Advertisement

 

Know How: Turbo Part XVII

Know How: Turbo Part XVII

Όταν μιλάμε για έλεγχο της wastegate...

... δεν μιλάμε για έλεγχο μόνο της μέγιστης τιμής της πίεσης του τύπου «το εργαλείο σηκώνει 1,5 μπάρα, ναούμ, τέλος», αυτό συνήθως είναι το λιγότερο: το βασικό είναι ο έλεγχος του προφίλ της πίεσης σε όλο το φάσμα από το boost threshold μέχρι και τον κόφτη. Γιατί μην ξεχνάτε ποτέ ότι -για δεδομένη καρότσα- πιο γρήγορο δεν είναι το αυτοκίνητο, που έχει τα περισσότερα στιγμιαία μέγιστα άλογα στην καμπύλη, αλλά αυτό που έχει την υψηλότερη ΜΕΣΗ ιππόδυναμη στο ενεργό φάσμα λειτουργίας του. Πώς, λοιπόν, ελέγχουμε το άνοιγμα και το κλείσιμο της θύρας της wastegate κατά βούληση (ή έστω το κατά δύναμιν, δεδομένου ότι -βάσει μεγέθους και χαρακτηριστικών τούρμπο- χαμηλά δεν μπορούμε να τουρμπίσουμε, όπου εμείς θέλουμε και ψηλά δεν αντέχουμε να διατηρούμε όση πίεση μπορεί να θέλουμε)..? Πάμε να δούμε πρώτα τις πιο «ανορθόδοξες» μεθόδους ελέγχου, αυτές που εμείς οι δρομίσοι γνωρίζουμε λιγότερο.

Οι «εναλλακτικές»   

Η πιο πρωτόγονη μορφή ελέγχου θα ήταν φυσικά χωρίς καθόλου ρευστομηχανικό κύκλωμα, κατευθείαν με καθαρά μηχανικό έλεγχο πάνω στο μοχλό-βάνα της βαλβίδας στην εξαγωγή πριν το στρόβιλο. Επειδή, όμως, φυσικά θέλουμε και τα δύο χέρια για οδήγηση και δεν μπορούμε να έχουμε μόνιμα το ένα κουλό μας σε μία βαλβίδα να ρυθμίζει την πίεση σαν παλιό ραδιόφωνο ανάλογα με τις στροφές στο μοτέρ, ο τρόπος αυτός ελέγχου δεν υπήρξε ποτέ στα αυτοκίνητα παρά τον συναντάμε μόνο σε εφαρμογές, που οι στροφές του μοτέρ μένουν σχετικά σταθερές για μεγάλα διαστήματα λειτουργίας, όπως είναι π.χ. κάποια μικρά τουρμπάτα μονοκινητήρια αεροσκάφη.

Άλλη εναλλακτική είναι ο καθαρά υδραυλικός έλεγχος της βαλβίδας της wastegate, ο οποίος μάλιστα είναι πολύ πιο ακριβής από τον κλασσικό-καθιερωμένο πνευματικό τρόπο, που θα φάει τον περίσσοτερο χρόνο μας πιο κάτω σήμερα: αντί να ελέγχουμε το άνοιγμα της θύρας με συμπιεστό ρευστό (αέρα κοπανιστό από την εισαγωγή), το οποίο ακόμα κι αν δεν παίζουμε με τη «δύναμη», που του ασκούμε, αυτό μπορεί να συμπιέζεται και να εκτονώνεται, όπως αυτό γουστάρει, γιατί να μην ελέγξουμε το υδραυλικό κύκλωμα και το (πρακτικά ασυμπίεστο) υδραυλικό υγρό-λάδι, το οποίο, όταν του λέμε θα ανοίξεις τη θύρα με ακρίβεια χιλιοστού, θα το κάνει και μάλιστα με πολύ μεγαλύτερη ταχύτητα. Ποιοι βαρβάτοι χρησιμοποιούν υδραυλικές (ηλεκτροϋδραυλικές βασικά, αφού ο έλεγχος της παροχής του μέσου είναι με ηλεκτροβαλβίδα) wastegate..? Πρώτες και καλύτερες τα τελευταία χρόνια οι ομάδες της Formula 1, στα τουρμπάτα υβριδικά μοτέρ από το 2014 και μετά, όπου, αν δείτε wastegate τελευταίας εσοδιάς Formula 1, θα τραβάτε τα βυζιά σας, αφού ακόμα και οι πιο βαρβάτες external δρόμου θα σας φανούν φλωριά: πέρα από τον υδραυλικό έλεγχο του ανοίγματός της από τον ενεργοποιητή της, αυτός -αντί για κλασσική βαλβίδα ή θύρα, που έχουν οι εξωτερικές και οι εσωτερικές δρομίσιες wastegate αντίστοιχα- ανοίγει όλοκληρη οβάλ πεταλούδα-κλαπέτο, νααα, με το συμπάθιο, με διπλή είσοδο για τα δύο χταπόδια από τις πλευρές του V και με κοινή έξοδο (η οποία μέχρι πέρσι επέστρεφε μέσα στην εξάτμιση μετά το τούρμπο, αλλά από φέτος, μετά το λογικό κράξιμο που φάγανε για τα αθόρυβα μονοθέσια, την πετάνε ξεχωριστά στην ατμόσφαιρα με screamer type, μπας και ακουστούν καθόλου, τώρα ξέρετε, γιατί φέτος ακούγονται κάπως περισσότερο). Επίσης την ψύχουνε με ανθρακονημάτινους αεραγωγούς για πάρτη της και ελέγχουν και τη θέση της πεταλούδας της με αισθητήρα, που στέλνει σήμα ελέγχου στην ECU. Υδραυλικές wastegate συναντάμε και σε κάτι περίεργες, ειδικές κατηγορίες ράλλυ, αλλά και σε τούρμπο εμβολοφόρους κινητήρες αεροσκαφών.

