Zawór wastegate – co to jest i do czego służy.

Współczesne silniki benzynowe i wysokoprężne coraz częściej korzystają z doładowania, aby poprawić osiągi i obniżyć zużycie paliwa. Jednym z kluczowych elementów układu doładowania jest zawór wastegate, znany również jako zawór upustowy spalin.

Budowa i działanie zaworu wastegate

Zawór wastegate składa się z kilku elementów:

• Korpusu, w którym umieszczony jest mechanizm sterujący.
• Membrany, która odpowiada na zmiany ciśnienia spalin.
• Grzybka, który otwiera i zamyka przepływ spalin.
• Siłownika, który steruje membraną (pneumatyczny lub elektroniczny).

W prostszych konstrukcjach siłownik jest połączony z dźwignią, na którą działa ciśnienie spalin. Gdy ciśnienie jest zbyt wysokie, membrana ugina się i otwiera grzybek, co powoduje ucieczkę części spalin z pominięcia turbiny. W bardziej zaawansowanych systemach siłownik sterowany jest elektronicznie, co zapewnia precyzyjną regulację ciśnienia doładowania.

Historia zaworu wastegate:

Początki:

• Pierwsze prototypy zaworów wastegate były stosowane już w silnikach lotniczych w latach 20. XX wieku.
• W latach 40. zawory wastegate zaczęto stosować w seryjnych samochodach osobowych, np. w Studebaker Champion z 1946 roku.

Rozwój:

• W latach 50. i 60. nastąpił znaczny rozwój technologii zaworów wastegate.
• Zaczęto stosować bardziej precyzyjne i wydajne siłowniki pneumatyczne.
• Wprowadzono również zawory wastegate sterowane elektronicznie.

Współczesność:

• Współczesne zawory wastegate są bardzo precyzyjne i wydajne.
• Są one zintegrowane z systemem sterowania silnikiem (ECU) i zapewniają optymalne ciśnienie doładowania w każdych warunkach pracy.

Funkcje zaworu upustowego spalin

Główne funkcje zaworu wastegate to:

• Kontrola ciśnienia doładowania: Zawór wastegate reguluje ilość spalin napędzających turbinę, a tym samym kontroluje ciśnienie doładowania w kolektorze ssącym. Zapobiega to nadmiernemu wzrostowi ciśnienia, który może uszkodzić silnik.
• Ochrona turbosprężarki: Zawór upustowy spalin chroni turbosprężarkę przed przegrzaniem i nadmiernym zużyciem. Gdy temperatura spalin jest zbyt wysoka, zawór wastegate otwiera się i uwalnia część spalin, co obniża temperaturę turbiny.
• Poprawa osiągów: Zawór wastegate może poprawić osiągi silnika poprzez utrzymanie optymalnego ciśnienia doładowania.

Rodzaje zaworów wastegate

Zawory wastegate z dźwignią:

• Zasada działania: Ciśnienie spalin działa na membranę, która połączona jest z dźwignią. Dźwignia otwiera i zamyka grzybek, regulując przepływ spalin.
• Zalety: Prosta konstrukcja, niska cena.
• Wady: Brak precyzyjnej regulacji, podatność na zacięcie się.

2. Zawory wastegate z siłownikiem pneumatycznym:

• Zasada działania: Siłownik pneumatyczny otwiera i zamyka grzybek na podstawie sygnału sterującego z jednostki sterującej silnikiem (ECU).
• Zalety: Precyzyjna regulacja, możliwość adaptacji do różnych warunków pracy silnika.
• Wady: Wyższa cena, większa złożoność konstrukcji.

3. Zawory wastegate z siłownikiem elektronicznym:

• Zasada działania: Siłownik elektroniczny otwiera i zamyka grzybek na podstawie sygnału sterującego z ECU.
• Zalety: Bardzo precyzyjna regulacja, możliwość szybkiej adaptacji do różnych warunków pracy silnika.
• Wady: Najwyższa cena, największa złożoność konstrukcji.

