Вестгейт – ЧаВо \ Wastegate FAQ
В этой темке мне бы хотелось собрать вселенскую мудрость про неотъемлемую конструктивную особенность любой турбированной машины — ВЕСТГЕЙТ.
Бродя по бескрайним просторам Сети, насобирал множество мнений, в том числе спорных, но центральную линию попробую реферировать.
Отмечу, что в итоге размышлений, я решился на установку внешнего вестгейта, о чем буду отписывать в отдельной теме. Мощностной график «До» и «После» рассудит.
Итак, приятного чтения. Если есть что добавить по делу, добавляйте.
Вестгейт- он же Wastegate – это «дверь для мусора» — отверстие для пуска «лишних» отработанных газов из камеры сгорания в обход крыльчатки турбины, когда они могут мешать последней выполнять свою работу по созданию избыточного давления.
Бывает внутренний (стандарт — Internal Wastegate – IWG ) и внешний (тюнинг-проекты — External Wastegate — EWG).
Давайте разбираться детально.
Вестгейт нужен не только для контроля. Каким бы он ни был, практически во всех случаях мы получаем улучшение объемной эффективности (volumetric efficiency) мотора благодаря ГОРАЗДО БОЛЕЕ ЛЕГКОЙ продувке камеры сгорания.
Горячая часть турбины представляет собой дырень диаметром дай Бог 25-30мм. И все отработанные газы пытаются протиснуться через эту щелку. Когда ваш внутренний гейт приоткрывается, то часть газов может проходить через него, соответственно, уже меньшему объему газов придется протискиваться через крыльчатку, но и там тесновато… Открытие гейта на турбине, где он стоит внутри, лишь УХУДШАЕТ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, вместо того, что должен делать. Обычно проблема в том, что внутренние гейты довольно ограничены в производительности и размерах.
Субари ЛЮБЯТ увеличение горячей части турбины, прям ОБОЖАЮТ. Именно поэтому если вы переходите с 7см на 8см хаузинг, можно ждать приличной прибавки момента без ощутимой потери низов. На деле, отклик на газ на 8см получится более резким.
Стоит попробовать EWG!
Будь это 38мм или 44мм гейт (или даже 50+) — размер выхода для газов станет СУЩЕСТВЕННО больше IWG, который у вас и так есть, и к тому же расположен этот выход будет существенно дальше крыльчатки. Это даст потоку газов «распрямиться» и вы избавитесь от негативных эффектов излишней турбулентности в паре сантиметров от изгиба перед началом улитки (который, как вы догадываетесь, вызывает более поздний спул, ухудшает способность «давить» на высоких оборотах, ну и в целом снижает мощность по всей кривой)
К тому же, теперь, когда вы выпускаете ГОРАЗДО больше газов задолго до того, как они войдут в улитку, вы получаете аналог турбины с ОГРОМНОЙ горячей частью. С этим вы приобретаете преимущества, которые бы дала вам эта самая ЧУДОВИЩНАЯ горячая часть- больше пиковой мощности и больше мощности именно на высоких оборотах.
Но это еще не всё. К нам еще приходит больший КОНТРОЛЬ. Разбираемся:
У внутреннего гейта довольно слабая пружинка, на длинном стержне, на котором есть изгиб, который идет на рычаг, который в свою очередь идет на «закривушку», которая почти никогда плотно не закрывается. Это значит, что энергия выхлопных газов теряется даже во время процесса спула… что сглаживает кривую наддува…это совсем не айс для низких оборотов, когда турбина только набирает «ход», а также плохо на высоких оборотах, когда турбину «запирает» и гейт не может закрыться до конца, чтобы заставить колесо раскручиваться для получения приличного буста.