Θεωρητικά, ακόμα πιο ακριβείς από τις υδραυλικές wastegate, αλλά πιο ευαίσθητες από πλευρά αξιοπιστίας σε υψηλές θερμοκρασίες και υγρασία είναι οι ηλεκτρικές wastegate. Προσοχή, δεν μιλάμε εδώ για κλασσικό ηλεκτροπνευματικό έλεγχο πνευματικού actuator, όπως αυτός που θα αναλύσουμε σήμερα πιο κάτω, που φοράνε πρακτικά όλα τα τουρμπάτα αυτοκίνητα σήμερα είτε από τη μάνα τους είτε μέσω aftermarket boost controller, αλλά για καθαρά ηλεκτρικό actuator, που ελέγχει γραμμικά την κίνηση της wastegate απευθείας μέσω εντολών της ECU από το CANBUS στο controller του (βηματικoύ) ηλεκτροκινητήρα του και που μπορεί δηλαδή να δώσει κωδικό βλάβης OBD κανονικά, αφού υπάρχει απευθείας πάνω στην έξοδο και αισθητήρας γραμμικής θέσης, όπως είπαμε και για τους υδραυλικούς της Formula 1. Πρωτόγονες ηλεκτρικές wastegate υπήρχαν ήδη από το ’40, δηλαδή πριν τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, π.χ. στα ιστορικά βομβαρδιστικά B-17, όπου ο έλεγχος του ηλεκτροκινητήρα ήταν καθαρά αναλογικός, από χειριστήριο μέσα στο πιλοτήριο. Όσον αφορά την αυτοκινητοβιομηχανία, για δεκαετίες μετά, η ιδέα της ηλεκτρικής wastegate εγκαταλείφθηκε και μόλις πολύ πρόσφατα, τα τελευταία 4-5 χρόνια, μεγάλοι προμηθευτές, όπως η MAHLE και η Pierburg, έβγαλαν σε ευρεία παραγωγή για μοντέλα μεγάλων κατασκευαστών φουλ ηλεκτρικές wastegate. Σε αντίθεση με τις κλασσικές (ηλεκτρο)πνευματικές, οι ηλεκτρικές μπορούν να δώσουν την επιθυμητή θέση στη βαλβίδα άμεσα, ανεξάρτητα με το αν το μοτέρ βρίσκεται σε υπερ- ή υποπίεση εκείνη τη στιγμή(οι απότομες ακραίες εναλλαγές συνθηκών πίεσης), κάτι στο οποίο οι κλασσικές wastegate εμφανίζουν πάντα ένα κάποιο lag. Ένα άλλο πλεονέκτημα των ηλεκτρικών έχει να κάνει με τους ρύπους και συγκεκριμένα με τη γρήγορη προθέρμανση του (προ)καταλύτη: εφόσον το άνοιγμά της δεν έχει να κάνει με βρόγχο/απομάστευση πίεσης από την εισαγωγή, αλλά με απλές εντολές ECU, το σύστημα μπορεί, αν θέλει, να την κρατάει τέρμα ανοικτή από την αρχή της κρύας εκκίνησης και άσχετα με την πίεση στην εισαγωγή, έτσι ώστε να έρθει σβέλτα ο καταλύτης σε θερμοκρασία λειτουργίας. Ακόμα πιο της μόδας από τους γραμμικούς (linear) ηλεκτρικούς ενεργοποιητές wastegate είναι οι περιστροφικοί (rotary) ηλεκτρικοί ενεργοποιήτες για τα τούρμπο, που διαθέτουν VTG αντί για wastegate, αλλά αυτά θα τα δούμε το Σεπτέμβρη με τα πρωτοβρόχια, λαμόγια μου. Ένα πράγμα όμως είναι το σίγουρο: πολύ προσεχώς θα βλέπετε όλο και περισσότερα νέα αυτοκίνητα με ηλεκτρική wastegate, αφού είναι εργαλείο που βοηθάει τους κατασκευαστές να έχουν τον απόλυτο έλεγχο της πίεσης εισαγωγής, κάτι που σήμερα δεν είναι ακριβώς δυνατό όσο καλός και να είναι ο τύπου Ν75 κτλ. ηλεκτροπνευματικός έλεγχος.  

