Advertisement

 

Know How: Turbo Part XVI

Know How: Turbo Part XVI

«Θύρα ...αποβλήτων»..?!

«Wastegate»…Ανέκαθεν μία από τις αγαπημένες μου λέξεις φωνητικά από ολόκληρη την τεχνική ορολογία του αυτοκίνητου, το λες και αισθάνεσαι άρχοντας και πιο bad mother fucker ακόμα κι από τον Samuel L. Jackson στο Pulp Fiction. Για όποιον δεν ξέρει από τέτοια πράγματα και σε ακούει να αρθρώνεις «wastegate», σίγουρα νομίζει ότι αναφέρεσαι ή σε κάποιον Autobot Transformer  ή σε κάποιο σκάνδαλο μεγατόνων Αμερικανού προέδρου. Αρρώστια. «Waste» σημαίνει απόβλητο και «gate» σημαίνει θύρα, αλλά εδώ δεν πετάμε σκουπίδια, αφού το «waste» έχει την έννοια του «άχρηστου»: μιλάμε για τη βαλβίδα, η οποία σκοπό έχει να παρακάμψει τα περισσευούμενα (δηλαδή για τη δύναμη που θέλουμε σε εκείνο το σημείο χρειάζομαστε λιγότερα) καυσέρια εκτός στροβίλου και προς το περιβάλλον. Με άλλα λόγια, μιλάμε απλά για μία βαλβίδα bypass στην εξαγωγή του τουρμπάτου μοτέρ μας. Ρυθμίζοντας ουσιαστικά μέσω ελεγχόμενης παροχής καυσαερίων την ταχύτητα περιστροφής του στροβίλου και επομένως του συμπιεστή, η wastegate όχι μόνο ρυθμίζει την πίεση υπερπλήρωσης, αλλά και προστατεύει το μοτέρ από υπερβολική πίεση: αυτή θα τσάκιζε το μοτέρ, αν δεν υπήρχε αυτός ο μηχανισμός ρύθμισης, αφού χωρίς αυτόν όσο θα ανέβαιναν οι στροφές τόσο θα ανέβαινε και η πίεση μέχρι τον κόφτη και το καμπούμ (αυτό βέβαια κάνουν βασικά όσοι τρελοί τραβάνε το σωληνάκι της wastegate στο δυναμόμετρο «κι ό,τι γίνει»...). Και γιατί δεν ρυθμίζουμε το μέγεθος του μαντεμιού σε μεγαλύτερο έτσι ώστε να μην χρειαζόμαστε wastegate, ρε μπάρμπα (τα λεγόμενα «non-wastegated» ή «free-float», «ελεύθερης βοσκής», τούρμπο)..? Γιατί μέσω της wastegate μειώνουμε μεταξύ άλλων και το turbo lag: με ένα μικρότερο μαντέμι σπουλάρουμε νωρίτερα και ψηλά και εκεί, που θα μπούκωνε η είσοδος του στροβίλου και το backpressure θα βάραγε κόκκινο, εμείς ανοίγουμε την πορτούλα μας και το ανακουφίζουμε.

