что такое клапан вестгейта
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!
Westgate (Вестгейт). Заметка.
Что такое вестгейт?
Наверное многие неопытные владельцы автомобилей с турбодвигателем не разу не слышали про термин вестгейт. Между тем, это очень важный момент, в том случае если вы хотите подвергнуть своего коня легкому тюнингу.
Турбина вращается за счет выхлопных газов, которые проходя через лопасти крыльчатки, раскручивают ее. Вращающающаяся крыльчатка (пропеллер), раскручивает колесо компрессора турбины, что и приводит к созданию давления во впускном коллекторе. Уровень этого давления определяется количеством воздуха, проходящего через турбину. Количество и скорость выхлопных газов, зависят в свою очередь, от частоты вращения двигателя (об/мин), т.е. чем больще мощность на выходе — и больше об/мин совершает двигатель, тем больше выхлопных газов проходит через турбину, следовательно создается большее давление. Допустим, вы едите достаточно быстро, выхлопного газа много, турбина создает все больше и больше давления, выхлопного газа становится еще больше, и вот, в конце концов, турбина не выдерживает давления и просто напросто «пробивается» газом, попутно приканчивая двигатель.
Как же контролировать это давление?
Поток выхлопных газов на крыльчатку турбины должен буть уменьшен т.е. выхлопные газы должно контролируемо уходить или до турбины или непосредственно из нее. В стоковых машинах обычно практикуется внутренний перепускной клапан, т.е. выхлопные газы выводятся непосредственно из корпуса самой турбины. Однако многие устанавливают внешний перепускной клапан до входа в турбину путем установки перекрестной трубы или замены части выпускного коллектора.
Внутренний перепускной клапан имеет большое отверстие, через которое выхлопной газ выходит из турбины. На пути отверстия есть специальная заслонка, которая закрывает это отверстие в момент работы турбины (когда набирается требуемое давление) — по-принципу действия это чем-то похоже на дверь. И, как и дверь, заслонка имеет промежуточные положения — так называемой частичной открытости. Эта заслонка соединена с рычажком, который виден снаружи самой турбины. Рычаг, в свою очередь, соединяется с рычагом активатора.Активатор — это пневматическое устройство, которое преобразует давление в линейное движение (как насос), используя диафрагму и пружину. Активатор приводит рычагом в действие заслонку, вплоть до ее полного открытия при давлении в 10-12 psi.
Как же получается большее давление при установке контроллеров наддува? (буст-контроллер)
Соленоид — это специальный прибор, который устанавливается перед активатором, и изменяет давление, поступащее на активатор, таким образом активатор как бы обманывается соленоидом и «видит» не реальное давление в системе, а то, которое ему «демонстрирует» соленоид. Таким образом, если у вас давление до соленоида 13 psi, после него 10 psi, то перепускной клапан, если он активизируется при давлении в 12 psi, будет оставаться неактивным до 15 psi. (15-3=12), т.е. перепускной клапан откроется на давлении не менее 12 psi, хотя на самом деле будет уже 15 psi. Соленоид делает это за счет использования рабочего цикла маленького механизма(зачастую это маленький игольчатый клапан с пружинкой). С изменением рабочего цикла, соленоид пропускает больше или меньше воздуха через себя. Соленоид управляется компьютером, который считывая давления отдает приказ увеличить или уменьшить наддув, путем открытия или закрытия перепускного клапана.
Регулировка тяги перепускного клапана
Сам по себе рычаг свободно перемещается, качаясь на креплении. Если это не так, и он не двигается свободно, когда отсоединен от тяги перепускного клапана, значит есть какая-то проблема и что-то ему мешает. Это нужно исправить. Иногда рычаг двигается рывками, особенно при нагревании. Длина самой тяги активатора может варьироваться, таким образом регулируя степень открытости/закрытости перепускного клапана. Затягивание конца будет укорачивать тягу перепускного клапана, расслабление — удлинять ее. Если тяга короче, клапан более плотно закрыт, и активатору требуется большее давление чтобы открыть клапан. Результат — большее давление, более быстрое раскручивание турбины, и перепускной клапан не открываетя так сильно и так быстро. И наоборот при ослаблении тяги.
Если вы используете контроллер с обратной связью, который сам меряет и контроллирует давление (это обычное дело для электронных контроллеров), то регулировка тяги перепускного клапана — не даст такого же эффекта, как она дает при отсутствии обратной связи. Это происходит потому, что контроллер «принимает во внимение», произошедшие изменения, поэтому такая регулировка будет сказываться незначительно. Кроме того, хороший электронный контроллер держит перепускной клапан закрытым (давление на активаторе 0 psi), до тех пор пока не будет набран нужный уровень — таким образом набор давления происходит гораздо быстрее.
Внешние перепускные клапаны (external wastegate) Внешний перепускной клапан — отдельное устройство, которое создано для работы отдельно от корпуса турбины. (хотя некоторые внешние перепускные клапаны устанавливаются на корпус тубины — например Turbonetics). Внешние перепускные клапаны обычно расчитанны на гораздо больший поток воздуха, чем внутренние. Большинство из них имеет двойной активатор, это способствует более быстрому открытию клапана и обеспечивает лучший контроль за раскручиваемостью турбины. Если вы строите мощный автомобиль (500л.с. и выше), то внешний перепускной клапан (может и не один) — это единственно верный путь. Выход от внешнего перепускного клапана может направляться обратно в выхлоп или в атмосферу (правда это ОЧЕНЬ громко, можно поставить небольшую трубу с глушителем). Кроме того, внешние клапаны могут иметь разные пружины, тем самым, заменив пружину на более упругую, вы можете задать минимальный уровень наддува, предположим, в 5 psi.
Принцип работы вестгейта и поднятие буста
Итак, установив датчик буста STRI и (давненько) видев настроечную таблицу вестгейта могу сказать.
Положение клапана вестгейта (устройства которое пускает выхлоп в обход турбине) зависит от выбранной скорости и положения дроссельной заслонки (педали газа).
Пример.
Стоим на нейтралке и газуем до 5 000 оборотов. Выхлоп на турбину не поступает. Давление не повышается выше ноля (если не газовать, то давление отрицательное). Как сказал Альпинский, а ему верить — это святое — никакой таблицы которая управляет вестгейтом зависимо от скорости — нет и это всего лишь закон физики, как и на остальных скоростях.
Втыкаем первую и газуем тапкувпол. Давление турбины поднимется например до 0,6 максимум.
Переключаемся на вторую и тапку в пол. Давление поднимется до пика в единицу (например) и опустится на 0,9 и будет держаться постоянно пока тапкавпол.
Втыкаем третюю, такая же картина. Пик в единицу, спуск до 0,9 и держит пока не изменится ничего.
Четвертая скорость — пик ниже 0,9 например, и держит 0,8.
Делаем выводы:
Вестгейт зависит только от положения дроссельной заслонки и оборотов двигателя. Верим Альпинскому — таблицы зависимости от нейтралки нет.
Значение 0% Wastegate Duty Cycle (WGDC) в карте ECU позволяет соленоид держать полностью закрытым, что позволяет держать турбине уровень наддува, определенный только лишь жесткостью пружины в актуаторе (механический буст, mechanical boost pressure). Значение 100% WGDC держит соленоид полностью открытым, что позволяет турбине надувать столько, сколько она способна (maximum boost pressure).
Что мы могем сделать?
Как поднять.
В таблице управления вестгейтом (wastgate duty) есть 2 зависимости — Положение дроссельной заслонки (%) и обороты двигателя(RPM). в ячейках процент закрытия (либо открытия заслонки вестгейта) — если открытия то чем больше процент тем сильнее дует турба.
В этой таблице вестгейт зависит только от положения дроссельной заслонки и оборотов двигателя.
важно понимать то, что у нас в салоне должен быть датчик буста. потому что мы редактируем открытие вестгейта, и какое давление турба выдаст после этого нам не известно. На датчике буста выставляем пик в 1,25 так безопаснее — выше дуть нельзя. По крайней мере на стоковом машине как у меня.
прошиваем и едем смотреть. на первой тапкувпол и следим за сигналкой датчика. если дует на 1,2 сразу ее сбрасываем газ и останавливаемся. Смотрим пик. Если 1,2 то все ок. Если ниже то еще прибавляем процентов вестгейту. Если выше то убавляем! если передувать начнем то это катастрофа.
Так же если в настроечной таблице уже последние значения — 100% то поднять давление турбины получится только установкой прямотока с большим диаметром и удалением катализаторов, глушителей и всего такого.