 

Να ακούς πάντα τον πνευματικό σου

Και φτάνουμε στον κλασσικό έλεγχο της wastegate, αυτόν που ξέρουμε όλοι από τα tuning γεννοφάσκια μας, τον πνευματικό έλεγχο της wastgate μέσω παροχής μικρής ποσότητας αέρα (απομάστευση, bleed) από σωληνάκι στην πλευρά της εισαγωγής μετά την έξοδο του συμπιεστή (είτε αμέσως μετά τη φτερωτή είτε πιο σπάνια μετά την πεταλούδα στην πολλαπλή εισαγωγής είτε πιο συχνά στη σωλήνωση πριν από αυτήν) σε κλειστό βρόγχο. Καθώς η εισαγωγή περνάει σε υπερπίεση και η απόλυτη πίεση ξεπερνά την ατμοσφαιρική, η πνευματική αυτή πίεση πιέζει το διάφραγμα του ενεργοποιητή της wastegate και με τη σειρά του αυτό κοντράρεται από το ελατήριο του ενεργοποιητή μέχρι να επέλθει ισορροπία μεταξύ των δύο αντίθετων δυνάμεων, ισορροπία που αντιστοιχεί σε διαφορετικό άνοιγμα της θύρας και επομένως σε άλλη παροχή καυσαερίων προς το στρόβιλο, που -με τη σειρά του- σημαίνει και άλλη ισχύ στο συμπιεστή, που σημαίνει άλλη πίεση...Έτσι συνδέεται -σε πολύ γενικές γραμμές- η σκληρότητα και η προφόρτιση του ελατηρίου με την επιθυμητή πίεση-στόχο. Και πριν μπούμε σε πιο βαθιά νερά και πριν μιλήσουμε για boost controller, λέμε και τονίζουμε από τώρα ότι Η ΒΑΣΗ για να πετύχουμε τη μέγιστη πίεση, που θέλουμε, είναι το -εξ’ αρχής- σωστό πάντρεμα με τη σκληρότητα/προφόρτιση του ελατηρίου, αφήνοντας στο boost controller μόνο το «ραφινάρισμα» της πίεσης σε ένα λογικό εύρος μόνο. Μία εντελώς λάθος σκληρότητα  δεν μπορεί να έρθει στα ίσια της ποτέ από πλευράς πίεσης ό,τι θεϊκό και σούπερ ντούπερ boost controller και να έχουμε. Πάμε να τα δούμε με τη σειρά όλα.