Είναι, λοιπόν, η wastegate η ιδανική λύση ελέγχου του τούρμπο, είναι μία «πύλη του ...παραδείσου»..? Όχι ακριβώς, περισσότερο είναι το «αναγκαίο κακό», είναι ο Καμμένος του μοτέρ δηλαδή: το γεγονός ότι η λειτουργία της πρακτικά είναι να πετάει ενέργεια στα σκουπίδια, αυτό από μόνο του λέει τα πάντα. Δεύτερο μειονέκτημα του ελέγχου της πίεσης μέσω wastegate είναι το γεγονός ότι αυτή πρέπει να αρχίσει να δουλεύει / ανοίγει αρκετά πριν φτάσουμε στην επιθυμητή πίεση, έτσι ώστε τελικά, όταν φτάσουμε εκεί, να είναι στην ιδανική της θέση για σταθεροποίηση της πίεσης στο επιθυμητό μάξιμουμ: αν θέλουμε να κρατήσουμε 1 bar ct / σταθερή πίεση, τότε αυτή πρέπει να αρχίσει να ανοίγει περίπου στο 0,5 bar, με άλλα λόγια πάνε στράφι ποσότητες καυσαερίων, που ακριβώς σε εκείνο το σημείο τα χρειαζόμαστε για να κατεβάσουμε το boost threshold! Μιλάμε, δηλαδή, για ένα είδος φαύλου κύκλου μεταξύ της επιθυμίας να ανεβάσει rpm ο στρόβιλος και της ανάγκης να ανοίξει η wastegate πριν φτάσουμε σε peak πίεση. Και εδώ είναι που καθορίζεται και η πίεση overboost, αν υπάρχει, σε σχέση με τη σταθερή πίεση μετά, καθώς και το πόσο απότομη είναι αυτή μέχρι να πέσει: η διάμετρος της θύρας, σε συνδυασμό με τη σκληρότητα του ελατηρίου, καθορίζουν τη σχέση αυτή των «δύο» πιέσεων, θα τα δούμε και πιο αναλυτικά. Αλλά, αν τελικά η wastegate έχει τόσα κουσούρια, γιατί εδραιώθηκε πανηγυρικά μέχρι σήμερα και πού είναι οι εναλλακτικές..? Η εναλλακτική είναι τα VTG, αλλά αυτά τα δούμε αργότερα.  

Υπάρχουν δύο είδη wastegate, οι εσωτερικές, «internal», οι οποίες «ανήκουν» στο τούρμπο ως υποεξάρτημά του και οι εξωτερικές, «external» (ή «remote»), που είναι ανεξάρτητες από το τούρμπο και τοποθετούνται -κατά κανόνα- στο συλλέκτη της πολλαπλής εξαγωγής πριν το τούρμπο. Σε πολύ γενικές γραμμές, οι εσωτερικές υπερισχύουν σε κόστος κατασκευής, οι εξωτερικές σε απόδοση, όταν ο όγκος καυσαερίων ξεπεράσει ένα σημείο. Το σίγουρο είναι ότι, είτε εσωτερική είτε εξωτερική, η θέση και η γωνία της wastegate στη ροή των καυσαερίων παίζει τεράστιο ρόλο, αφού πρέπει να είναι σε σημείο που η ροή έχει ομογενοποιηθεί ερχόμενη απ’ όλους κυλίνδρους και όχι να «αβαντάρει» ροή από συγκεκριμένους κυλίνδρους, θέλουμε δηλαδή τη μέγιστη δυνατή συμμετρία στη ροή της εξαγωγής μας. Πάμε να τα δούμε.

Wastegate «Εσωτερικών Υποθέσεων»...

