Wastegate

Hva er en wastegate?

Wastegate er en ventil som styrer turboaggregatets ladetrykk ved hjelp av vakuum og trykk.

En wastegate er en enhet som hjelper til med å kontrollere ladetrykket i en turboladet motor. Regulering av eksosgassene som strømmer gjennom turbinen begrenser den maksimale mengden ladetrykk som kan produseres. Dette hjelper til med å forhindre for høyt ladetrykk og holder turbinen i gang for best ytelse.

Wastegate-ventiler består vanligvis av et innløp og et utløp som åpnes og lukkes ved hjelp av en ladetrykkstyring. Ladetrykksventilen er koblet til wastegate-ventilen og ansvarlig for å åpne og lukke den. Ladetrykkstyringen / ladetrykksventilen åpner og lukker wastegate for å regulere hvor mye eksosgasser som strømmer gjennom turboen, og dermed hvor mye ladetrykk som produseres.

Hvordan fungerer en wastegate?

En wastegate slipper gjennom en del av eksosgassene før de når turboaggregatets turbin for å avlaste turbinen fra å gi et uønsket ladetrykk. Eksosgassene slippes ut gjennom wastegate-membranen, som deretter leder ut til eksossystemet. I ytelsesapplikasjoner ledes dette noen ganger direkte ut i luften for å unngå turbulens i eksossystemet.

Hvorfor brukes en wastegate?

En wastegate brukes for å regulere ladetrykket slik at ønsket ladetrykk opprettholdes og for å motvirke et uønsket skenende ladetrykk.

En ekstern wastegate er vanligvis nødvendig når den interne wastegate i turbinen ikke effektivt nok kan kontrollere ladetrykket. Dette kan skje av flere grunner, inkludert en defekt eller skadet intern wastegate, feil størrelse på wastegate-fjæren eller rett og slett fordi ladetrykket er for høyt for at den interne wastegate skal kunne motstå. Uansett årsak kan en ekstern wastegate hjelpe til med å regulere ladetrykket og forhindre at turbinen overvarmer.

En wastegate kan også brukes for å finjustere trykknivåene. Ved å justere plasseringen av den eksterne wastegates dumprør er det mulig å endre hvor mye eksosgasser som ledes bort fra turbinhjulet. Dette kan brukes for å øke eller redusere ladetrykket etter behov, noe som muliggjør mer presis kontroll over turbinen.

Tilkoblinger

• Eksosinnløp

Eksosinnløpet er der motorens eksosgasser kommer inn mot eksosventilen på en ekstern wastegate. En intern wastegate sitter i eksoshuset på en turbo, så innløpet er den delen av turbinhuset der eksosgasser kan nå denne ventilen. Tilkoblinger på en ekstern wastegate pleier å være V-band eller en boltet flens.

• Eksosutløp

Eksosutløpet er der eksosgassene evakueres. Dette gjelder både intern og ekstern wastegate. Denne er koblet til motorens eksossystem, etter turbinhjulet på turbinen. En ekstern wastegate kan derimot også lede eksosgassene direkte ut i luften og ikke tilbake i eksossystemet. Tilkoblinger på en ekstern wastegate pleier å være V-band eller en boltet flens.

• Vakuum

Koble til motorens vakuum via motorens inntak, vakuumstasjon eller MAC-ventil. Noen wastegater er forberedt for mottrykk og kan da ha to vakuumtilkoblinger. En tilkobling over membranen og en under membranen. Tilkoblinger pleier å være en gjengestuss med 1/8" NPT.

• Vann inn/ut (for kjøling)

Noen wastegater har uttak for vannkjøling. Disse trenger ikke å kobles i et bestemt flow. Tilkoblinger pleier å være en gjengestuss med 1/8" NPT.

Ulike typer av wastegate

Det finnes egentlig to alternativer for wastegates; den ene er intern og innebygd i turbinen. Den andre varianten er ekstern og sitter montert på grenrøret.