Βάστα την τσάκα λέμε

Όταν μιλάμε για έλεγχο της wastegate με την έννοια των δικών μας χωραφιών, δηλαδή βάσει της αύξησης της πίεσης από το αρχικό εργοστασιακό επίπεδο, εννοούμε ένα και μόνο πράγμα: να την εξαπατήσουμε. Να την πιάσουμε κορόιδο, βρε αδερφέ. Άλλα να βλέπει ότι -και καλά- γίνονται στην εισαγωγή και άλλα να γίνονται στην πραγματικότητα, αλλά να το ξέρουμε μόνο εμείς και όχι αυτή. Και ο πιο -για δεκαετίες- πατροπαράδοτος, εύκολος και φθηνός τρόπος για να γίνει αυτό ήταν και είναι ο χειροκίνητος, με την «τσάκα» ή «βαλβιδόνι»: δεν είναι τίποτα άλλο από έναν κοχλία, μία βαλβίδα με σπείρωμα, το οποίο, γυρνώντας το είτε από το μηχανοστάσιο είτε κι από την καμπίνα, αν έχουμε τραβήξει το σωληνάκι μέχρι εκεί (η τοποθέτηση στο μηχανοστάσιο υπερισχύει σε χρόνους απόκρισης), παρεμβάλλεται στην ομαλή ροή του αέρα του σωληνακίου από την εισαγωγή προς το actuator του wastegate και μέσω του -κατά βούληση- στραγγαλισμού/διαρροής της ροής κάνει το actuator να «βλέπει» λιγότερη πίεση απ’ ό,τι υπάρχει στην εισαγωγή. Έτσι, το διάφραγμα και το ελατήριο πιέζονται με μικρότερη τάση απ’ ό,τι «θα έπρεπε κανονικά» και η θύρα ανοίγει αργότερα/λιγότερο. Γενεές και γενεές γαλουχήθηκαν με την τσάκα, η οποία μπορούσε να αποβεί κόλαση ή παράδεισος αναλόγως των προ boost controller και των εξελιγμένων ECU της εποχής. «Αναλόγως», γιατί κάποιοι πάνω στον ενθουσιασμό τους να κερδίσουν άλλες δύο καρότσες και να περάσουν τον Μάκη, «ξεχνάγανε» βασικά πράγματα, που επιφέρει η άναρχη αύξηση της πίεσης, όταν τον πρωταγωνιστή παίζει η τσάκα μόνη της, χωρίς ανάλογες αλλαγές στην υπόλοιπη υποδομή του μοτέρ: θερμοκρασία εισαγωγής..? Α/F λόγος..? Πειράκια..? Μέχρι ποια πίεση μπορεί να διορθώσει τις παραμέτρους λειτουργίας η μαμά ECU (αν υπήρχε τέτοια…) βλέποντας περισσότερη πίεση στην εισαγωγή πριν μπει σε safe mode ή ακόμα χειρότερα πριν το καμπούμ..? Και δεν ήταν/είναι μόνο οι κοντράκηδες, που κοιμόντουσαν αγκαλιά με την τσάκα στο μαξιλάρι: η τσάκα ήταν ο καλός φίλος οδηγού - μηχανικών και σε όλες τις μορφές αγώνων με τουρμπάτα μοτέρ, σε αυτές που τουλάχιστον υπήρχε η δυνατότητα βάσει κανονισμών. Αν δείτε παλιότερα τουρμπάτα αγωνιστικά σε κάποιο μουσείο ή σε κάποια συλλογή, συχνά θα παρατηρήσετε μία «υπερτροφική» τσάκα κάπου μέσα στην καμπίνα, 4-5 φορές μεγαλύτερη από την τσάκα που ξέρουμε. Η «βάνα» αυτή σε τέτοιες κατασκευές έπρεπε να έχει αυτό το μέγεθος, αφού -κατά τη διάρκεια ενός αγώνα- ο οδηγός με τα γάντια, τα κράνη κτλ. έπρεπε να μπορεί εύκολα να τη ρυθμίσει, χωρίς να έχει μεγεθυντικό φακό…

Είπαμε πιο πάνω ότι η τσάκα ελέγχει το πόση πίεση περνάει/δεν περνάει βάσει «στραγγαλισμού/διαρροής» και αναφέραμε και τα δύο επίτηδες, ακριβώς επειδή υπάρχουν δύο βασικοί τύποι τσακών: η μία είναι αυτή που απλά περιστρέφοντάς την αφήνει μία ποσότητα αέρα να διαφύγει εκτός στην ατμόσφαιρα (ή -κατά περίπτωση- πίσω στην εισαγωγή), παίζοντας εσωτερικά με τις διατομές από τις οποίες περνάει, δεν περνάει αέρας (π.χ. με βελόνα), οι κυριολεκτικά-αποκλειστικά «bleed valve», δηλαδή συνδεσμολογίας «Τ». Εδώ ουσιαστικά χάνουμε επίτηδες, ελεγχόμενα, πίεση από τη σωλήνωση, έτσι ώστε, αν π.χ. έχουμε απώλεια 0,2 bar από την αρχική πίεση εισαγωγής στο 1 bar, η wastegate να βλέπει μόνο τα 0,8 από αυτά.

