετικός συνδυασμός μοτέρ-τούρμπο-wastegate-EBC/ECU.

Και πάλι όμως ούτε με μία 3-port solenoid εκμεταλλευόμαστε πλήρως τη χρήση της δευτερεύουσας υποδοχής του wastegate, αφού και πάλι ο ένας κλάδος μετά το ταφάκι συνδέει «ασάλιωτα» τη ροή ελέγχου από την έξοδο του συμπιεστή με τον πρωτεύοντα θάλαμο του wastegate, με αποτέλεσμα η wastegate να τείνει συνεχώς να ανοίξει υπό την επίδραση του κλάδου αυτού: μία 3-port διάταξη solenoid  μπορεί να κουμαντάρει τάσεις στο διάφραγμα που ισούνται – περίπου - με το μάξιμουμ του διπλάσιου της πίεσης που ασκεί το ελατήριο της wastegate. Εδώ, λοιπόν, για τον πραγματικά απόλυτο έλεγχο της wastegate, χρειαζόμαστε ιδανικά ακόμα πιο ακριβή έλεγχο από ένα 3-port solenoid και αυτό θα μας το δώσει, τι άλλο, μία διάταξη με περισσότερα ports ηλεκτροβαλβίδας. Για να γίνει αυτό έχουμε δύο βασικές λύσεις: η μία είναι η χρήση δύο «τρίπορτων» ηλεκτροβαλβίδων σε παράλληλη συνδεσμολογία ή η χρήση μίας «τετράπορτης» ηλεκτροβαλβίδας, που -όπως καταλαβαίνετε- το εσωτερικό της είναι ο ορισμός της ρευστομηχανικής πολυπλοκότητας. Σε περιπτώσεις που απαιτούμε πολύ υψηλές πίεσης τούρμπο (π.χ. όταν θέλουμε να στραγγίξουμε ένα μικρό σχετικά τούρμπο) ή αν θέλουμε προφίλ πίεσης-τραπέζι σε μεγάλο φάσμα rpm, αυτή η πολύπλοκη διάταξη είναι η μόνη μας σωτηρία, αφού κάθε άλλο setup ηλεκτροβαλβίδων, ακόμα και με 100% duty cycle, δεν επαρκεί για να μείνει κλειστή η wastegate για όσο θέλουμε. Ένα άλλο χαρακτηριστικό αυτών των βαρβάτων διατάξεων διπλών ή τετραπλών ηλεκτροβαλβίδων είναι ότι, αφού ελέγχουμε απόλυτα και τις δύο πλευρές του διαφράγματος του wastegate, η σωστή επιλογή σκληρότητας του ελατηρίου του παίζει δεύτερο ρόλο ή -τέλος πάντων- παίζει λιγότερο απ’ ότι με τις πιο απλές διατάξεις.

Από πλευράς συνδεσμολογίας, με τη χρήση δύο ξεχωριστών 3-port ηλεκτροβαλβίδων έχουμε ένα ταφάκι μετά το συμπιεστή, του οποίου οι δύο παράλληλοι κλάδοι περνάνε αντίστοιχα κι από μία ηλεκτροβαλβίδα, καθεμία από τις οποίες συνδέεται με μία εκ των δύο υποδοχών στη wastegate, με το τρίτο της port να είναι αυτό της εκτόνωσης (εφόσον είναι ανοικτή). Υπό συνθήκες σταθεροποίησης της πίεσης μετά το peak, οι ροές είναι ίδιες  ακριβώς, όπως τις περιγράψαμε στη διάταξη με το μονό 3-port solenoid. Εκεί που το πράγμα αλλάζει-βελτιώνεται είναι όσο θέλουμε την wastegate τελείως κλειστή για να φουσκώσει το εργαλείο: εδώ δεν κοντράρουμε το διάφραγμα και από τις δύο πλευρές του, αλλά αντίθετα τραβάμε πίεση από την κάτω-πρωτεύουσα port (την οποία επιστρέφουμε και εκτονώνουμε στη μία ηλεκτροβαλβίδα) και παρέχουμε πίεση μόνο στην πάνω-δευτερεύουσα επικουρικά του ελατηρίου.

“Desperate times call for desperate measures…”

Και με το μονό 4-port solenoid πως πάνε τα πράγματα, ρε μπάρμπα..? Πρακτικά εδώ είναι σαν να έχουμε δύο 2-port solenoid ενωμένα σε κοινό κέλυφος και σε μία μονάδα, των οποίων οι ροές διασταυρώνονται εσωτερικά. Το ένα port της παίρνει το άνω port του wastegate, το άλλο το κάτω, το τρίτο την είσοδο από την απομάστευση στην έξοδο του συμπιεστή και το τέταρτο την εκτόνωση στην ατμόσφαιρα. Οι ροές -κατά τα άλλα- είναι όπως ήδη αναφέραμε για τη διάταξη με διπλή solenoid, με τη διαφορά ότι το switch γίνεται πλέον εντός του κελύφους. Κι αν μετά από 4, 14 ή 44 ports η πίεση των καυσαερίων πάνω στη βαλβίδα του wastegate είναι τόσο τεράστια που ούτε το άθροισμα τάση ελατηρίου + ροή πρωτεύουσας + ροή δευτερεύουσας port είναι αρκετά για να κρατήσουν κλειστή (εναλλακτικά εδώ κάποιοι τραβάνε τελείως το σωληνάκι της wastegate και όσο αντέξει το εργαλείο το peak πίεσης στο κόφτη, το ‘χουμε δει κι αυτό σε πόλεμο ...δυναμόμετρου), τι κάνουμε..? Ε, τότε ή καλούμε τον μπετατζή να τσιμεντώσει τελείως τη wastegate ή καταφεύγουμε στην πιο extreme διαθέσιμη λύση, που μόνο σε εφαρμογές τρελών απαιτήσεων συναντάμε: συνδέουμε στη δευτερεύουσα port του wastegate εξωτερική (!!!) πηγή πίεσης από μπουκάλα, συνήθως με γόμωση CO2..!