У внешнего гейта гораздо более жесткая толстая пружина, которая давит на аккуратно выточенный клапан, который в свою очередь находится в точно спроектированном «ложе» с мембраной. Держится всё это хозяйство гораздо более серьезно и надежно, не пропуская ни молекулы газа, когда это не требуется. Таким образом, настройка давления оказывается более простой задачей – и давить будет РАНЬШЕ и держаться ВЫШЕ. Также наверху гейт сможет спокойно держаться закрытым, чтобы заставить турбину делать то, на что она реально способна. Конечно, это не панацея для турбины, которая физически маловата (как и любая IHI на EJ25), но у вас должно получиться поиметь гораздо больше высокооборотистой давки, что при правильной настройке позволит получить больше мощности на высоких оборотах.
Теперь добавьте преимущества в зоне низких оборотов, о которых я говорил раньше, прибавку на всоких оборотах, а также тот факт, что в среднем мощностная кривая поднимается на 15-20 лс и вы увидите плюсы внешнего гейта.
К тому же контроль. Вся система управления наддувом будет работать более эффективно, т.к. в ней появятся гораздо более точный механизм.
Обязательно перенастройтесь, чтобы получить все плюсы НАДЁЖНО.
Есть и «минусы», не так всё радужно, как могло показаться поначалу.
Не многие киты для работы с внешними гейтами сделаны по правилам. Если увидите выходы из аппайпа на гейт, идущие под 90градусов к трубе – бегите! Невозможно заставить гейт работать эффективно, если поток газов не идет плавно и создает излишнюю турбулентность. Выходы должны быть как можно более плавными – ОБРАЩАЙТЕ ВНИМАНИЕ на это. Чем ниже и плавне будут сделаны выходы – тем с большей скоростью по ним смогут пролетать газы.
Размер. Естессна, имеет значение.
Существует заблуждение, что для мелких турбин нужен 38мм гейт, а для 44мм нужна как минимум TD05-20G. Брехня! Никогда не оправдывайте выбор 38мм против 44мм ничем, кроме попытки сэкономить деньжат. 38мм не позволит спулить быстрее, и они оба закрыты когда закрыты, а в тот момент, когда они начнут открываться, и турбина начнет раскачиваться, 44мм будет иметь б’Ольшую пропускную способность и даст б’Ольшую мощь.
Я не говорю, что покупка 38мм гейта – ошибка. Есть особенности:
1) Он существенно дешевле 44-ого.
2) Да, он не даст такого же прироста мощности, тем не менее прибавка от внешнего гейта полюбому приличная, и, возможно, для большинства людей может показаться, что переплата за 44мм не стоит полученной разницы.
3) Он звучит более жестко, высокотонально, чем 44й и кажется поэтому более громким – но тут дело исключительно вкуса ваших ушей…
4) Он не на более надежных V-band хомутах – возможны сюрпризы с прокладками …сравните
Возможны разные варианты установки внешнего вестгейта — на синглскролл и твинскролл аппайпы, с выходом в атмосферу (скример пайп — screamer pipe ) либо с заводом газов обратно в выпуск перед изгибом даунпайпа
Вот например как сделано на комплекте APS TSR-70
а вот довольно «базовый» вариант — смотрите какая вкуснотищща… приятного аппетита, укушенные турбой!
Весгейт(wastegate), Байпасс(bypass), Блоуофф (blowoff)
1.Весгейт(wastegate) Клапан между выпускным коллектором и выхлопной трубой(параллельно турбинной части агрегата турбонаддува), пускающий выхлопные газы в обход турбинной крыльчатки, чтобы ограничить рост наддува выше заданного значения посредством предотвращения роста скорости вращения турбины.
Принцип работы:
В нормальном состоянии (машина заведена и работает на холостых) клапан вестгейта закрыт, пуская все газы через турбину.
За это отвечает актуатор вестгейта (Wastegate Actuator) — механизм, имеющий в основе пружину/диафрагму, которые контролирует открытие/приоткрытие/закрытие клапана вестгейта. Вестгейт турбины в нормальном состоянии закрыт, причем закрытие инициируется пружиной внутри актуатора. Запаса прочности пружины хватает чтобы турбина могла надувать до 0.6 бар на впуске.