Η …default wastegate, αυτή που φοράνε πρακτικά όλα τα εργοστασιακά τουρμπάτα (εσύ με την F40 ή την 930 συνέχισε να γελάς σαρδόνια) και αυτή με την οποία εξοπλίζονται τα περισσότερα aftermarket τούρμπο «λογικού» μεγέθους είναι η εσωτερική. Εδώ μιλάμε κατά βάση για έναν ενεργοποιητή, ένα πνευματικό actuator, το οποίο είναι στερεωμένο πάνω στο κέλυφος του συμπιεστή, ο βραχίονάς του διατρέχει το τούρμπο κατά μήκος του και καταλήγει στην καθαυτή θύρα του wastegate, η οποία είναι ενσωματωμένη στο, ειδικά προσαρμοσμένο για την εν λόγω στρογγυλή θύρα, κέλυφος του στροβίλου. Όπως και στην περίπτωση του εξωτερικού έτσι και εδώ η είσοδος ελέγχου της κίνησης της εσωτερικής wastegate είναι η πίεση στην πολλαπλή εισαγωγής, η οποία μεταφέρεται στο δοχείο του πνευματικού ενεργοποιητή της μέσω του ανάλογου σωληνακίου στη μία (κάτω) πλευρά ενός διαφράγματος. Το διάφραγμα-μεμβράνη μεταφράζει αυτήν τη διαφορά πίεσης dP σε κίνηση στην άκρη του ενός ωστηρίου, η άλλη άκρη του οποίου συνδέεται με τη βαλβίδα στο μαντέμι. Όσο αυξάνεται η πίεση υπερπλήρωσης στην εισαγωγή, τόσο περισσότερο πιέζεται να ανοίξει η wastegate από το ωστήριο του actuator μέχρι του σημείου που, αφού ανοίξει ολόκληρη, τα καυσαέρια, που απομένουν στο στρόβιλο, δεν είναι ικανά για να αυξήσουν περαίτερω την πίεση στην εισαγωγή και το σύστημα είναι σε ισορροπία. Όταν η εισαγωγή είναι σε υποπίεση ή σε μηδενικό boost, το wastegate δεν ανοίγει ρούπι, μένει βεντουζωμένο-κλειστό λόγω αρνητικής διαφορικής πίεσης (απόλυτης κάτω από μία ατμόσφαιρα) και λόγω της ύπαρξης ειδικού ελατηρίου επαναφοράς-προφόρτισης…Αυτή είναι η βασική ιστορία που πρέπει να ξέρετε για την ώρα. Δεν θα μπούμε όμως στα ενδότερα του πνευματικού της μηχανισμού κίνησης σήμερα, αυτό θα γίνει την επόμενη φορά και μιας και η αρχή λειτουργίας είναι κοινή με τα εξωτερικά wastegate, θα επικεντρωθούμε σήμερα στα σημεία που διαφέρει από την εξωτερική, που αυτά εντοπίζονται στην πλευρά της διαχείρισης των καυσαερίων. Καταρχάς μιλάμε για μία πιο απλή και πολύ μικρότερη -σε όγκο- κατασκευή σε σχέση με τα εξωτερικά wastegate, τα οποία, όπως θα δούμε, απαιτούν ξεχωριστές δικές του σωληνώσεις: μία εσωτερική wastegate στέλνει τα bypass καυσαέρια μέσα στην κανονική εξάτμιση του αυτοκινήτου, κομπλέ με τους (προ)καταλύτες κτλ. σαν να μην υπήρχε το τούρμπο...Όπως θα πούμε πιο αναλυτικά στα περί διαστασιολόγησης, υπάρχουν όρια στο μέγεθος του πορτακίου μίας εσωτερικής wastegate και επομένως και στα όρια παροχής bypass της και επίσης έχει μικρότερο «βαθμό απόδοσης» ρευστομηχανικά, όταν το εργαλείο βρίσκεται σε κατάσταση υπερπίεσης.