Begge justeres med en ladetrykkventil som er koblet til en trykkmåler som regulerer ønsket ladetrykk, det vil si hvor mye ventilen holdes åpen eller stengt.

Intern eller ekstern

For å gjøre valget ekstern vs intern wastegate enklere, skal vi ta opp faktorer som påvirker valget.

Plass

En faktor for å velge en intern fremfor en ekstern wastegate kan være plassmangel og at en ekstern wastegate ikke kan brukes. En annen faktor kan være hvor servicemessig vennlig det skal være. En intern wastegate er ofte veldig enkel å jobbe med siden det er minimalt med ekstra deler å ta hensyn til.

Derimot kan det noen ganger være så lite plass rundt turboaggregatet at en ekstern wastegate må brukes.

Flow / Effekt

Selv om en intern wastegate kan håndtere effekter opp til 1000 hk (i enkelte tilfeller), er det ved effekter over 5-700 hk vanligere å bruke ekstern wastegate. Dette er fordi de finnes i mange forskjellige størrelser og utførelser som passer de fleste behov. Man kan til og med bruke to stykker for å få ekstrem kontroll over eksosen.

Til tross for dette er en intern wastegate et alternativ som kan brukes. Men da er det viktig at faktorer som for eksempel eksosmottrykk i fremre eksosrør / downpipe er betydelig lavere enn trykket i grenrøret, slik at wastegaten virkelig kan evakuere eksosen ordentlig og oppnå sitt fulle potensial. 

Valg av størrelse

Hvilken størrelse på wastegate som bør brukes, avhenger av mange faktorer, blant annet motorens slagvolum, drivstofftype som brukes, tilgjengelig plass for wastegate (og posisjon/vinkel), maks turtall for motoren, antall turboaggregater, antall wastegater som brukes og ønsket ladetrykk / ladetrykkområde.

Montering

Skal man se det fra den perfekte verden for wastegaten, så bør man etterligne en motorveikjøring. Det vil si at eksosgassene som kommer fra motoren mot turbinen skal styres smidig mot wastegaten. Da kan man ha en liten wastegate og trenger ikke kompensere med størrelse på wastegate på grunn av et godt flow.

Men da er det ikke perfekt for turbinen lenger, da det er en stor flate i samlerøret som skaper turbulens og forstyrrer flowet. Her må man kompromisse.

Da monterer man røret til wastegate med en litt skarpere vinkel mot 90 grader i stedet og kompensere med en større størrelse på wastegate. Da får man en mindre tilkoblingsflate mot samlerøret til tross for større wastegate. Denne oppsettet forstyrrer ikke flowet til turbinen like mye når den ikke brukes, og kan likevel evakuere tilstrekkelig med luft.

Man skal imidlertid aldri vinkele wastegaterøret i eksosenes motsatte retning (over 90 grader). Da får man både dårlig flow til turboen og wastegate.

Twin entry grenrør

Hvis du bruker et twin entry grenrør / puls split, må wastegate ha tilgang til begge sider for å kunne evakuere eksosgassene.

Alternativ 1
Bruk to wastegater, en til hver side.

Alternativ 2
Bruk en wastegate som kobles til begge sider av grenrørets pulssplit.

Grunnladetrykk

Den wastegatefjæren som er installert er det minste ladetrykket du kan ha. Med andre ord: Er en wastegatefjær med 7 psi (0,5 bar) installert, så kan du ikke ha et maksimalt ladetrykk under 7 psi.

Uten en ladetrykkstyring / ladetrykkventil / wastegateventil / wastegatesystem, så vil du bare oppnå det såkalte grunnladetrykket.

I tillegg til fjærtrykket kan eksospulser og flow påvirke når fjæren åpner eller stenger.