Η πιο μοντέρνα εκδοχή της τσάκας είναι του λεγόμενου τύπου «ball and spring», όπου σκοπός είναι να στραγγαλίσουμε πιο ελεγχόμενα την εισερχόμενη πίεση από την εισαγωγή. Εδώ δεν στηριζόμαστε στην οπή εξόδου για τον έλεγχο, αλλά σε μία επιπλέον διάταξη εσωτερικά, όπου μία μπίλια πιέζεται στην οπή εισαγωγής από ελατήριο. Όσο περιστρέφουμε την τσάκα εξωτερικά τόσο προφορτίζουμε το ελατήριο και τόσο αυτό πιέζει την μπίλια κόντρα στην οπή εισόδου, επομένως απαιτείται περισσότερη πίεση για να σπρώξει η μπίλια το ελατήριο και να ανοίξει η οπή, αφήνοντας τον αέρα να φτάσει στο διάφραγμα του actuator. Και εδώ μπορούμε να έχουμε μία μικρή bleed hole πίσω από την μπίλια, που παίζει μάλιστα διττό ρόλο: από τη μία είναι για να διαφεύγει πίεση, όταν το τούρμπο δεν είναι σε υπερπίεση και έτσι να βοηθιέται η θύρα της wastegate πιο κάτω ώστε να κλείνει, όταν αφήσουμε το γκάζι και να μην έχει την τάση να μείνει ανοικτή (όπου θα έπαιρνε όλο το ζόρι το ελατήριο του διαφράγματός της). Ένας άλλος λόγος ύπαρξης της bleed hole -ακόμα και στις μοντέρνες αυτές τσάκες- είναι να μειώνεται το overboost ή -με άλλα λόγια- να μην πέφτει πολύ η πίεση ψηλά μετά από αυτό, δηλαδή να κρατιέται η καμπύλη της πίεσης πιο φλατ. Οι «ball and spring» μπορεί να είναι είτε «διαμήκεις» είτε σε «Τ» και συνήθως είναι αλουμινένιες ή μπρούτζινες.

Σε κάθε περίπτωση, είτε με bleed τσάκα είτε με ball and spring, η χειροκίνητη ρύθμιση της πίεσης δεν είναι ποτέ η ιδανική, αφού δεν λαμβάνει ως παράμετρο άμεσα ούτε το άνοιγμα της πεταλούδας και τις rpm, δηλαδή το φορτίο, ούτε άλλες παραμέτρους λειτουργίας. Η έλλειψη της παραμέτρου του φορτίου σημαίνει πρακτικά ότι η πίεση δεν θα είναι, όπως τη θέλουμε, σε όλο το φάσμα συνδυασμών σχέσεων σασμάν/rpm και -κατά κανόνα- με μικρές σχέσεις στο σασμάν δεν πετυχαίνουμε το ίδιο εύκολα την πίεση-στόχο σε σχέση με τις μεγαλύτερες σχέσεις και φορτία. Το ίδιο συμβαίνει και με το peak στο overboost, αλλά και για όλο το προφίλ πίεσης. Η λύση εδώ είναι φυσικά ο ηλεκτρονικός έλεγχος, ιδανικά με dual port wastegate, που ελέγχει το διάφραγμα κι από τις δύο του πλευρές, αλλά όλα αυτά θα μας απασχολήσουν αργότερα.

Πειράζοντας την ίδια την wastegate

H τσάκα μαζί με τα boost controller, που θα δούμε την επόμενη φορά, είναι μέθοδοι περιφερειακού ελέγχου της wastegate, χειροκίνητα και ηλεκτρονικά αντίστοιχα, εξωτερικοί παράγοντες που επηρεάζουν έως και καθορίζουν την πίεση. Πάμε να δούμε και τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά της, που επηρεάζουν «εσωτερικώς» την πίεση και αν/πώς μπορούμε να επέμβουμε σε αυτά.

Το πρώτο βασικό χαρακτηριστικό, που καθορίζει τη σταθερότητα και την «αξιοπιστία» στην διατήρηση της όποιας πίεσης, είναι ο λεγόμενος λόγος επιφάνειας του διαφράγματος προς την επιφάνεια της βαλβίδας: όσο αυτός μεγαλώνει, διατηρώντας σταθερά όλα τα υπόλοιπα, τόσο καλύτερος είναι ο έλεγχος της πίεσης από πλευράς σταθερότητας και αποφυγής περίεργων spikes και αυξομειώσεων στην καμπύλη της πίεσης. 