4. Zawory wastegate typu „blow-off”:

• Zasada działania: Upuszczają nadmiar ciśnienia powietrza do atmosfery, co powoduje charakterystyczny dźwięk „syczenia”.
• Zalety: Szybsze spool-up turbosprężarki, lepsza ochrona turbosprężarki przed przeładowaniem.
• Wady: Hałas, możliwość wycieków powietrza.

Typowe usterki zaworu wastegate

Najczęstsze usterki zaworu wastegate to:

• Zacięcie się grzybka: Może to spowodować zbyt niskie lub zbyt wysokie ciśnienie doładowania.
• Nieszczelność membrany: Może to spowodować spadek ciśnienia doładowania.
• Uszkodzenie siłownika: Może to spowodować całkowite zablokowanie zaworu wastegate.

Objawy awarii zaworu upustowego to:

• Spadek mocy silnika
• Wzrost zużycia paliwa
• Nadmierne dymienie z wydechu
• Słychać głośny syczenie z okolic turbosprężarki

W przypadku wystąpienia tych objawów należy udać się do serwisu samochodowego w celu diagnostyki i naprawy.

Sterowanie zaworem wastegate

Istnieje kilka sposobów sterowania zaworem wastegate:

Mechaniczne sterowanie:

• Ciśnienie spalin: W najprostszych konstrukcjach ciśnienie spalin bezpośrednio działa na membranę zaworu wastegate.
• Dźwignia: Ciśnienie spalin działa na dźwignię, która połączona jest z membraną zaworu wastegate.

Pneumatyczne sterowanie:

• Siłownik pneumatyczny: Siłownik pneumatyczny jest sterowany ciśnieniem powietrza, które otwiera i zamyka zawór wastegate.

Elektroniczne sterowanie:

• Siłownik elektroniczny: Siłownik elektroniczny jest sterowany sygnałem elektrycznym z jednostki sterującej silnikiem (ECU).

Sterowanie elektroniczne jest najprecyzyjniejszym sposobem sterowania zaworem wastegate i pozwala na:

• Adaptację ciśnienia doładowania do różnych warunków pracy silnika
• Ograniczenie emisji spalin
• Poprawę osiągów silnika

Montaż i regulacja zaworu wastegate

Montaż:

1. Odłącz akumulator i wyjmij klucz ze stacyjki.
2. Zlokalizuj turbosprężarkę i znajdź miejsce montażu zaworu wastegate.
3. Zamocuj zawór wastegate za pomocą śrub i nakrętek.
4. Podłącz przewody do siłownika wastegate (pneumatyczny lub elektroniczny).
5. Sprawdź szczelność wszystkich połączeń.

Regulacja:

1. Uruchom silnik i pozwól mu osiągnąć temperaturę roboczą.
2. Podłącz miernik ciśnienia doładowania do kolektora ssącego.
3. Ustaw ciśnienie doładowania zgodnie z instrukcją producenta zaworu wastegate.
4. Sprawdź, czy ciśnienie doładowania jest stabilne pod różnymi obciążeniami silnika.
5. W razie potrzeby wyreguluj ciśnienie doładowania ponownie.

Narzędzia potrzebne do montażu i regulacji zaworu wastegate

• Klucze imbusowe
• Klucze dynamometryczne
• Miernik ciśnienia doładowania
• Podnośnik hydrauliczny
• Kobyłki

Tuning zaworu wastegate

W niektórych przypadkach można modyfikować zawór wastegate, aby zwiększyć ciśnienie doładowania i tym samym poprawić osiągi silnika. Należy jednak pamiętać, że:

• Zbyt wysokie ciśnienie doładowania może uszkodzić silnik
• Modyfikacja zaworu wastegate może unieważnić gwarancję na samochód

Przed modyfikacją zaworu wastegate należy skonsultować się z doświadczonym mechanikiem lub tunerem.

Podsumowanie

Zawór wastegate jest ważnym elementem układu doładowania, który zapewnia bezpieczeństwo i optymalną pracę turbosprężarki. Regularna kontrola i serwisowanie zaworu upustowego spalin jest niezbędne do utrzymania prawidłowych osiągów silnika.

Zobacz też: TFSI – co to znaczy i jakie są jego zalety?

fot.: commons.wikimedia.org