Tilpasse wastegatefjær til maks ladetrykk

Mottrykket ved wastegateventilen jobber mot ladetrykket i inntaket. 1 bar i inntaket motvirker cirka 1 bar ved wastegateventilen. I tillegg har du den installerte fjæren som hjelper til med å holde ventilen stengt. En installert fjær på 0,5 bar samt et ladetrykk på 1 bar motvirker cirka 1,5 bar ved wastegateventilens sete. Men med eksospulser og flow som påvirker trykket i grenrøret mot wastegateventilen, er det ikke noe eksakt tall.

Høyere eksosflow kan motvirke at ventilen åpner seg, og høyere eksosmottrykk kan få ventilen til å åpne seg tidligere enn 1,5 bar i henhold til ovenstående eksempel.

Hvis ventilen åpner seg for tidlig, før ønsket maks ladetrykk, kan en sterkere fjær monteres for å motvirke det høyere trykket. Også montering / plassering av wastegate endrer ved hvilket trykk denne åpner / stenger i forhold til fjærens trykk.

Materiale

Intern wastegate

En intern wastegate som sitter montert på en originalbil er ofte laget av en presset plåtkonstruksjon der membranet ikke er utbyttbart. Skulle dette gå i stykker, så byttes hele enheten ut. På ettermarkedet er huset til en intern wastegate laget av frest aluminium som er delbart slik at membranet kan byttes ut. Øvrige deler som wastegatearmen og andre monteringsdetaljer er laget i stål.

Ekstern wastegate

En ekstern wastegate er ofte montert på ettermarkedet, og bedre materialer brukes nesten utelukkende.

Bunnpartiet (den varme siden) er støpt i aluminium.

Toppen (den kalde siden) er frest i aluminium.

På samme måte som en intern wastegate for ettermarkedet kan toppdelen deles og membranet kan byttes ut som en reservedel. Tilbehør er laget i stål.

Tilbehør

Ladetrykkventil

En MAC-ventil / magnetventil som kobles mellom turboaggregatets trykkside og wastegate. Det er denne som muliggjør regulering av ladetrykket.

Wastegatemembran

Membranet sitter sammen med wastegateventilen. Når trykk eller vakuum dannes, åpner eller stenger membranet wastegateventilen for å regulere eksosflow gjennom turboen.

Wastegatefjær

Den fjæren som holder wastegateventilen stengt. Trykket på wastegatefjæren er det som kalles grunnladetrykk. Uten en ladetrykkventil vil dette trykket være maks ladetrykk.

Kontroll av wastegate

Teste tetthet

Ved å legge trykk på øvre eller nedre delen av membranet kan du se om det er noen lekkasje før du monterer ventilen på motoren din. Når du legger trykk oppå membranet, skal det ikke lekke i det hele tatt, det skal være helt tett. Noen wastegate er forberedt for å brukes med mottrykk for raskere / bedre regulering. Da kan du koble trykk på undersiden av membranet. Når du trykkssetter denne siden, vil det lekke litt mellom ventilstyringen og ventilakslingen. Denne lekkasjen er helt grei da det ikke påvirker motorfunksjonen. Mistanke om for stor lekkasje her skal sjekkes med verksted / installatør som da må måle opp dette. Generelt slippes trykket ut på en sekund eller mer. Går det raskere, kan spillet være for stort, noe som tyder på slitasje.

Teste bevegelse

Ved å legge trykk på nedre delen av membranet eller vakuum på øvre delen av membranet kan du åpne ventilen i wastegate. På denne måten kan du enkelt se om ventilen beveger seg fritt uten å henge.

Problem

En kranglende wastegate kan forårsake alvorlige motorskader, ettersom turbon ikke lenger har noen ladetrykkontroll. Det betyr at trykket fortsetter å bygges opp, og turbinen vil fortsette å snurre til noe går i stykker eller stoppes av sikkerhetsfunksjoner i motorstyringen! I de fleste tilfeller er den beste løsningen å bytte ut de slitte interne delene med nye.