Достаточно просто все работает — по трубе идет газ под давлением. идет он на крыльчатку турбины.
Газ давит скажем 1 бар.
На пути газа в трубу врезан клапан, с обратной стороны клапан держит пружина рассчитанная на этот самый 1 бар. Со стороны пружины так-же есть замкнутое пространство в которое выведен шланг. По этому шлангу подается воздух от соленойда (Соленоид управления наддувом (Wastegate Solenoid Valve) — электромагнитный соленоид, который управляет потоком воздуха по вакуумным линиям, соединяющим впускной патрубок, актуатор, соленоид управления наддувом и компрессорную часть турбины.)
Смотрим в прошивку — MAX WASTEGATE DUTY CYCLE
НА низах на вестгейт подается максимум воздуха чтобы он держал давление как мог, полностью.
Это сделано для того чтобы ничто не мешало турбине на низах раскрутиться как можно скорее.
По увеличению нагрузки, а с ними и давление в нашей тестовой трубе из 1 бара перерастет в скажем 2, нам надо подать на вестгейт меньше давления чтобы пружине было сложнее держать 2 бара и она приоткрыла клапан, и часть газов пошли в обход турбине.
Все просто.
2.Байпасс(bypass) Клапан между впускным патрубком до компрессорной части агрегата турбонаддува и впускным патрубком после оного (т.е. параллельно его компрессорной части). Служит в основном для снижения шума впуска и некоторого снижения резонансных явлений при резком закрытии дроссельной заслонки. На многих серийных машинах не устанавливается вовсе.
3.Блоуофф (blowoff) Клапан между выходом компрессорной части агрегата турбонаддува и атмосферой.Синеписальщики ставят его для получения пшикающеко звука при переключениях и сбросах газа.
Девайсы 2 и 3 при установке громадных тюнинговых турбин (вдвое больше стоковых) становится необходимы, так как защищают турбину от большой осевой нагрузки на вал. Ставится или девайс 2(для машин с МАF) или девайс 3(для машин с МАР).
Актуатор-Вестгейт, что это…
Вестгейт (actuator, вакуумный регулятор) предназначен для защиты турбины от перегрузок на высоких оборотах. Это клапан, устанавливающийся в выпускном коллекторе перед турбиной. Когда обороты двигателя, а соответственно давление выхлопных газов и обороты колеса турбины, возрастают открывается обходной клапан, через который газы идут мимо турбинного колеса (см рисунок).
Схема работы актуатора
Регуляторы
Все турбонаддувы можно условно разделить на два типа — низкого (0,20 бара) и высокого давления (0,82 бара). Первый, как показала практика, может вообще обходиться без регуляторов. К примеру, на мотор Saab 95 V6 Ecopower Turbo объемом 3,0 л установлена относительно маломощная, поэтому и менее «задумчивая» турбина Garrett. Интересно, что для достижения максимального давления 0,25 бара она использует энергию отработавших газов лишь трех цилиндров из шести. На больших оборотах турбонагнетатель не может как следует разогнаться, что и обеспечивает низкое давление наддува. Электронно управляемая заслонка в этой турбине тут же открывается при любом нажатии на педаль газа. Это позволяет турбине немедленно получать необходимое количество отработавших газов для того, чтобы закачивать в цилиндры больше воздуха. Как только «воздушный насос» раскрутился, заслонка возвращается в положение, соответствующее заданному числу оборотов двигателя. В результате максимальный момент 310 Нм этот мотор выдает при 2100 об/мин.
Но это исключение из правил. Обычно в качестве регуляторов давления в турбодвигателях используют предохранительные клапаны — механические либо с электронным управлением. Первые открываются избыточным давлением наддуваемого воздуха, вторые имеют исполнительные механизмы, как правило, электромагнитные. Команду открытьзакрыть клапану дает ЭБУ двигателя, руководствуясь информацией целой группы датчиков: давления во впускном коллекторе, детонации, расходомера воздуха и т. д. Первым подобную систему применил Saab в 1981 году.
Давление наддува обычно регулируется с помощью клапанных систем, которые перепускают требуемое количество отработавших газов. Хотя встречаются модели, в которых избыточный воздух сбрасывается прямо под капот, что не совсем выгодно с точки зрения экономичности. Впрочем, и первый способ не идеален. Ведь значительное количество отработавших газов не выполняет никаких полезных действий. Вот если бы объединить две турбины в одной! Тогда бы одна использывалась для малых оборотов двигателя, а другая — для максимальных. При этом перепускной клапан использовался бы эпизодически
Производительность турбокомпрессора зависит от того, как вращается турбина. Если водитель давит на педаль «газа», в цилиндры подается много топлива — энергия отработавших газов высока и компрессору хватает сил для работы. Когда водитель перестает давить на педаль «газа», турбина остается без питания, и компрессор может забастовать, когда водитель вновь нажмет на «газ». Вот и выходит, что двигатель в режиме прибавления нагрузки дымит и «проваливается в «турбояму».
Тогда колесо турбины увеличивают, и оно лучше будет раскручиваться выхлопными газами и никакой «ямы» не будет. Но возникает другая опасность: когда мотор выйдет на нормальный режим, компрессора будет качать слишком много воздуха. Инженеры, для предотвращения этих неприятностей, используют специальные механизмы — регуляторы.
Известные всему миру SAAB и Porche первыми проводили опыты по регулированию давления наддува. В 1975 году на серийной модели Porshe Turbo 911 была установлена система регулирования в форме подъемного клапана. Это регулирование было со стороны отработанных газов. При малых оборотах клапан закрывался, а при больших, когда давление превосходило определенный уровень, клапан поднимался этим самым давлением.
Шведский SAAB применили электронное регулирование используя поворотную заслонку. При нажатии на педаль газа она немедленно открывается, что позволяет получать турбине необходимое количество отработанных газов. Когда компрессор раскручивается на нормальные обороты, заслонка прикрывается на заданное положение, и это позволяет избежать высокого давления.
В 1985 году Porche на модели 944 Turbo был установлен «Overboots», с помощью которого достигалось кратковременное повышение давления наддува выше значения полной нагрузки. Overboots оказывается необходимым при резком, нажатии на педаль газа.
Таким образом, при регулировании давления наддува с данной опцией появились две линии хода давления наддува, которые создают дополнительный крутящий момент.
Сегодня регулирующие компоненты интегрируются в корпус турбокомпрессора. Авто производители стоят перед выбором: использовать поворотную заслонку или подъемный клапан. Заслонки благодаря своему более выгодному соотношению «цена — мощность» более предпочтительна и используется на автомобилях Audi BiTurbo, Audi 1.6T, Opel Calibra, SAAB Ecopower и т.п. Напротив, встроенным регулирующим подъемным клапаном оснащен, например, нагнетатель Audi 2,5 литрового TDI двигателя; VW TOUREG V10 имеет электронное управление наддувом.
Производители турбокомпрессоров также разделились на два лагеря. Garrett использует заслонки, а ККК подъемный клапан.
Давление наддува обычно регулируется со стороны отработанных газов. Лишние газы перепускаются через специальную систему клапанов. Иногда давление наддува регулируется со стороны воздуха. Лишний воздух стравливается, но это менее экономично.
Актуатор турбины и зачем он нужен
Современные двигатели часто оборудуются системами турбонаддува повышенного давления. В их состав входят компрессоры, оснащенные специальным клапаном управления турбиной. Данное устройство имеет несколько названий: актуатор, вестгейт, вакуумный регулятор и пр.
Вакуумный регулятор турбины – основное назначение
Цель создания и установки данного узла – защита колеса турбокомпрессора от возможных разрушений при работе мотора на повышенных оборотах. При возрастании количества оборотов коленвала двигателя повышается давление отработанных газов на лопасти турбины. Под воздействием мощного напора выхлопа срабатывает клапан Wastegate, при этом газы вынуждены идти в обход рабочего колеса турбины.