Так-же важно понимать что при увеличении буста ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно добавлять топлива в смесь и редактировать углы зажигания, иначе прогарят клапана (когда воздуха больше) и просто эффекта будет мало (когда углы не правильные).
Еще картинки турбины и трубочек:
Переводить не буду, только линии расшифрую.
Line 1 — соединяет компрессорную часть с одним концом тройника. Этот шланг содержит рестриктор.
Line 2 — соединяет вторую часть тройника с актуатором вестгейта.
Line 3 — соединяет среднюю часть тройника с клапаном соленоида управления наддувом.
Line 4 — соединяет другую сторону клапана соленоида управления наддувом и впускной патрубок.
Почему нельзя надувать бесконечно много?
Само собой в отношении турбины не действует правило — закрываем вестгейт наглухо и пусть дует сколько может. У каждого турбокомпрессора есть карта эффективности (англ. compressor efficiency map). Это показывает на какую степень сжатия она способна. Давайте взглянем на турбину TD04-13G.
Это показатели того, сколько энергии подаваемой в компрессор используется для сжатия воздуха и сколько используется для создания жара. В стандартном режиме 75% турбины уходит на то чтобы сжать воздух (создать компрессию) и 25% на то чтобы нагреть его (никуда не денешься тут… турбина все таки не холодная). Чем больше мы пропускаем через нее газов (увеличиваем наддув) — тем сильнее она нагревает воздух, а значит теряет смысл. Потому что лучше в двиган загонять холодный воздух — это повысит реакцию в двигателе и исключит детонацию (а детонация = потеря мощности в лучшем случае, и потеря двигателя в худшем).
В итоге, если вы выпадаете из карты эффективности, то ваша турбина из компрессора превращается в огнемет. 🙂
Что такое вестгейт — блу-офф — байпас
Вопрос: Хочу наконец-то разобраться, что такое блоуофф, байпасс и вестгейт и для чего все это нужно…
Ответ:
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.
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).
Вестгейт получил свое название оттого, что его задача тратить впустую часть энергии выхлопных газов. Тратя впустую, или перепуская, управляемое количество выхлопных газов мимо турбины, можно управлять её частотой вращения, а следовательно и давлением наддува. Другими словами вестгейт является, по сути, байпасным клапаном турбины, который направляет к турбине только такое количество выхлопных газов, которое требуется для создания заданного давления наддува.
Хотя вестгейт в настоящее время является лучшим способом для управления давлением наддува, это не лучший способ регулирования. То, что он работает, тратя впустую энергию является его недостатком. Второй недостаток то, что во время нарастания давления наддува клапан вестгейта должен открываться постепенно, до тех пор пока давление наддува не достигнет заданного значения. Другими словами, вестгейт настроенный на 0,7 бара как правило начинает открываться при давлении около 0,35 бара и перепускает впустую выхлопные газы, которые могли бы использоваться для более интенсивной раскрутки турбонагнетателя. Попытка увеличить обороты турбины, в то время когда клапан вестгейта частично открыт — это попытка поймать собственный хвост.
Тем не менее тысячесильные автомобили Формулы 1 использовали вестгейты, они используются практически во всех современных системах турбонаддува. Пока турбонагнетатели с изменяемой геометрией турбины не будут доступны по приемлемой цене, вестгейт останется лучшим устройством для регулирования давления.
Что «пшикает» в спортивных машинах? Изучаем блоу-офф, байпас и вестгейт
Данная статья подразумевает, что читатель уже имеет некоторое представление о работе турбонаддува. Если же такого представления пока нет – не беда! Не так давно мы обсуждали эту штуку во всех подробностях: как выглядит, зачем нужна и как работает. Кто ещё не видел – нажимаем сюда и читаем..
А теперь к героям нашего сегодняшнего обсуждения. Я уверен, все автолюбители хоть раз слышали характерный «пшик» при переключениях скоростей на спортивных автомобилях. Более того, на сайтах наших китайских друзей есть невероятное количество этих «приблуд» всех цветов и видов, предлагаемых за очень демократичные цены. И у неподготовленного любителя тюнинга может создаться впечатление, что пшикалки эти служат исключительно для привлечения на улицах впечатлительных особ слабого пола. Но это не так. Точнее – изначально было не так, а служило лишь вполне себе конкретной технической задаче. Давайте разбираться.
В чём суть проблемы?
Итак, вы уже знаете, что при активном ускорении турбина нагнетает воздух во впускной коллектор. Но очевидно, что дуть до бесконечности невозможно, иначе разорвёт как минимум резиновые патрубки системы. И для ограничения создаваемого турбиной давления служит «вестгейт» (wastegate).
Клапан вестгейта, соединённый штоком с его «калиткой» в горячей части турбины. Далее станет понятно. (фото: twitter)
Это подпружиненный клапан, который при превышении определённого порога нагнетаемого давления перемещается и открывает заслонку в корпусе турбины, тем самым частично пуская выхлопные газы в обход крыльчатки – прямо в катализатор и далее по выпуску. Таким образом, обороты турбины снижаются, а значит, уменьшается и создаваемое ей давление.
Приводимая клапаном вестгейта заслонка-«калитка» в самой турбине. (фото: Drive2)
Но это, скажем так, эталонный сценарий: когда давление нарастает плавно и соразмерно нажатию на газ. А вот ситуация: вы «топили» с газом в пол, и внезапно на дорогу выбегает олень. Понятно, что в 99% случаев первое, что вы сделаете – отпустите педаль. Да вот беда! Турбина обладает очень неслабой инерционностью: хоть педальку вы отпустили, но она ещё продолжает крутиться по инерции. То есть, нагнетать воздух. А дроссельная заслонка-то уже закрыта! Давление снова растёт, угрожая что-то порвать.
Таким образом, конструктивно возникает необходимость в ещё одном клапане – который будет стравливать излишки уже нагнетённого воздуха. И здесь есть два варианта.
Блоу-офф – сдуваем в атмосферу
Тот нередкий случай, когда само название (blow—off – сдувать) объясняет суть вопроса. На самом деле всё просто: в магистраль между холодной (компрессорной) частью турбины и впускным коллектором врезается самый обычный предохранительный клапан. Как только давление в магистрали резко подскакивает и превышает критическое (когда мы резко сбросили газ, помните?) – он выпускает лишнее давление наружу. Банально на улицу, в подкапотное пространство. В этот момент и раздаётся тот самый сочный «пшик», который мы все привыкли узнавать по всяким «Форсажам» и подобным картинам. А вот наглядная схема расположения этого клапана (кстати, там же есть и вестгейт):
фото: yandex
Байпас – замыкаемся в себе
Байпас (bypass – обходной путь) служит ровно той же цели – предохранять впускной тракт от переизбытка воздуха, но алгоритм работы у него чуть другой. Находится он в том же месте что и блоу-офф, но отводит лишний воздух не в атмосферу, а снова в контур. А именно, на вход турбины. Получается своего рода замкнутый круг, когда воздух остаётся в системе, но тем не менее, его давление в момент открытия байпаса уменьшается: излишки поступают в пространство перед турбиной. Это понятно из нижеприведённой схемы:
фото: yandex
Зачем два варианта?
И здесь пытливый читатель снова вправе задать резонный вопрос: зачем усложнять систему байпасом (ведь это дополнительная воздушная магистраль), когда можно просто «сливать» лишнее давление наружу? Отвечаю: во-первых, байпас тише. Некий звук при резком сбросе газа различить можно, но он всё равно несравнимо тише блоу-оффа. Согласитесь, далеко не каждый автовладелец придёт в восторг от ежедневной какофонии громких свистяще-шипящих звуков из-под капота.
Блоу-офф. Выпускает воздух на улицу. (фото: motorz.tv)
И во-вторых, ещё раз повторю ключевой момент: с байпасом воздух остаётся в системе. То есть, тот его объём, что прошёл через расходомер (ДМРВ), находящийся обычно сразу после фильтра, не изменяется. А значит, не изменятся и параметры топливо-воздушной смеси, которые компьютер вычисляет, основываясь на этих данных. В случае же с блоу-оффом, уже посчитанный датчиком объём воздуха меняется, так как blow-off часть его стравил наружу. Кстати, именно поэтому на подавляющем большинстве турбомоторов для приготовления смеси вместо ДМРВ (датчик массового расхода воздуха) используется ДАД (датчик абсолютного давления). Второй не считает изначально прошедший через него объём воздуха, а измеряет его давление в контуре по факту на данный момент времени. Но это уже совсем другая история.
Байпас. Перепускает воздух из трубы на дроссель (вертикальная) на вход турбины после фильтра (горизонтальная гофра). (фото автора)