Enkel feilsøking av ventilen er å koble fra ladetrykkstyringen og bare bruke grunnladetrykk. Trinn 2 er å demontere ventilen og kontrollere i henhold til punkt 13. Også vakuumlekkasje gjennom vakuumslangen til og fra wastegate er en stor påvirkende faktor.

• Turbon gir ingen ladetrykk

Ventilen står åpen. Dette kalles Boost creep og innebærer at ventilen står åpen. Når wastegatens ventil står åpen, kan det ikke eller veldig lite ladetrykk bygges opp. Dette avhenger av vakuum over membranet eller en klengete ventil.

Ventilen kan begynne å klenge når det blir varmt for så å fungere bra igjen når den har kjølt seg ned.

• Ujevn ladetrykk

Dette skyldes ofte en kranglende ladetrykkstyring. (Innstilling i ECU eller maskinvare).

Men det kan også skyldes en klengete wastegateventil.

• Turbon gir fullt ladetrykk

Ventilen er stengt. Hvis ventilen har satt seg fast i sin lukkede posisjon, klemmer den. Det kan også skyldes feilaktig ladetrykkstyring.

Hvis wastegaten er dårlig montert, kan strømmen enkelt passere forbi wastegate. Eller hvis motoren produserer så høyt flow at eksosen passerer forbi wastegate, oppnås skadelig ladetrykk. Dette er farlig for motoren og må utbedres.

• Klengete wastegatestyring
  

En klengete wastegatestyring er resultatet av utilstrekkelig service. For å prøve å redde denne ventilen kan du smøre inn ventilskaftet i ventilslippasta, sette inn ventilskaftet i styringen. Koble deretter på en boremaskin på toppen av ventilskaftet og slip på denne måten inn ventilskaftet mot styringen.

• Leakkasje mellom membran og wastegatehus

Service

En ekstern wastegate trenger service, akkurat som alle andre mekaniske deler som beveger seg. En intern wastegate som er montert på originale biler opprettholder sin funksjon i mange år uten noen service. En intern wastegate som er montert på en ettermarkedsinstallasjon krever at membran byttes ut, da disse ofte er trimmet og utsettes for mer strålingsvarme.

Følgende deler på en ekstern wastegate trenger service for å opprettholde sin funksjon.

1. Membran
   Membranet er koblingen mellom motorvakuum og wastegateventilen. Dette innebærer at membranet skal byttes med jevne mellomrom for å ikke påvirke wastegatefunksjonen negativt. Det skal byttes minst én gang per sesong for å sikre funksjon. Oftere hvis bilen brukes mye og hvis wastegatens overdel utsettes for ekstrem varme, nær grenrør eller eksosrør som eksempel.
2. Vakuumtilkoblinger
   Vakuumtilkoblinger som er tørre eller har sprekker påvirker direkte funksjonen på wastegatestyringen negativt og gjør at du taper ladetrykkontrollen. Også smuss kan feste seg i slangene som forhindrer kontroll.
3. Ventilstyring
   Ventilstyringer trenger mer eller mindre service avhengig av hvilket merke som brukes. Med andre ord, hvor stort spill som brukes i ventilstyringen.
   
   Større spill innebærer mindre service (mer sjeldent) men en ventilstyring som lekker mer = Ikke populært hos de som virkelig vil fintune.
   Mindre spill innebærer mer service (oftere) men en ventilstyring som lekker mindre = Bra for den som vil fintune bedre.
   
   Uansett hvor ofte service gjøres, så er en varmetålig pasta noe som hjelper ventilen å gli lett i sitt sete. Uten pastaen er det mekanisk kontakt i ventilsetet, noe som resulterer i en klengete ventil som også sliter ut ventilstyringen fortere = Mer spill = mer lekkasje.
4. Ventilsete
   En ventilstyring som får for stort spill pga. slitasje kan også forårsake lekkasje i ventilsetet, noe som innebærer at ventilen ikke åpner og stenger som det var tenkt ved mappingstilfellet. Dette i sin tur innebærer at du taper kontroll over ladetrykkstyringen.