Što je “wastegate”? Wastegate je uređaj koji regulira tlak turbo sustava tako da sprječava prekomjerno povećanje tlaka. U daljnjem tekstu “wastegate”.
Nije ispravno reći da dizelski motor apsolutno treba turbopunjač, ali definitivno pomaže. Prirodno usisani, 7,0-litreni dizelski motor (otprilike veličine motora novog pick-upa) možda neće proizvoditi ni 100 konjskih snaga, pa je jasno da je turbo punjenje nužno. Zbog toga su gotovo svi moderni dizelski motori turbopunjeni, toliko da je pojam “turbodiesel” zapravo prepoznat kao jedna riječ.
U početnim godinama (kao 1989. Dodge Ram s Cummins motorom), turbo sustavi bili su prilično jednostavni. Turbo je bio postavljen na ispušni kolektor i pokretan je ispušnim plinom kako bi zrak ulazio u motor. To je bilo to. Bez wastegatea, bez intercoolera, bez promjenjive geometrije – ništa. Kako je tehnologija napredovala, međutim, svi su ti dodaci postali uobičajeni, jer su svi korisni za turbodieselske motore. Jedna od prvih stvari koja je došla u turbodiesle bila je wastegate. Ali što točno radi wastegate?
Najpopularniji dizajn wastegatea za turbo-dizelske motore je unutarnji wastegate. Naziva se tako jer je wastegate integriran u kućište turbine i koristi se za zaobilaženje turbine kroz malu rupu neposredno prije downpipea.
Prednosti korištenja Wastegatea
Turbo kompresori se vrte vrlo visokim brzinama – u nekim slučajevima do 100.000 okretaja u minuti – kako bi pod tlakom uvukli zrak u motor na višim tlakovima od atmosferskog. Moderni OEM turbo sustavi mogu raditi na 30 psi ili više, dok natjecateljske verzije mogu doseći i 70, 80, pa čak i 100 psi. Na kraju, svaki turbo sustav ima svoje granice. Prekomjerno povećanje tlaka ili prebrzo okretanje turbine može rezultirati katastrofalnim kvarom koji može uništiti turbo, a moguće i oštetiti motor.
Jednostavno rečeno, wastegate otpušta ispušni tlak koji pokreće turbo kompresor. To ograničava količinu punjenja koju turbo kompresor stvara, kao i maksimalnu brzinu kompresora. Ovdje turbo koji je upravo spašen dobiva jedan bod. Međutim, postoji još nešto, jer se veličina turbo sustava također može prilagoditi, što znači da se može postaviti manja, brže zakretajuća ispušna strana za odgovor pri niskim okretajima, a zatim se tlak može ispuštati pri višim okretajima. Ovo je glavni razlog zašto su Ram, Ford i GM odabrali wastegate sustave; oni štite motor od oštećenja i omogućuju širi i korisniji raspon okretaja.
Sled puller vozila obično ne koriste wastegate jer im je svaki mogući dodatni pritisak punjenja potreban kako bi turbo mogao proizvesti maksimalnu snagu. Veliki sigurnosni pokrivači ugrađuju se kako bi se spriječilo šrapnelo u slučaju da turbo eksplodira
Kada ne treba wastegate?
Ako postoje trenuci kada je wastegate potreban, sigurno postoje i trenuci kada nije potreban. Mnogi natjecateljski automobili koji ne koriste injektiranje dušičnog oksida (o tome ćemo kasnije) koriste turbine bez wastegatea, jer žele maksimalni tlak punjenja koji turbo može proizvesti, a također im nije previše važno povećanje nadmorske visine ili upravljivost.
Druge primjene koje rade pri prilično specifičnim okretajima, poput traktora ili generatora, također mogu funkcionirati bez wastegatea, uglavnom iz razloga troškova. No, za industriju performansi dizelskih motora, wastegatei su korisni.
Razrađeni dijagram wastegatea
Princip rada wastegate
Wastegate je prilično jednostavan sustav. Većina mehaničkih wastegateova koristi jednostavnu dijafragmu s oprugom unutar nje koja se otvara pri unaprijed postavljenom tlaku. Taj tlak može biti podešen u rasponu od 5 psi do 50 psi (ili više) ovisno o postavkama opruge i dostupnim referencama za turbo punjenje. Ovaj sklop potom aktivira ventil, koji se otvara prema atmosferi, ventilirajući višak tlaka.
