Două turbine pot avea aceeași misiune – să introducă mai mult aer în motor – dar să controleze presiunea prin mecanisme complet diferite. Una poate folosi o supapă wastegate, iar cealaltă un ansamblu de palete mobile, cunoscut drept geometrie variabilă.
Pentru șofer, diferența pare mai puțin importantă până când mașina nu mai trage, produce presiune prea mare sau intră în limp mode. Atunci apar întrebările: actuatorul este defect, wastegate-ul a rămas deschis, geometria s-a blocat sau electrovalva nu mai comandă corect turbina?
Deși simptomele se pot asemăna, funcționarea și diagnosticarea celor două sisteme nu sunt identice. Un reglaj făcut fără măsurători poate transforma o problemă de underboost într-una de overboost, iar curățarea turbinei nu rezolvă un actuator perforat sau o electrovalvă defectă.
De ce trebuie controlată presiunea turbinei
Turbocompresorul folosește energia gazelor de evacuare. Gazele pun în mișcare roata turbinei, iar aceasta antrenează printr-un ax roata compresorului. Compresorul aspiră și comprimă aerul înainte ca acesta să intre în cilindri.
Cu cât debitul și energia gazelor de evacuare cresc, cu atât turbina poate accelera mai puternic. Fără un mecanism de control, presiunea și turația ansamblului ar putea depăși limitele sigure.
Un sistem de control trebuie să obțină două rezultate aparent opuse:
- să accelereze repede turbina la turații joase;
- să limiteze presiunea și turația turbinei în sarcină mare.
Wastegate-ul și geometria variabilă rezolvă această problemă în moduri diferite.
Ce este wastegate-ul
Wastegate-ul este o supapă montată pe partea de evacuare a turbinei. Aceasta controlează cantitatea de gaze care trece prin roata turbinei.
Când wastegate-ul este închis, aproape tot debitul de gaze este direcționat către roata turbinei. Ansamblul accelerează, iar presiunea de supraalimentare crește.
Când supapa se deschide, o parte din gaze ocolește roata turbinei. Energia transmisă acesteia scade, iar presiunea este limitată.
Wastegate-ul nu elimină gazele în atmosferă. Pe o turbină auto obișnuită, gazele deviate sunt conduse mai departe în evacuare.
Wastegate intern și extern
Wastegate-ul intern este integrat în carcasa turbinei. Un braț exterior acționează o clapetă montată în interior.
Este o soluție compactă și întâlnită pe multe motoare de serie, în special pe benzină.
Wastegate-ul extern este o componentă separată montată pe galeria de evacuare sau pe o conductă dedicată. Poate controla debite mai mari și este folosit frecvent în aplicații de performanță.
Pe o mașină standard nu trebuie confundată supapa wastegate cu blow-off valve sau diverter valve. Wastegate-ul lucrează pe evacuare și controlează energia transmisă turbinei. Supapa de descărcare lucrează pe admisie și gestionează presiunea când clapeta de accelerație se închide.
Cum este acționat wastegate-ul
Wastegate-ul poate fi controlat prin:
- presiune;
- vacuum;
- actuator electronic;
- combinație între actuator și electrovalvă.
La sistemul pneumatic clasic, actuatorul conține o membrană și un arc. Presiunea aplicată membranei deplasează tija și deschide wastegate-ul.
Arcul stabilește o presiune mecanică de bază. O electrovalvă poate modifica presiunea care ajunge la actuator, permițând ECU să controleze mai precis turbina.
La sistemele electronice, un motor electric deplasează mecanismul. Calculatorul poate comanda o poziție precisă și poate primi informații de la un senzor integrat.
Ce se întâmplă dacă wastegate-ul rămâne deschis
Dacă supapa rămâne deschisă, o parte prea mare din gazele de evacuare ocolește turbina. Aceasta nu mai primește energia necesară.
Pot apărea:
- presiune de supraalimentare prea mică;
- motor fără putere;
- răspuns slab la accelerație;
- turbina intră târziu;
- fum negru la diesel;
- consum crescut;
- eroare de underboost;
- limp mode.
Cauza poate fi mecanică, dar și pneumatică sau electronică. Tija poate fi desprinsă, actuatorul poate avea membrana perforată, iar electrovalva poate comanda greșit.
Ce se întâmplă dacă wastegate-ul rămâne închis
Dacă supapa nu se deschide când debitul gazelor crește, turbina poate produce o presiune prea mare.