Благодаря использованию турбокомпрессоров, оснащенных вакуумным регулятором, вероятность возникновения нежелательного эффекта «турбоямы» сведена к минимуму.
Разновидности вакуумных регуляторов
Существует два вида систем турбонаддува:
Сравнительно маломощные турбины низкого давления работают без вестгейта. Яркий пример: 3-х литровый двигатель Saab 95 V6 Turbo оборудован турбиной низкого давления Garrett. При ее работе используются выхлопные газы, вырабатываемые не всеми шестью цилиндрами мотора, а только тремя. В этом случае даже при высоких оборотах двигателя турбонагнетатель не развивает максимальные обороты, соответственно давление наддува – низкое.
Принцип действия электронно управляемой заслонки в турбинах высокого давления
При воздействии на педаль акселератора в турбокомпрессоре срабатывает электромагнитная заслонка с электронным управлением ЭБУ. На основании информации, поступающей с многочисленных датчиков, клапан получает соответствующий сигнал «открыть/закрыть». Такая турбина сразу использует нужное количество газов, чтобы увеличить подачу кислорода в цилиндры для обогащения топливных смесей. Клапан возвращается в прежнее положение только после раскрутки воздушного насоса. Турбины высокого давления обеспечивают максимальный момент вращения двигателя в 310 Нм при количестве оборотов в минуту – 2100.
В отличие от актуаторов, работающих под электронным управляющим воздействием, механические вестгейты открываются в результате прямого воздействия избыточного давления наддува.
История развития клапанов управления турбиной
В 1975 году всемирно известная фирма Porche начала устанавливать на автомобильные двигатели турбонаддув с клапаном подъемного типа. Когда мотор работал в режиме пониженных оборотов, вакуумный регулятор был закрыт, по мере ускорения вращения коленчатого вала давление возрастало, клапан автоматически поднимался.
Конструкции в виде поворотной заслонки были внедрены в начале 80-х годов прошлого столетия популярной шведской компанией Saab, выпускавшей линейку турбированных автомобилей.
Начиная с 1985 года Porche начала применять так называемый Overboots. Когда водитель резко нажимает на газ, актуатор нового поколения не допускает перегрузок, возникающих в результате повышенного давления отработавших газов.
Современные вакуум-турбины оснащены клапанами Wastegate, вмонтированными непосредственно в корпус. В зависимости от предпочтений заводов производителей, встроенные вестгейты встречаются как с поворотной заслонкой (компания Garrett), так и с подъемным клапаном (фирма ККК).
Что такое актуатор и с чем его едят)))))
Вестгейт (actuator, вакуумный регулятор) предназначен для защиты турбины от перегрузок на высоких оборотах. Это клапан, устанавливающийся в выпускном коллекторе перед турбиной. Когда обороты двигателя, а соответственно давление выхлопных газов и обороты колеса турбины, возрастают открывается обходной клапан, через который газы идут мимо турбинного колеса (см рисунок).
Регуляторы
Все турбонаддувы можно условно разделить на два типа — низкого (0,20 бара) и высокого давления (0,82 бара). Первый, как показала практика, может вообще обходиться без регуляторов. К примеру, на мотор Saab 95 V6 Ecopower Turbo объемом 3,0 л установлена относительно маломощная, поэтому и менее «задумчивая» турбина Garrett. Интересно, что для достижения максимального давления 0,25 бара она использует энергию отработавших газов лишь трех цилиндров из шести. На больших оборотах турбонагнетатель не может как следует разогнаться, что и обеспечивает низкое давление наддува. Электронно управляемая заслонка в этой турбине тут же открывается при любом нажатии на педаль газа. Это позволяет турбине немедленно получать необходимое количество отработавших газов для того, чтобы закачивать в цилиндры больше воздуха. Как только «воздушный насос» раскрутился, заслонка возвращается в положение, соответствующее заданному числу оборотов двигателя. В результате максимальный момент 310 Нм этот мотор выдает при 2100 об/мин.