Ένας δεύτερος παράγοντας, που πολύ συχνά αμελούμε στις εξωτερικές wastegate (αφού στις εσωτερικές αυτή θα ‘ναι ούτως ή άλλως αγκαλιά με το τούρμπο), είναι η θερμομόνωσή της και το τι θερμικά φορτία τρώει στη μάπα. Αυτό έχει να κάνει όχι μόνο με το που τοποθετείται μέσα στο μηχανοστάσιο, αλλά και με τον ίδιο το σχεδιασμό του κορμού της wastegate: η βασική παράμετρος, που μας ενδιαφέρει εδώ, είναι πώς και σε τι ποσότητες μεταφέρεται η θερμότητα από την καυτή βαλβίδα και την περιοχή γύρω από αυτήν, που «βλέπει» εξαγωγή, προς το ευαίσθητο -σε μεγάλες θερμοκρασίες- διάφραγμα από πάνω της. Αυτό που θέλουμε είναι όσο το δυνατόν λιγότερη μεταφορά θερμότητας μέσω αγωγής από το μέταλλο του κορμού προς τα πάνω, κάτι που πρακτικά σημαίνει ότι θέλουμε όσο το δυνατόν λιγότερο υλικό-μέταλλο μεταξύ των δύο: φυσικά πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους, αλλά αυτό γίνεται με όσο το δυνατόν λιγότερο υλικό που μεταφέρει θερμότητα. Όλα αυτά εξηγούν το βασικό σχήμα μίας external, που θέλει τη βάση της με τη βαλβίδα ογκώδεις με ή χωρίς πτερύγια αερόψυξης και τη σύνδεσή της με το άνω επίσης κέλυφος, που περιέχει το διάφραγμα, να συνδέονται μεταξύ τους με σχετικά λεπτές στηρίξεις και μπόλικο «αέρα» μεταξύ των δύο κελύφων. Από πλευράς υλικών κατασκευής, ακριβώς επειδή θέλουμε την ελάχιστη δυνατή μεταφορά θερμότητας, προτιμούνται υλικά που δεν είναι και αστέρια στη μεταφορά, όπως π.χ. ανοξείδωτος χάλυβας αντί για αλουμίνιο.  

Ένα άλλο βασικό χαρακτηριστικό είναι η αρχική πίεση «σηκώματος» της βαλβίδας από την έδρα της, που ονομάζετα «wastegate cracking pressure». Η πίεση αυτή είναι σε απόλυτα μεγέθη περίπου το μισό με το ένα τρίτο της μέγιστης πίεσης, που επιτρέπει η wastegate να περάσει, δηλαδή της πίεσης που ισορροπεί τη βαλβίδα μεταξύ των δύο αντίρροπων δυνάμεων (ελατηρίου και πίεσης καυσαερίων). Η αρχική αυτή πίεση ανοίγματος έχει να κάνει με την προφόρτιση του ελατηρίου και είναι άκρως σημαντική για όλη τη λειτουργία του συστήματος του τούρμπο: θέλουμε να έχει υψηλή τιμή, διότι, αν ανοίξει η βαλβίδα νωρίτερα του ιδανικού, τότε θα αρχίσουμε να χάνουμε καυσαέρια από το στρόβιλο πριν φτάσουμε σε φουλ πίεση, δηλαδή αφότου ανοίξει η βαλβίδα, χάνουμε ουσιαστικά ως προς το κατέβασμα του boost threshold. Εδώ είναι που μπαίνουν στο παιχνίδι και οι ρυθμιζόμενες (εξωτερικές) wastegate μέσω ρυθμιστικού κοχλία, που αυξάνει-μειώνει την προφόρτιση του ελατηρίου του διαφράγματος. Χωρίς να αλλάξουμε το ελατήριο καθαυτό, το εύρος μεταβολής της πίεσης, που συνήθως πετυχαίνουμε μέσω της προφόρτισης, είναι κοντά στα 0,2 bar. Καλύτερη συμπεριφορά ως προς την cracking pressure παρουσιάζουν γενικώς οι wastegate με πεταλούδα αντί για βαλβίδα (έβγαζε πιο παλιά η Turbonetics κάτι τέτοιες βαρβάτες) και είναι βασικός λόγος που προτιμούνται τέτοιες σε πολύ συγκεκριμένες εφαρμογές, που μας ενδιαφέρει πολύ το boost threshold, όπως π.χ. στη Formula 1 που αναφέραμε παραπάνω.

Και οι internal έχουν ψυχή

Ας αφήσουμε όμως λίγο τους …external τύπους και ας γυρίσουμε λίγο και στην πιο default κατάσταση, τις internal, που έχουν μείνει παραπονεμένες. Εδώ, σε αντίθεση με τις external, όπως είδαμε και τον προηγούμενο μήνα, έχουμε «απομακρυσμένη» πρόσβαση του actuator στη θύρα μέσω μοχλισμού-βραχίονα. Καταλαβαίνει κανείς λοιπόν ότι η κινηματική όλου αυτού του μηχανισμού είναι το παν, είτε μιλάμε για τις μαμά είτε για aftermarket εσωτερικές, οι οποίες έρχονται και κουμπώνουν πάνω στο μαμά τούρμπο. Για πλήρες, λοιπόν, άνοιγμα της θύρας χρειαζόμαστε συγκεκριμένες μοίρες περιστροφής της, οι οποίες εξαρτώνται από το μήκος της γραμμικής διαδρομής του βραχίονα, που με τη σειρά του αυτό έχει μεταφραστεί σε μήκος διαδρομής του διαφράγματος. Κατά κανόνα, το πλήρες άνοιγμα της θύρας σημαίνει 50 περίπου μοίρες περιστροφής της από το μοχλικό σύστημα στο άκρο του βραχίονα και πάνω στο μαντέμι. Η άκρη του κυρίως βραχίονα τώρα μπορεί να είναι σε σταθερή θέση ως προς το μικρότερο μοχλό, που κινεί τη βαλβίδα ή, αποκλειστικά στις ρυθμιζόμενες εσωτερικές, μέσω σπειρώματος κίνησης στην άκρη του, ώστε να μπορούμε να παίξουμε με τις ακραίες θέσεις της διαδρομής του. Κατ΄ επέκταση, έτσι παίζουμε με την προφόρτιση του ελατηρίου στην άλλη άκρη του βραχίονα, περιστρέφoντας τα ανάλογα παξιμάδια, που βρίσκονται εκεί γι’ αυτόν το σκοπό: όσο το περιστρέφουμε τόσο αλλάζουμε το ενεργό μήκος του βραχίονα, π.χ. για σπείρωμα κίνησης Μ6 x 1,0 μία πλήρης περιστροφή είναι 1mm στη διαδρομή και τόσο προ-/αποφορτίζεται το ελατήριο, που κρατά τη θύρα κλειστή. Φυσικά, όσο μειώνουμε το μήκος του βραχίονα μέσω αύξησης της προφόρτισης, μειώνεται και η διαθέσιμη διαδρομή του βραχίονα, με άλλα λόγια όποια διαδρομή χάσουμε για την προφόρτιση του ελατηρίου, θα χαθεί από το μέγιστο άνοιγμα της βαλβίδας, μειώνοντας τελικά ανάλογα τη μέγιστη ροή που μπορούμε να παρακάμψουμε από το στρόβιλο, είναι δηλαδή ένας συμβιβασμός. Υπάρχουν μάλιστα και τα ανάλογα διαγράμματα συντελεστή ροής / διαδρομής βραχίονα, που συνοδεύουν τις ρυθμιζόμενες εσωτερικές wastegate, όπου βλέπουμε άμεσα σε τι ποσοστό της μέγιστης ροής αντιστοιχεί η κάθε διαδρομή.

Άλλο σημείο προσοχής και …παιχνιδιού στις εσωτερικές είναι η ακριβής τοποθέτηση του δοχείου του actuator πάνω στο αλουμίνιο του συμπιεστή, που συνήθως γίνεται με μπρακέτο στην πίσω πλευρά του κελύφους του, εκεί που ενώνεται με το cartridge. Γυρνώντας στις θερμοκρασίες που λέγαμε και για τις external, αυτό είναι ένα σχετικά (σε σχέση με άλλα…) κρύο σημείο του τούρμπο. Και εδώ κοιτάμε τόσο το μπρακέτο όσο και το βραχίονα του actuator να είναι από ανοξείδωτο ατσάλι για να ελαχιστοποιηθεί η μεταγορά με αγωγή. Η εν λόγω έδραση επηρεάζει άμεσα την ευθυγράμμιση του βραχίονα με την «κατακόρυφο» του δοχείου, δηλαδή με τον άξονα πάνω στον οποίο κινείται το διάφραγμα: πρέπει να είναι όσο πιο ευθυγραμμισμένα γίνεται, έτσι ώστε να μην δημιουργούνται μεγάλα αξονικά φορτία, με μέγιστη απόκλιση-γωνία μεταξύ των δύο να θεωρούνται οι δύο μοίρες και με σίγουρη ζημιά, αν ξεπεράσουμε τις πέντε περίπου.

Το πάντρεμα όλων των παραπάνω, μήκους διαδρομής/ανοίγματος θύρας, προφόρτισης/σκληρότητας ελατηρίου, μεγέθους και τοποθέτησης δοχείου, καθορίζουν το προφίλ πίεσης που θα μας δώσει η εσωτερική wastegate, π.χ. πολύ υψηλό boost threshold λόγω απότομου/μεγάλου ανοίγματος της θύρας νωρίς σημαίνει είτε ότι το ελατήριο του διαφράγματος είναι πολύ μαλακό είτε ότι δεν υπάρχει αρκετή προφόρτιση από το ρυθμιστικό σπείρωμα. Αν παρουσιάζεται το φαινόμενο του boost creep, όπου η πίεση αυξάνεται όσο οι στροφές ανεβαίνουν αντί να πέφτει/σταθεροποιείται και έχουμε overboost ψηλά κοντά στον κόφτη, συνήθως σημαίνει είτε υπερβολικά σκληρό ελατήριο είτε υπερβολικά πολύ προφορτισμένο ελατήριο. Προσοχή, όμως, μην το παρακάνουμε με το μαλάκωμα και πάμε στο άλλο, επίσης επικίνδυνο, όριο: πολύ μαλακό ελατήριο σημαίνει ότι κινδυνεύουμε να ανοίξει υπερβολικά νωρίς η wastegate, τσακίζοντας to boost threshold.

Εμβαθύνοντας στην πηγή του σήματος

Αναφέραμε πεταχτά στην αρχή ότι το σήμα εισόδου της wastegate μπορεί να είναι από ποικίλα σημεία της εισαγωγής, από το συμπιεστή μέχρι και μέσα στο πλένουμ. «Μπορεί», είναι όμως το ίδιο..? Η απάντηση είναι «τσου», στην πράξη έχει σημασία και μικρό- έως και χοντροδιαφορά το από που ακριβώς, αφού επηρεάζει την απόκριση στις διαφορές πίεσης, την απόλυτη υπερπίεση καθαυτή και θεωρητικά ακόμα και άλλες παραμέτρους έμμεσα, όπως το τι τελικά θα δει η ECU και κατά συνέπεια θα διατάξει από πλευράς ψεκασμού καυσίμου. Μην ξεχνάτε ότι η εισαγωγή έχει μη αμελητέες πτώσεις πίεσης σε ιντερκούλερ, AFM, πεταλούδες κτλ., οπότε πολύ απλά η (υπερ)πίεση διαφέρει αισθητά κατά μήκος της εισαγωγής.

Οι βασικές «υποψηφιότητες» είναι τρεις: αμέσως μετά το exducer του συμπιεστή πάνω στην έξοδο του σαλιγκαριού του, η σωλήνωση πριν την πεταλούδα και η πολλαπλή εισαγωγής.

Η πρώτη και πιο συχνά απαντώμενη επιλογή υπερισχύει των άλλων δύο ως προς την ταχύτητα απόκρισης της θύρας της wastegate και την «στάνταρντ» ανάγνωση τιμής, που ξέρουμε ότι είναι αυτή που διαβάζουμε πριν από οποιαδήποτε πτώση πίεσης παρακάτω. Το μειονέκτημα είναι και πάλι ότι ακριβώς επειδή λαμβάνουμε την πίεση αυτούσια ως έχει, χωρίς απώλειες (ουσιαστικά η πίεση αυτή θα είναι μεγαλύτερη και από την αναμενόμενη βάσει της οποίας επιλέξαμε ελατήρια κτλ.), θα έχουμε και το νωρίτερο-μικρότερο δυνατό από rpm cracking pressure point, με όλες τις συνέπειες που εξηγήσαμε αναλυτικά πιο πάνω. Το «επιπλέον» πλεονέκτημα όλου αυτού είναι μία έμμεση θερμική συνέπεια: εφόσον το σύστημα θα βλέπει μεγαλύτερη πίεση από την «πραγματική» πριν τις απώλειες και θα ανοίγει την wastegate νωρίτερα, για δεδομένη πίεση, που διαβάζει στο συμπιεστή, θα φτάνει λιγότερη ισχύ από το στρόβιλο και θα αυξάνονται οι θερμοκρασίες στην εισαγωγή π.χ. το heat soak του ιντερκούλερ. Κοροϊδεύουμε τον ίδιο μας τον εαυτό βασικά έτσι, αλλά οκ, τουλάχιστον ξέρουμε ότι τον κοροϊδεύουμε.

H δεύτερη επιλογή, πριν την πεταλούδα και μετά το ιντερκούλερ, είναι ο συμβιβασμός μεταξύ της κουρτίνας 1 και 3: θα δώσει ένα μικρό κέρδος στο χτίσιμο της υπερπίεσης, αφού το τούρμπο θα μπορεί να ανεβάσει ανεμπόδιστο πίεση μέχρι η πίεση από το συμπιεστή να φτάσει στην είσοδο της απομάστευσης του σήματος και ακολούθως στο διάφραγμα.  Το γεγονός ότι έτσι επιτρέπουμε στο τούρμπο να κάνει ένα μικρό overboost πριν το ανιχνεύσουμε, δεν είναι και ό,τι καλύτερο για τη θερμοκρασία που κρατάει το ιντερκούλερ.

Τρίτη λύση, αυτή του πλένουμ της πολλαπλής, είναι πιο «αναρχική/αντισυμβατική» και συνήθως επιλέγεται, όταν μας νοιάζει κυρίως η απόκριση του τούρμπο και καθόλου η αυξημένη θερμότητα (το σύντομα ξέσπασμα εδώ είναι ακόμα μεγαλύτερο κι από τη δεύτερη περίπτωση). 

 

Αρθρογράφος