Όλα τα λεφτά εδώ στις εσωτερικές είναι η διαχείριση της ροής των καυσαερίων εκεί που τα πετάει η θύρα ανοιγόμενη, δηλαδή ακριβώς πάνω στην έξοδο της ροής του στροβίλου στην περιοχή που ξεκινάει το downpipe. Και αυτό έχει να κάνει φυσικά με τη φύση του όλου μηχανισμού της εσωτερικής wastegate: η θύρα της βρίσκεται στο εσωτερικό της εισαγωγής καυσαερίων του κελύφους του στροβίλου, λίγο μετά την είσοδο του μαντεμιού και πριν το inducer της φτερωτής. Όταν η μέχρι τότε κλειστή βαλβίδα της θύρας (η οποία έχει μεγαλύτερη διάμετρο από τη θύρα για να μπορεί να την σφραγίζει από πίσω καθώς το ελάτηριο του actuator, που θα δούμε, την πίεζει στη θέση της και κόντρα στο τοίχωμα) ανοίξει υπό την υπερπίεση εισαγωγής στο actuator, ανοίγει διάπλατα ο δρόμος, ώστε τα καυσαέρια από αυτήν την τρύπα να περάσουν στην άλλη πλευρά του κελύφους, η οποία είναι η περιοχή exducer του στροβίλου και να συναντήσουν τα καυσαέρια, που δεν χώθηκαν στην τρύπα της wastegate και έχουν παράξει έργο γυρνώντας το στρόβιλο. Και εδώ είναι το κλειδί: ρευστομηχανικά, μας νοιάζουν τόσο τα χαρακτηριστικά της ροής, όταν μπαίνουν στη θύρα, όσο και όταν αυτή εξάγεται από την άλλη στο κύριο ρεύμα των καυσαερίων, το οποίο δεν θέλουμε να επηρεαστεί από την τσαχπίνα δευτερεύουσα ροή της wastegate. Γιατί? Γιατί μία  -όχι και τόσο καλά σχεδιασμένη- εσωτερική wastegate αυξάνει κατά πολύ το backpressure (λόγω ανάμειξης τυρβωδών ροών διαφορετικών θερμοδυναμικών και ρευστομηχανικών χαρακτηριστικών) μετά το στρόβιλο και, όπως εξηγήσαμε πριν μήνες, δεν το θέλουμε αυτό...Τη λύση εδώ φέρνουν κάποιες πολύ ωραία μελετημένες τουρμπίνες εσωτερικού wastegate (είχε κάνει την αρχή η ΙΗΙ πριν χρόνια και ακολούθησαν κι άλλοι), που στο κέλυφος διαθέτουν ξεχωριστό αγωγό στο χυτό του μαντεμιού τους για την έξοδο της wastegate, ο οποίος αγωγός δεν ενώνει τα bypass καυσαέρια με τα κύρια στο exducer, αλλά -λόγω διπλής εξόδου του (μία μικρότερη για το wasetgate και μία μεγάλη για τα κύρια)- πιο κάτω βαθιά μέσα στο downpipe προς την εξάτμιση (ιδανικά οι δύο ροές ενώνονται στα 40+cm μετά το exducer). Η κατασκευή ενός τέτοιου μαντεμιού διπλής εξόδου είναι φυσικά πιο ακριβή, αλλά πραγματικά αξίζει, αφού σε μεγάλο βαθμό προσεγγίζουμε τα αντίστοιχα πλεονεκτήματα ενός εξωτερικού wastegate. Μιλώντας για το οποίο...

«Υπουργείο εξωτερικών»