Но это исключение из правил. Обычно в качестве регуляторов давления в турбодвигателях используют предохранительные клапаны — механические либо с электронным управлением. Первые открываются избыточным давлением наддуваемого воздуха, вторые имеют исполнительные механизмы, как правило, электромагнитные. Команду открытьзакрыть клапану дает ЭБУ двигателя, руководствуясь информацией целой группы датчиков: давления во впускном коллекторе, детонации, расходомера воздуха и т. д. Первым подобную систему применил Saab в 1981 году.
Давление наддува обычно регулируется с помощью клапанных систем, которые перепускают требуемое количество отработавших газов. Хотя встречаются модели, в которых избыточный воздух сбрасывается прямо под капот, что не совсем выгодно с точки зрения экономичности. Впрочем, и первый способ не идеален. Ведь значительное количество отработавших газов не выполняет никаких полезных действий. Вот если бы объединить две турбины в одной! Тогда бы одна использывалась для малых оборотов двигателя, а другая — для максимальных. При этом перепускной клапан использовался бы эпизодически
Производительность турбокомпрессора зависит от того, как вращается турбина. Если водитель давит на педаль «газа», в цилиндры подается много топлива — энергия отработавших газов высока и компрессору хватает сил для работы. Когда водитель перестает давить на педаль «газа», турбина остается без питания, и компрессор может забастовать, когда водитель вновь нажмет на «газ». Вот и выходит, что двигатель в режиме прибавления нагрузки дымит и «проваливается в «турбояму».
Тогда колесо турбины увеличивают, и оно лучше будет раскручиваться выхлопными газами и никакой «ямы» не будет. Но возникает другая опасность: когда мотор выйдет на нормальный режим, компрессора будет качать слишком много воздуха. Инженеры, для предотвращения этих неприятностей, используют специальные механизмы — регуляторы.
Известные всему миру SAAB и Porche первыми проводили опыты по регулированию давления наддува. В 1975 году на серийной модели Porshe Turbo 911 была установлена система регулирования в форме подъемного клапана. Это регулирование было со стороны отработанных газов. При малых оборотах клапан закрывался, а при больших, когда давление превосходило определенный уровень, клапан поднимался этим самым давлением.
Шведский SAAB применили электронное регулирование используя поворотную заслонку. При нажатии на педаль газа она немедленно открывается, что позволяет получать турбине необходимое количество отработанных газов. Когда компрессор раскручивается на нормальные обороты, заслонка прикрывается на заданное положение, и это позволяет избежать высокого давления.
В 1985 году Porche на модели 944 Turbo был установлен «Overboots», с помощью которого достигалось кратковременное повышение давления наддува выше значения полной нагрузки. Overboots оказывается необходимым при резком, нажатии на педаль газа.
Таким образом, при регулировании давления наддува с данной опцией появились две линии хода давления наддува, которые создают дополнительный крутящий момент.
Сегодня регулирующие компоненты интегрируются в корпус турбокомпрессора. Авто производители стоят перед выбором: использовать поворотную заслонку или подъемный клапан. Заслонки благодаря своему более выгодному соотношению «цена — мощность» более предпочтительна и используется на автомобилях Audi BiTurbo, Audi 1.6T, Opel Calibra, SAAB Ecopower и т.п. Напротив, встроенным регулирующим подъемным клапаном оснащен, например, нагнетатель Audi 2,5 литрового TDI двигателя; VW TOUREG V10 имеет электронное управление наддувом.
Производители турбокомпрессоров также разделились на два лагеря. Garrett использует заслонки, а ККК подъемный клапан.
Давление наддува обычно регулируется со стороны отработанных газов. Лишние газы перепускаются через специальную систему клапанов. Иногда давление наддува регулируется со стороны воздуха. Лишний воздух стравливается, но это менее экономично.