Ovaj tip wastegatea je jednostavan i učinkovit, a može se koristiti izvan turbo punjača (vanjski wastegate) ili integriran u turbo (unutarnji wastegate). Turbine s promjenjivom geometrijom također mogu stvarati učinak wastegatea putem mlaznice ili lopatica, ali budući da su kompleksni i računalno upravljani, uglavnom ćemo se držati ventilski kontroliranih sustava.
Osim opruga wastegatea, tlak punjenja može se regulirati na gornjim i donjim priključcima kako bi se kontroliralo kada i hoće li wastegate otvoriti. Na taj način, wastegate se može gotovo beskonačno prilagoditi, sve do inkrementa od 1 psi
Podešavanje Wastegatea
Na početku, ovo može zvučati proturječno, jer je wastegate taj koji kontrolira, zar ne? Tehnički, da, to je točno, ali postoji puno „podešavanja“ koje mora biti izvedeno. Dobra početna opruga za wastegate obično je opruga od 15 funti. To znači da kada turbo punjač dostigne 15 psi, boost linija koja ide prema donjoj strani dijafragme otvorit će wastegate i smanjiti povratni tlak.
Međutim, na dizelskom motoru, možda želite puno više tlaka punjenja, nešto poput 40 do 70 psi za većinu kamiona, pa je stoga potrebno dovoditi regulirani zrak na gornji dio dijafragme kako bi je držao zatvorenom. Dodavanje reguliranih 30 psi na gornji dio wastegatea sada znači da turbo neće prevladati pritisak opruge (i boosta na vrhu nje) dok ne dosegne oko 45 psi. Dodavanje punog boosta na gornji dio wastegatea učinkovito će ga držati zatvorenim, čime se praktički eliminira wastegate.
Analiza
Cjevovod za turbo sustave može postati prilično složen na motorima u V-obliki, osobito kada su u pitanju compound ili triple turbos. Međutim, gotovo uvijek je korisno imati wastegate.
Ovaj 2008. Ford F-250 koristi velike nadogradnje goriva, turbo sustav s VGT visokotlačnim turbo punjačem i dvostruke vanjske wastegateove.
Turbo sustav na 6.4-litrenim Fordovima je tvornički compound sustav koji uključuje turbo punjač s promjenjivom geometrijom visokog tlaka. Dakle, već od tvorničkog modela, sustav je prilično složen. Ovaj specifični auto ima vjerojatno najopsežnije vrijeme podešavanja wastegatea na dinamometru koje smo ikada čuli, i bilo je potrebno gotovo 100 sati za podešavanje goriva, vremena i finog podešavanja.
Nakon nekoliko početnih testova, kamion je ostvario 730 rwhp, ali tuner je smatrao da u kombinaciji mora biti još potencijala, jer je 82mm turbo punjač mogao napraviti dovoljno zraka da dostigne više od 1,000 rwhp. Tako je počelo podešavanje. Kako je boost počeo rasti, povratni tlak (backpressure) brzo je rastao, a pri nešto više od 40 psi, povratni tlak kamiona bio je više od 80 psi. Trend je nastavio sve dok senzor nije dosegao 85 psi.
Pravi povratni tlak bio je preko 100 psi. Tako je donesena odluka o ugradnji dvaju vanjskih wastegateova (po jedan na svakom bloku motora, budući da je motor bio V8) i njihovom podešavanju da rade s tvorničkom VGT krivuljom. Nakon mnogo podešavanja, auto je postigao 67 psi boosta s 84 psi povratnog tlaka i 908 hp. Bio je također izuzetno pouzdan i vožljiv, iako su turbo punjači koji brzo ubrzavaju uništavali mjenjače nakon nekoliko testova na dinamometru s više od 1,800 lb-ft obrtnog momenta. Ponovno su napravljene promjene, a wastegateovi i VGT su korišteni za ograničavanje snage pri nižim okretajima na 1,600 lb-ft, i auto je nastavio svoj dug i sretan život.