Και γιατί να μπλέξουμε με όλη αυτήν την ιστορία ανοίγματος και χύτευσης του μαντεμιού με τρύπα για το wastegate και το μπλέξιμο με τις ροές των καυσαερίων και και…Ας κάνουμε το σαλίγκαρο του στροβίλου ένα απλό χυτό, χωρίς παρελκόμενα της wastegate, όπου απλά μπαίνει το καυσάεριο, όλο μαζί όσο μπαίνει γυρνάει το στρόβιλο και όλο μαζί πάλι μετά βγαίνει προς εξάτμιση μεριά…Συγχαρητήρια, καλώς ήρθατε στο μαγικό κόσμο της ανεξάρτητης, εξωτερικής wastegate. Εδώ το «ζόρι» της πολυπλοκότητας δεν το τρώει το μαντέμι του τούρμπο, αλλά η πολλαπλή εξαγωγής: το χταπόδι -εκτός από τους αυλούς από τους κυλίνδρους, που ενώνονται στο collector- έχει και ένα ακόμα ποδάρι, το οποίο απομαστεύει καυσαέρια υπό πίεση από το collector και τα οδηγεί σε ξεχωριστό πλέον wastegate, το οποίο μοιάζει με μικρό μαντέμι στροβίλου και συνδέεται πλέον και με v-band, όπως οι υπόλοιπες συνδέσεις του τούρμπο. Έτσι, το μέγεθος τόσο της βαλβίδας bypass μας όσο και της όλης ρυθμιστικής διατάξης δεν υπόκειται σε χωροταξικούς περιορισμούς, όπως συμβαίνει με το internal wastegate και έτσι η ενεργή ροή καυσαερίων και η πίεση υπερπλήρωσής μας μπορεί να ρυθμιστεί με καλύτερη ακρίβεια από πιο βαρβάτη βαλβίδα παράκαμψης, όταν τα άλογα σκαρφαλώνουν επικίνδυνα. Μπορούμε να κοτσάρουμε external wastegate σε διάταξη, που διαθέτει τούρμπο με internal? Ναι, μπορούμε αν πρέπει σώνει και καλά, με μία απλή κίνηση-προϋπόθεση: να κολλήσουμε το ωστήριο του actuator της internal στη θέση του, οπότε και η βαλβίδα δεν θα ανοίγει ποτέ και για κανένα λόγο, θα είναι σαν να μην υπάρχει. Χρήση συγκόλλησης ή …logo σε αυτές τις περιπτώσεις δεν συνίσταται, ιδιαίτερα εξαιτίας των διαστολών-συστολών στο μαντέμι από τους 1000 βαθμούς στους 15 και πάλι πίσω…Μιλώντας για θερμοκρασίες, της μοδάς σε εξτρίμ εφαρμογές είναι οι υδρόψυκτες external: για εφαμοργές που η αέροψυξη (μέσω των πτερυγίων του κελύφους της external) δεν επαρκεί, κάποιοι κατασκευαστές δίνουν και το οψιόν να συνδέθει η υδρόψυξη (αν υπάρχει). Και εδώ ισχύει ό,τι είχαμε πει και για την υδρόψυξη του cartridge πριν κάποιους μήνες: πρέπει να ληφθεί υπόψη η θερμική αντοχή του συστήματος ψύξης μας και αν αυτό έχει περιθώρια να σηκώσει το επιπλέον θερμικό φορτίο από έναν -μη αμελητέο- παίκτη στο κύκλωμα, όπως είναι μία γαϊδουρινή external. Από πλευράς εσωτερικής λειτουργίας, λόγω όγκου καυσαερίων και ανάγκης για πιο συμπαγή κατασκευή, εδώ δεν έχουμε απλά ένα βραχίονα να ανοίγει μεσώ μοχλισμού ένα πορτάκι υπό γωνία, όπως με τις internal, αλλά το διάφραγμα (το οποίο στα πιο βαρβάτες external είναι από Nomex παρακαλώ) ανοίγει κατευθείαν μία βαλβίδα, η οποία μοιάζει τρομερά με τις βαλβίδες της κυλινδροκεφαλής του μοτέρ: κοτσάνι-στέλεχος, κεφαλή, όλα κανονικά…Και εδώ ο πνευματικός έλεγχος από την εισαγωγή ανοίγει τη βαλβίδα, η οποία οδηγεί τα καυσαέρια στον αγωγό-σωλήνωση εξόδου της external.