Simptomele pot include:
- motorul trage puternic pentru câteva secunde;
- puterea este tăiată brusc;
- apare overboost;
- motorul intră în limp mode;
- puterea revine după repornire;
- furtunurile de presiune sunt suprasolicitate;
- turbina poate fi supraturată.
Un wastegate blocat închis nu trebuie compensat prin resoftare sau prin anularea protecției din ECU. Limitarea există pentru a proteja turbina și motorul.
Ce este geometria variabilă
Turbina cu geometrie variabilă folosește mai multe palete mobile montate în carcasa turbinei, în jurul roții de evacuare.
Aceste palete modifică secțiunea și direcția prin care gazele sunt trimise către roată.
La turații joase, paletele restrâng pasajul. Gazele își măresc viteza și lovesc mai eficient roata turbinei. Astfel, turbina răspunde repede și motorul dezvoltă cuplu de la turații reduse.
Pe măsură ce debitul crește, paletele se deschid. Secțiunea devine mai mare, iar riscul ca turbina să producă presiune excesivă este redus.
Geometria variabilă nu ocolește pur și simplu roata turbinei, așa cum face wastegate-ul. Ea modifică modul în care gazele sunt dirijate.
De ce geometria variabilă este folosită frecvent la diesel
Motorul diesel funcționează într-o plajă largă de sarcină și produce temperaturi de evacuare diferite față de un motor pe benzină.
Geometria variabilă oferă:
- răspuns bun la turații joase;
- cuplu disponibil devreme;
- control eficient al presiunii;
- turbo lag redus;
- colaborare mai bună cu EGR-ul;
- eficiență îmbunătățită.
Motoarele pe benzină moderne pot folosi și ele turbine cu geometrie variabilă, însă temperaturile foarte mari de evacuare necesită materiale și construcții mai rezistente.
Cum este acționată geometria variabilă
Paletele sunt legate printr-un inel și un mecanism exterior. Actuatorul deplasează tija, iar aceasta modifică poziția geometriei.
Acționarea poate fi:
- pneumatică, prin vacuum;
- electronică;
- electro-pneumatică.
La sistemul cu vacuum, traseul general este:
pompa de vacuum → furtunuri → electrovalvă de control → actuator → tija geometriei
ECU comandă electrovalva, iar aceasta dozează vacuumul trimis actuatorului.
La actuatorul electronic, ECU comandă direct motorul electric. Sistemul poate monitoriza poziția reală și o poate compara cu poziția solicitată.
Ce se întâmplă când geometria rămâne prea deschisă
Când paletele rămân în poziție deschisă, gazele nu accelerează suficient turbina la turații joase.
Pot apărea:
- răspuns întârziat;
- lipsă de cuplu;
- presiune insuficientă;
- fum negru;
- underboost;
- limp mode;
- turbina pare că „intră” foarte târziu.
Cauza poate fi geometria încărcată cu depuneri, dar și lipsa vacuumului, actuatorul defect sau electrovalva de comandă.
Ce se întâmplă când geometria rămâne prea închisă
Dacă paletele nu se deschid suficient în sarcină, gazele accelerează prea puternic turbina.
Motorul poate manifesta:
- presiune prea mare;
- tăiere bruscă a puterii;
- overboost;
- limp mode;
- revenirea puterii după repornire;
- suprasolicitarea furtunurilor;
- risc de supraturare a turbinei.
Acesta este scenariul des întâlnit la un diesel care trage foarte bine până într-un anumit punct și apoi își pierde brusc puterea.
De ce se blochează geometria variabilă
În carcasa turbinei circulă gaze de evacuare încărcate cu funingine. Depunerile se acumulează pe palete și pe inelul de comandă.
Blocarea este favorizată de:
- drumuri scurte;
- funcționare multă la sarcină redusă;
- EGR defect;
- injectoare care produc fum;
- filtru de aer înfundat;
- pierderi de boost;
- consum de ulei;
- ardere incorectă;
- modificări software;
- motor care nu ajunge la temperatura normală.
Geometria poate avea o cursă completă la rece și se poate bloca după încălzire. Sau poate funcționa în majoritatea cursei, dar să agațe exact în zona necesară la sarcină mare.