Και που πάνε μετά τα καυσαέρια μόλις δουν την πόρτα της εξόδου της external..? Εδώ οι external χωρίζονται σε δύο υποκατηγορίες: η μία, η πολιτισμένη-ήσυχη-νόμιμη λύση οδηγεί τα bypass καυσαέρια πάλι πίσω στην εξάτμιση σε κάποιο σημείο μακριά από το exducer και πριν τον καταλύτη και τα καζάνια, όπως δηλαδή και μία (καλοσχεδιασμένη) internal. Τα κέρδη σε αύξηση του backpressure είναι καλύτερα απ’ ό,τι με την internal, αλλά και πάλι δεν είναι το ροϊκά ιδανικό: το ιδανικό είναι η καφρίλα, που όλοι αγαπάμε να μυρίζουμε και να ακούμε και να βλέπουμε, δηλαδή η έξοδος της external να είναι μία ανεξάρτητη, μίνι, δεύτερη εξάτμιση,το λεγόμενο screamer (όνομα και πράμα) pipe, το οποίο πετάει αγνά, παρθένα, αφιλτράριστα καυσαέρια στην ατμόσφαιρα είτε -με κοντό σωλήνα- στο πλάι είτε κάτω από το αυτοκίνητο είτε -με πολύ κοντό σωλήνα- κατευθείαν μέσα από το καπό προς τον ουρανό…Το βλέπουμε στα ντράγκστερ, σε μπανανίες, με την καλή έννοια εδώ, το βλέπουμε και σε δρομίσια αυτοκίνητα, που τρομοκρατούν τα βράδια τις γειτονιές. Στο εξωτερικό υπάρχουν ακόμα και πίστες, που απαγορεύουν στα αγωνιστικά τα screamer pipes, ενώ αν πάει κάποιος με τέτοιο να βγάλει γερμανικό TÜV (ΚΤΕΟ), παίζει να γίνει και πρωτοσέλιδο. Είναι ό,τι πιο καφρίλικο μπορείς να τρίψεις στη μούρη ενός οικολόγου, αλλά -το άτιμο- ροϊκά είναι ό,τι καλύτερο από πλευράς backpressure και απόκρισης της βαλβίδας του wastegate. Πιγκουίνε της Παταγονίας υπό εξαφάνιση, συγχώρα μας… Πάρα πολύ σημαντική είναι η εγκατάσταση της απομάστευσης της external από το χταπόδι με σωστή γωνία στη σωλήνωση, πολλοί δεν το λαμβάνουν αυτό υπόψη και δημιουργούνται τσάμπα προβληματάκια από το πουθενά. Αν τα καυσαέρια πρέπει να κάνουν …ακροβατικά για να μπουν στη σωλήνωση της external, τότε είναι σίγουρο ότι σε ψηλές rpm η ακρίβεια στη ρύθμιση της πίεσης πάει περίπατο. Πιο συγκεκριμένα, υπάρχουν τρεις κύριες προσεγγίσεις στο θέμα «γεωμετρία απομάστευσης», το λεγόμενο «bleed angle»: η χειρότερη από τις τρεις είναι να κοτσάρουμε τη σωλήνα εισόδου του external απλά σε κάθετη ορθή γωνία 90 μοιρών πάνω στην πολλαπλή, αφού δυσκολεύουμε τη ζωή των καυσαερίων από κάποια παροχή και πάνω. Αμέσως καλύτερη λύση, αλλά και πάλι όχι ιδανική, είναι να φεύγει ο αγωγός προς το wastegate υπό γωνία, πες, 30-40 μοιρών σε σχέση με τη νοητή ευθεία προς το τούρμπο. Έτσι διευκολύνουμε τα καυσαέρια στο bypass, αλλά και πάλι υπάρχει μία «κλίση-τάση» αυτά να θέλουν περισσότερο να κινηθούν ευθεία προς το στρόβιλο παρά προς external μεριά. Και τέλος υπάρχει η λεγόμενη «συμμετρική» διάταξη bleed angle, όπου ουσιαστικά το collector σχηματίζει δίχαλο με τον αγωγό του external, δηλαδή και η κύρια εξαγωγή προς το τούρμπο στρίβει στην ίδια γωνία με τη γωνία που φεύγει η (μικρότερη σε διατομή φυσικά) σωλήνωση προς το external. Εδώ πάλι φυσικά τα πιο πολλά καυσαέρια θα κατευθυνθούν προς το στρόβιλο λόγω διαφοράς στις διαμέτρους των δύο διατομών, αλλά τουλάχιστον όταν θα θέλουμε να δουν ανεμπόδιστα την ορθάνοικτη βαλβίδα, π.χ. προς τον κόφτη, θα τον έχουμε φάτσα φόρα μπροστά τους σε φάση «ανοίξαμε και σας περίμενουμε».

Διαστασιολόγηση wastegate: μύθοι και πραγματικότητα

Έχω ένα μυστικό κρυμμένο στης καρδιάς τα βάθη, το ξέρουνε οι κάμποι, το `χει μάθει το βουνό: τα περισσότερα εργοστασιακά, χυτά, μαντεμένια κελύφη στροβίλου με εσωτερική wastegate για βενζινοκινητήρες αποτελούν χυτεύσεις από προηγούμενες εφαρμογές turbodiesel (δεν είναι το πιο φτηνό πράγμα στον κόσμο να φτιάχνεις εργαλεία και καλούπια για τούρμπο). Τι σημαίνει αυτό για εμάς σήμερα? Ότι πολλά «βενζινοκίνητα» τούρμπο ευρείας παραγωγής έχουν μικρότερη θύρα wastegate απ’ ό,τι θα έπρεπε, καθώς γενικώς οι βενζίνες έχουν περισσότερη ανάγκη για bypass καυσαέρια (μέχρι και το 40% της συνολικής παροχής καυσαεριων από τον κύλινδρο μπορεί να χρειαστεί σε ένα φάσμα να περάσει από την wastegate!), με τα πετρέλαια να περνάνε αναλογικά περισσότερη ποσότητα καυσαερίων από το στρόβιλο (γι’ αυτό και έχουν σχετικά μεγάλα μαντέμια για δεδομένο συμπιεστή). Μικρή θύρα wastegate με πολλά καυσαέρια σημαίνει αυξημένο θερμικό φορτίο για την περιφέρεια της οπής, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε ρωγμές λόγω θερμικής κόπωσης, με άλλα λόγια για high-end aftermarket εφαρμογές βενζίνης σαν αυτές που κάθε μήνα βλέπετε στο περιοδικό, οι κατασκευαστές τούρμπο πρέπει να παίξουν με «πειραγμένα» κελύφη, αν τύχει να ξεκινήσουν με βάση τούρμπο χαμηλότερων αρχικών προδιαγραφών και απαιτήσεων παροχής bypass: ανοίγουν την προϋπάρχουσα οπή του μαντεμιού με το λεγόμενο porting, φυσικά στο μέτρο του δυνατού -για δεδομένες διαστάσεις- κελύφους και χωρίς να το αδυνατίσουν υπέρμετρα. Φυσικά, οι κατασκευαστές προχωρούν σε υπολογισμούς με CFD και υπολογιστική ρευστομηχανική για να υπολογίσουν ποιά είναι η μέγιστη παροχή, που μπορεί να περάσει από μία δεδομένη διατομή οπής της wastegate, λαμβάνοντας μάλιστα υπόψη ακόμα και την πτώση πίεσης, που λαμβάνει χώρα πριν και μετά το στρόβιλο, μεταβολή που επηρεάζει και την bypass ροή λόγω φαινομένων βεντούρι. Έτσι, πολλά performance τούρμπο τελευταίας εσοδιάς, που επιμένουν σε internal wastegating (τα μη-γαϊδούρια δηλαδή), μέσω ανοίγματος της οπής, έχουν φτάσει να προσφέρουν διαμέτρους εσωτερικής wastegate, που πλησιάζουν αυτές των μικρότερων external: υπάρχουν εσωτερικά wastegate των 36mm (στα οποία αντιστοιχεί βαλβίδα 40+mm) και επειδή στον τύπο του εμβαδού διατομής η διάμετρος είναι στο τετράγωνο, μην ξεχνάμε ότι η αύξηση στη διάμετρο αυξάνει εκθετικά τη διατομή (π.χ. μία οπή των 30mm έχει σχεδόν 40% μικρότερη διατομή από μία των 36mm). Κατά κανόνα, η εφαρμογή μας απαιτεί πάνω από 38mm θύρα, πάμε αναγκαστικά σε external, εκεί βρίσκεται η γραμμή μετάβασης από εσωτερική σε εξωτερική. Οι τελευταίες φτάνουν πλέον και τα 60mm και μπορούν να κοντράρουν μικρά …τούρμπο σε μέγεθος κελύφους. Φυσικά, γενικώς, όπως είναι κακό να έχουμε μικρότερη wastegate απ’ ό,τι πρέπει, το ίδιο ισχύει και για υπερβολικά μεγάλες θύρες για την εφαρμογή μας: το παραμικρό άνοιγμα μίας υπερβολικά μεγάλης βαλβίδας σημαίνει γεωμετρικά και απότομα πολύ μεγάλο άνοιγμα από πλευράς παροχής από τη διατομή, κάτι που δυσχεραίνει τον ακριβή έλεγχό της από τα ανάλογα μηχανικά, ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου της πίεσης, τα οποία θα δούμε τον επόμενο μήνα. Μία από τις πιο δύσκολες κατασκευαστικά, αλλά και από πλευράς κατεργασίας της χύτευσης  προκλήσεις είναι η ενσωμάτωση ρευστομηχανικά σωστών (συμμετρικών) οπών εσωτερικών wastegate στα twin scroll μαντέμια: οι εσωτερικοί δίδυμοι αγωγοί του σαλίγκαρου απαιτούν ειδικές γωνίες περιστροφής του νοητού άξονά τους, ώστε να μπορούν να έρθουν τα κανάλια του wastegate και να τα αγκαλιάσουν και τελικά αυτά να καταλήξουν σε δύο αντικριστές οπές-μισοφέγγαρα (σχήματος D), που όταν εφάπτονται, δίνουν ολόκληρη την κυκλική διατομή. Ο κόπος όμως να σχεδιαστεί όλο αυτό αξίζει, αφού διαφορετικά θα χρειαζόταν να αγοραστούν και να εγκατασταθούν δύο εξωτερικές wastegate (μία για κάθε ζεύγος κυλίνδρων σε 4κύλινδρο), αφού χώρος πάνω στο τούρμπο για δύο actuator εσωτερικών wastegate γιοκ! Σε κάθε περίπτωση, για την επιλογή μεγέθους wastegate δεν έχει σημασία μόνο η απόλυτη ιππόδυναμη, αλλά και το πώς βγαίνει αυτή: από μεγάλο-μικρό τούρμπο ως προς την παροχή..? Από μεγάλο-μικρό μοτέρ από πλευράς κυβικών και rpm..? Από μεγάλη-μικρή πίεση υπερπλήρωσης..? Π.χ. σε εφαρμογές low-boost σε σχετικά μεγάλα μοτέρ από πλευράς παροχής (είτε από κυβικά είτε από ψηλές rpm), δεν χρειάζεται μεγάλο ποσοστό των καυσαερίων να περάσει από το στρόβιλο και έτσι το θέμα εκεί είναι να μπορεί η wastegate να διαχειριστεί μία σχετικά πολύ μεγάλη ποσότητα καυσαερίων bypass. Σε ακραία σενάρια μεγάλου μοτέρ με μικρή πίεση τούρμπο, μπορεί να χρειάζεται να καταφύγουμε σε γαϊδουρινή external όχι λόγω συνολικής δύναμης, αλλά λόγω μεγάλου ratio παροχών bypass/στροβίλου!

Το καλοκαίρι τώρα αρχίζει…

Στην επόμενη συνέχεια της σειράς των τούρμπο θα βουτήξουμε ακόμα πιο βαθειά στις wastegate και πιο συγκεκριμένα στον τρόπο ρύθμισής τους και στο πώς τις ξεγελάμε για να αυξήσουμε την πίεση και την ιπποδύναμη είτε μηχανικά είτε ηλεκτρονικά. Στη συνέχεια, ολοκληρώνοντας με τη θύρα της κολάσεως, θα δούμε, άμα λάχει, τα boost controller και τα VTG, που είναι πολύ της μόδας. Καλές διακοπές σε όλους!

 

Αρθρογράφος