Diferențele dintre wastegate și geometria variabilă
| Caracteristică | Wastegate | Geometrie variabilă |
|---|---|---|
| Principiu | Deviază o parte din gazele de evacuare | Modifică direcția și viteza gazelor |
| Complexitate | Relativ simplă | Mai complexă |
| Răspuns la turații joase | Depinde de dimensiunea turbinei | De regulă, foarte bun |
| Controlul presiunii | Prin deschiderea supapei | Prin poziția paletelor |
| Defecțiuni mecanice | Clapetă, tijă, scaun, actuator | Palete, inel, tijă, actuator |
| Depuneri de funingine | Poate apărea blocarea clapetei | Poate bloca întregul mecanism |
| Utilizare frecventă | Motoare pe benzină și unele diesel | În special motoare diesel moderne |
| Risc când rămâne închisă | Overboost | Overboost |
| Risc când rămâne deschisă | Underboost | Underboost |
Ambele sisteme urmăresc același rezultat: controlul energiei care pune în mișcare turbina. Metoda folosită este însă diferită.
Actuator pneumatic sau electronic
Actuatorul pneumatic
Actuatorul pneumatic folosește o membrană și un arc. Este simplu, dar depinde de:
- vacuum sau presiune;
- furtunuri etanșe;
- electrovalvă;
- membrană;
- reglajul tijei.
O membrană perforată nu mai poate păstra vacuumul. Tija se deplasează incomplet sau deloc.
Actuatorul se verifică folosind o pompă manuală de vacuum sau presiune, după tipul sistemului. Se urmărește dacă tija se mișcă lin și dacă actuatorul menține valoarea aplicată.
Actuatorul electronic
Acesta conține un motor, angrenaje și, de regulă, un senzor de poziție.
Defecțiunile pot apărea la:
- motorul electric;
- roțile dințate;
- senzorul de poziție;
- cablaj;
- conector;
- alimentare;
- calibrare.
Un actuator electronic nou poate necesita adaptare sau calibrare. Montarea fără procedura corectă poate produce underboost, overboost sau o eroare de poziție.
Cum verifici mecanismul turbinei
Diagnosticul trebuie făcut înaintea demontării turbinei.
Citește erorile și valorile reale
Se urmăresc:
- presiunea solicitată;
- presiunea reală;
- poziția actuatorului;
- comanda electrovalvei;
- masa de aer;
- turația;
- condițiile în care apare abaterea.
Un cod de underboost sau overboost indică rezultatul, nu confirmă componenta defectă.
Verifică vacuumul
La sistemele pneumatice se măsoară vacuumul la sursă și la intrarea electrovalvei.
Dacă sursa este slabă, actuatorul nu va funcționa corect nici dacă turbina este nouă.
Verifică actuatorul separat
Cu pompa manuală se urmărește:
- momentul în care începe cursa;
- mișcarea continuă;
- capătul cursei;
- păstrarea vacuumului;
- eventualele blocaje.
Valorile diferă între turbine și trebuie comparate cu specificațiile corecte.
Verifică electrovalva
O electrovalvă care face clic nu este obligatoriu bună. Partea electrică poate funcționa, iar pasajele pneumatice să fie blocate.
Verifică mișcarea mecanismului
Tija nu trebuie trasă brutal cu un clește. Se poate deteriora actuatorul sau modifica reglajul.
Dacă mișcarea este grea ori sacadată după separarea actuatorului, mecanismul intern al turbinei devine suspect.
De ce nu trebuie reglată tija după ureche
Lungimea tijei stabilește poziția de bază și cursa mecanismului.
Scurtarea tijei pentru ca „turbina să intre mai devreme” poate produce:
- overboost;
- control instabil;
- limp mode;
- supraturarea turbinei;
- temperaturi ridicate;
- deteriorarea motorului.
Lungirea excesivă poate provoca:
- presiune mică;
- răspuns lent;
- fum;
- underboost.
Reglajul se face după valorile producătorului, folosind instrumente de măsurare și, unde este necesar, un stand de calibrare.
Se poate curăța geometria variabilă?
Da, dacă mecanismul este blocat de depuneri și restul turbinei este în stare bună.
Curățarea corectă presupune demontarea, inspectarea și curățarea mecanismului fără modificarea formei paletelor ori a suprafețelor de lucru.
Nu se șlefuiesc agresiv piesele și nu se elimină material pentru ca geometria „să meargă mai ușor”. Jocurile modificate pot afecta controlul gazelor.
Spray-urile aplicate fără demontare pot produce uneori o îmbunătățire temporară, dar nu permit verificarea completă a mecanismului. Dacă depunerile sunt serioase, soluția corectă este demontarea.
Curățarea geometriei nu repară:
- axul uzat;
- lagărele;
- palele deteriorate;
- actuatorul perforat;
- carcasa fisurată;
- electrovalva;
- lipsa vacuumului.
Wastegate-ul poate fi reparat?
Depinde de defect. Tija sau clapeta poate avea joc, iar scaunul supapei se poate uza.
Un joc mic al mecanismului trebuie interpretat după construcția turbinei. Un joc mare poate produce zgomot și pierdere de presiune.
Actuatorul poate fi înlocuit separat numai dacă există o piesă potrivită și poate fi reglat corect. Montarea unui actuator „asemănător” nu garantează aceeași cursă și aceeași forță a arcului.
Wastegate și geometrie variabilă la BMW E46 320d
BMW E46 320d de 136 CP folosește o turbină cu geometrie variabilă controlată pneumatic, în funcție de configurația exactă a motorului și turbinei montate.
Când motorul nu mai trage sau intră în avarie, trebuie verificate:
- pompa de vacuum;
- furtunurile;
- convertorul de presiune;
- actuatorul;
- cursa tijei;
- geometria;
- senzorul MAP;
- debitmetrul;
- pierderile pe admisie;
- presiunea solicitată și cea reală.
Dacă tija nu se mișcă, nu înseamnă automat că geometria este blocată. Actuatorul poate să nu primească vacuum.
Dacă tija se mișcă la ralanti, nu înseamnă că mecanismul funcționează perfect în întreaga cursă și sub sarcină.
Recomandarea mea
Când turbina produce presiune prea mică sau prea mare, recomand această ordine:
- se salvează erorile;
- se compară presiunea cerută cu cea reală;
- se verifică etanșeitatea admisiei;
- se controlează vacuumul sau alimentarea actuatorului;
- se testează electrovalva;
- se verifică actuatorul separat;
- se urmărește cursa mecanismului;
- se verifică reglajul tijei;
- turbina se demontează numai dacă testele indică un blocaj intern.
Nu recomand modificarea tijei pentru mascarea unei probleme. Dacă sistemul a funcționat corect și a început să producă o abatere, cauza trebuie identificată, nu compensată printr-un reglaj improvizat.
Opinia mea personală
Din punctul meu de vedere, geometria variabilă este un sistem foarte eficient, dar sensibil la calitatea arderii și la diagnosticarea făcută superficial.
Mulți șoferi aud „geometrie blocată” și demontează imediat turbina. Eu aș verifica mai întâi dacă actuatorul primește vacuum, dacă electrovalva îl controlează și dacă admisia este etanșă.
La fel, un wastegate nu trebuie reglat pentru mai multă putere fără să fie cunoscută presiunea reală. ECU nu poate corecta la nesfârșit o poziție mecanică greșită.
O turbină sănătoasă are nevoie de un sistem de comandă sănătos. Actuatorul, electrovalva, furtunurile și senzorii sunt la fel de importanți pentru controlul presiunii ca mecanismul din interiorul turbinei.
Idei importante de reținut
- Wastegate-ul deviază o parte din gazele de evacuare.
- Geometria variabilă modifică direcția și viteza gazelor.
- Wastegate-ul deschis poate provoca underboost.
- Wastegate-ul închis poate provoca overboost.
- Geometria prea deschisă produce răspuns slab și presiune mică.
- Geometria prea închisă poate supratura turbina.
- Actuatorul poate fi pneumatic sau electronic.
- Lipsa vacuumului poate imita o geometrie blocată.
- O electrovalvă care face clic nu este obligatoriu funcțională.
- Tija nu trebuie reglată după senzația de la volan.
- Curățarea nu repară uzura turbinei.
- După reparație trebuie comparată presiunea cerută cu cea reală.
- La BMW E46 320d trebuie verificat întregul circuit de vacuum.
- Underboost-ul și overboost-ul sunt rezultate, nu diagnostice complete.
Verdictul meu
Wastegate-ul și geometria variabilă controlează aceeași energie, dar folosesc principii diferite. Wastegate-ul permite gazelor să ocolească roata turbinei, în timp ce geometria variabilă schimbă modul în care acestea lovesc roata.
Când mecanismul rămâne într-o poziție greșită, motorul poate produce presiune prea mică sau prea mare. Aceleași simptome pot fi însă provocate de actuator, electrovalvă, vacuum, senzori ori pierderi pe admisie.
Turbina trebuie demontată numai după verificarea sistemului de comandă. În multe cazuri, problema nu se află în paletele geometriei sau în clapeta wastegate, ci în componenta care ar trebui să le deplaseze.
CIOLEX.RO – conținut original, creat exclusiv pentru șoferi și pasionați de mecanică auto.
Îți recomandăm și: