соленоид турбины что это
Соленоид турбины. Типы и схемы подключения
Турбированные двигатели автомобилей могут быть оснащены различными системами контроля наддува воздуха. Выбор оптимального варианта зависит от технических особенностей транспортного средства, модели центробежного компрессора. Подключение соленоида осуществляется по специальной схеме. Таким образом, будет обеспечено оптимальное функционирование двигателя.
Что такое соленоид турбины?
Работа контроллера управления турбиной основана на пневматической системе. Уровень давления определяет перепускной клапан, который находится в корпусе нагнетающего устройства. Функциональная роль заслонки перепускного типа заключается в контроле процесса выпуска выхлопных газов. Таким образом, обеспечивается упорядоченная поддержка скорости вращения вала, эффективный наддув.
Формирование контура управления давлением возможно за счет подключения к приводу небольшого шланга. В процесс роста упругости газов происходит открытие задвижки через привод, что влияет на оптимизацию уровня. Правильное подключение буст-контроллера позволяет отбирать необходимый объем воздушной массы. Уровень для снижения давления регулируется специальным винтом.
Основные виды клапанов
Производители выпускают разные модели контроллеров для управления турбиной. Выбор оптимального варианта зависит от ряда технических характеристик. Главная задача такого элемента – стравливание избытка выхлопных газов. К числу наиболее распространенных видов следует отнести:
Практика показывает, что именно последняя категория контроллеров используется чаще всего. В некоторых случаях проводится регулировка клапана. Причиной этому может послужить заклинивание рычага, его сильный нагрев. Часто возникает дребезжание турбины, снижение уровня наддува.
Рабочие схемы подключения
Настройку клапана лучше всего доверить профессионалам. Таким образом, обеспечивается нормальное функционирование турбины, ДВС. Регулировка контроллера осуществляется путем его затягивания/расслабления. Таким образом, обеспечивается короткая или длинная тяга. В первом случае обеспечивается высокий уровень давления и быстрое раскручивание турбины, во втором – обратный процесс. При регулировке соленоида иногда требуется замена пружины.
Два порта
Данная схема подключения характеризуется узким, но высокоточным диапазоном контроля наддува. Организация системы целесообразна вместе с рестриктором. Механизм наращивания бутса заключается в уменьшении диаметра ограничительной пластины.
При закрытом положении соленоида функционирование системы осуществляется в рамках параметров установленного рестриктора, актуаторной пружины. Выйти на максимальный уровень давления можно, если диаметр пластины будет большой.
Три порта
При данной схеме подключения система турбонаддува имеет максимальную мощность. Это достигается в режиме соединения портов 1 и 2 между собой. При этом на актуатор не должна идти подача. Открытый соленоид подразумевает соединение портов 1 (источник давления) и 3 (подключение к актуатору). Процесс наддува при этом в полной мере контролируется актуаторной пружиной. Задачей ЭБУ является сбалансированное перераспределение подачи в рамках портов 2 и 3.
Четыре порта
Принцип работы соленоида по данной схеме не отличается сложностью. Во включенном режиме осуществляется переброска давления в камеру гейта. Излишек сбрасывается. Такой вариант подключения позволяет максимизировать наддув. Его используют в тех случаях, когда происходит сдув турбины. Важным условием такой организации является наличие запаса мощности по компрессору.
Заключение
Эффективная работа турбины зависит от большого количества факторов. Одним из наиболее значимых является специальный клапан. Его наличие позволяет поддерживать оптимальный уровень давления. В противном случае ДВС будет подвержен преждевременному износу. Понимание особенностей данного механизма и его правильно подключение является залогом стабильного функционирования турбокомпрессора.
Принцип функционирования штатного турбонаддува на Subaru
Материал из SubaruWiki
Эта статья посвящена описанию базовых принципов турбонаддува у автомобилей марки Subaru. Хотите знать как работает турбина или как устроен турбокомпрессор, читайте дальше.
Содержание
[править] Механическая часть
Компрессорная часть турбины состоит из комрессорного хаузинга (улитка, compressor housing) и компрессорного колеса (compressor wheel). Эта секция по сути представляет из себя вход (inlet) турбины, из которого забирается воздух, сжимается и на выходе создается положительное относительно давление, которое называют Буст (Boost). Когда работает турбина на ее входе всегда отрицательное относительное давление, воздух принудительно засасывается, сжимается и подается на выход компрессорной части.
Естественно на рынке существует огромное количество модификаций турбин, которые имеют или не имеют водяного охлаждения, имеют или не имеют встроенный вестгейт. Кстати турбины, которые охлаждаются и маслом и водой обычно живут дольше.
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).
[править] Вакуумные линии
Вакуумные линии можно разделить на 4 основные части и выделить 6 ключевых точек крепления шлангов (см. схему ниже). Три из 4х трубок находятся под давлением и одна, которая идет к впускному патрубку под «вакуумом» (отрицательным давлением), когда турбина засасывает воздух.
[править] Фукнции частей турбины
Ниже приведен линейный график, который демонстрирует график изменения давления относительно перемещения тяги.
1 дюйм (inches) = 2.54 сантиметра. 1 бар равен 14,5 psi
Когда WGDC установлен в 100% весь воздух от компрессорной части турбины идет через открытый клапан обратно во впуск, на мембрану ничего не давит и пружина актуатора держит вестгейт закрытым. Поток воздуха от турбины (в том числе и для того, чтобы он успевал стравливаться) ограничивается рестриктором, расположенным в первой вакуумной линии (в соответствии со схемой выше).
Коэффициент давления на оси Y (англ. pressure ratio) означает, сколько окружающего воздуха было сжато. На уровне моря давление составляет 14.7psi. Итак, если вы посмотрите на внутреннюю часть овала на 200cfm по оси X (air flow), вы увидите 1.8. Это означает 1.8*14.7 = 26.46psi, теперь нужно вычесть 14.7 и вы получите 11.76, то, что вы и увидите на вашем датчике давления.
Что означают эти окружности? Это показатели того, сколько энергии подаваемой в компрессор используется для сжатия воздуха и сколько используется для создания жара. Если вы посмотрите на внутреннюю часть большой окружности, вы увидите 75%. Это означает, что 75% энергии ушло на то, чтобы сжать воздух, и 25% на то, чтобы создать жар.
Что это значит для меня? Это значит, что чем больше psi вы будете пытаться добиться, тем горячее будет воздух.
Ну и что? Ну, чем горячее воздух, тем меньше его в кубическом футе. Так что, даже если вы задуете 200cfm с 75% эффективностью при 11.25psi и с 65% эффективностью 17.7psi, то при 75% будет больше молекул воздуха на квадратный фут, потому что воздух холоднее и поэтому более плотный. Другими словами, из-за более высокого диапазона эффективности вы задуваете больше воздуха (массы) на низких psi.
В итоге, если вы выпадаете из карты эффективности, то ваша турбина из компрессора превращается в огнемет. 🙂
[править] Как машина контролирует буст?
Регулятор давления наддува или вестгейт (Wastegate) контролирует, сколько выхлопных газов не используется для создания буста. Если бы все выхлопные газы всегда создавали давления буста (если бы у вас не было wastegate совсем) то турбина всегда бы крутилась так быстро, как только возможно и создавала бы чрезмерный буст. Вы бы видели больше 25psi на td04. Нет, стоковый мотор не рассчитан на такое количество буста, нет достаточно топлива, чтобы использовать его с таким количеством буста, воздух, подаваемый в коллектор был бы слишком горячим, да и турбина умерла очень быстро. Итак, wastegate отрезает чрезмерные выхлопные газы, чтобы пытаться удержать турбину в эффективном диапазоне работы (то о чём мы будем говорить в последнем абзаце). По этому, на низких оборотах wastegate закрыт, что позволяет турбине раскручиваться до нужной скорости, но как только скорость повышается, часть выхлопных газов, направленные мимо выпускного колеса турбины, чтобы турбина не создавала больше буста.
Как мы уже отмечали выше, Wastegate контролируется двумя вещами. Пружиной (англ. spring) и диафрагмой (англ. diaphragm). Пружина держит клапан wastegate в закрытом состоянии, а диафрагма давит на пружину, пытаясь приоткрыть дверцу. Они работают друг против друга. Пружина рассчитана на значение psi необходимое, для того чтобы побороть напряжение. OEM пружина обычно рассчитана на 7-11 psi (это значение может варьироваться). Это значит то, что как только диафрагма «видит» 7psi, она давит на пружину достаточно сильно, чтобы преодолеть натяжение пружины и открыть wastegate. Когда вы производите меньше 7psi буста, wastegate всегда будет закрыт. Как только вы превысите значение в 7psi (к примеру, диафрагма увидит 7.1psi), это создаст достаточное давление на пружину, чтобы преодолеть её натяжение и приоткрыть wastegate, это позволит выпустить немного, выхлопных газов и опустит давление до 6.9 psi. Затем wastegate снова закроется, и давление снова начнёт расти. Это происходит очень, очень быстро, для того чтобы поддерживать среднее давление в 7 psi.
Так как же создать больше 7 psi буста и контролировать их? Ну, если диафрагма не будет видеть какое либо положительное давление, вы потенциально сможете создать неограниченный буст. Но это уже будет слишком. Самый лучший способ, это производить больше 7 psi, но меньше (скажем) 16 psi, это не будет давать диафрагме видеть давление буста, когда его меньше 16 psi (т.е. продолжать производить буст) и корректировать давление буста, когда вы будете выходить за отметку 16psi (т.е. давление буста не будет расти выше). Это позволит держать дверцу wastegate закрытой до того, как мы достигнем значений целевого буста и держать буст под контролем.
Вот наглядные схемы:
на последней картинке показана схема, работающая с управлением (это может быть ECU или внешний бустконтролер). В чем же тут суть.
В идеале, вы настраиваете ваш WGDC на достижение целевого буста на всём диапазоне значений, но этого не всегда удаётся добиться по многим причинам (жара, влажность, вес машины и т.д.) и в этот момент вмешивается TD. TD добавляет или вычитает из initial WGDC когда вы не добиваетесь значений целевого буста с тем wastegate duty cycles что вы установили в ROM. TD бывает двух форм и корректирует два типа ошибок.
1. Немедленные ошибки буста корректируемые TD Proportional.
2. Непрекращающиеся в течение определённого времени (миллисекунды) ошибки буста корректируемые TD Cumulative.
Итак, когда ECU видит Boost Error (скажем, вы не производите достаточно буста), он добавляет значение TD к вашему пост компенсационному initial WGDC чтобы добиться количества WGDC применяемое к wastegate. Если вы передуваете, значение TD вычитается чтобы уменьшить буст.
Запомните что если initial WGDC + TD > Maximum WGDC, тогда Maximum WGDC будет применено к wastegate пока это покрывается лимитом.
TD Proportional довольно проста, если ошибки буста равны X, то добавляем Y к текущему WGDC. TD cumulative немного отличается. Она называется cumulative (накопленная) потому что коррекции накапливаются в течение времени. Скажем, мы не добиваемся целевого буста. ECU смотрит на ошибки буста и видит что они положительные, итак он говорит «Я вижу ошибки буста равные 5, так что я добавляю 2% WGDC к текущим значениям». Смотрит обратно и через несколько миллисекунд и говорит, «Чёрт! У меня всё уже ошибки буста равные 2, я добавлю ещё 1% и попробую добиться желаемого буста» (всего 3% в сумме). Смотрит обратно ещё раз и либо так же продолжает добавлять больше к компенсации, либо не добавляет ничего, либо вообще обнуляет значения, если условия больше не встречались.
TD начинает работать, как только вы впервые видите ошибку буста, она применяет множество мгновенных коррекций, и почти никаких накопительных. Проходит время, и по мере того, как вы продолжаете ваш заезд, добавляется всё больше накопительных коррекций, и всё меньше мгновенных. В итоге, больше всего в TD будет накопительных коррекций и совсем немного мгновенных. Это то, что было с моей машиной, когда я измерил WGDC чтобы добиться желаемого буста. Если не сможете добиться желаемого буста, то вы увидите, что обе коррекции достигли своего предела. Если же вы добьётесь желаемого буста немедленно (как-нибудь), накопительная коррекция не успеет сформироваться, и вы увидите что обе коррекции совсем небольшие.
Можно сказать, что TD похоже на Band-Aid (бактерицидный лейкопластырь) для неважно отстроенного буста. Если бы настроили свой буст правильно, то вам бы никогда не пришлось использовать TD. Но это не тот случай. Буст зависит от температуры, влажности и плотности воздуха, положения над уровнем моря и множества других условий окружающей среды. TD создана для корректировки этих условий. Поэтому, в идеальном мире, где машина находится на уровне моря, температура за окном 70 градусов (F) тепла и светит солнце, TD вам не потребуется. Но в процессе вождения в реальных условиях, она позволит поддерживать буст в нужном состоянии при любой погоде.
У таблиц буста есть свои компенсации и ограничения. У ECU есть возможность регулировать Target Boost, WGDC и TD в зависимости от условий окружающей среды. Такие вещи как температура воздуха на впуске или атмосферное давление воздуха должны быть заданны и просчитаны, чтобы просчитывать то, какое количество массы воздуха попадёт в двигатель. Есть ещё некие пороговые величины, которые ECU устанавливает перед активацией определённых таблиц. К примеру, минимальное количество ошибок буста и порог значения RPM который должен быть достигнут, перед тем как будет применена TD. Лучшее описание таких ограничений вы можете найти в RomRaider в поле описания таблицы.
[править] Таблицы в ECU для управления наддувом
я приведу примеры некоторых таблиц из стокового ECU своей Subaru Impreza WRX STi JDM 2003 MY (Twinscroll)
TARGET BOOST Эта таблица содержит значения целевого буста, которых ваша машина пытается добиться, в момент RMP и load.
BOOST LIMIT (FUEL CUT) Если каким либо образом у вас происходит передув буста, все что будет после этого уровня надува вызовет прекращение подачи топлива в двигатель, с целью его спасения.
BOOST COMPENSATION (VEHICLE SPEED) Изменение в target boost во время движения на 1-й передаче, пока это значение ниже Boost Compensation (vehicle speed) Disable.
BOOST COMPENSATION (VEHICLE SPEED) DISABLE Скорость, выше которой эта компенсация отключается. Это сделано, для того чтобы дать вам больше контроля над бустом при езде на 1-й передаче.
BOOST CONTROL DISABLE (IAM) Если ваша машина детонирует и IAM падает ниже этого значения, буст урезается до минимального значения, которое только возможно. Значение давления буста не нормализуется, пока IAM снова не поднимется.
INITIAL WASTEGATE DUTY Эта таблица определяет стартовые значения, используемые для подсчёта финального WGDC.
MAX WASTEGATE DUTY Это потолок для того, каким значением может быть предкомпенсационный WGDC. Обычно это на 8% выше IWGDC. Но я видел и 5% по всей таблице. Чтобы Turbo Dynamics была применена к initial и к total, это значение должно быть гораздо ниже.
TURBO DYNAMICS PROPORTIONAL Это непосредственная величина коррекции WGDC применимая к initial WGDC.
TURBO DYNAMICS INTEGRAL POSITIVE Это коррекция WGDC, которая будет суммироваться для всех положительных значений ошибок буста.
TURBO DYNAMICS INTEGRAL NEGATIVE То же что и выше, но с отрицательными ошибками буста (это означает вы передуваете).
INTEGRAL CUMULATIVE RANGE (WGDC) Наиболее существенная коррекция, вы будете иметь возможность добавить или вычесть из WGDC.
[править] Калибровка и тюнинг системы турбонаддува
[править] Механическое изменение размера центрального отверстия в рестрикторе
Вакуумный шланчик в заводской системе управления наддувом, который идет от компрессорной части внутри содержит рестриктор (этот шланчик помечен краской). Отверстие в данном рестрикторе очень точно вымерено и подогнано под спецификацию заводского актуатора и настройки WGDC в ECU. Это отверстие можно изменить и это будет в некотором роде механическим тюнингом системы турбонаддува.
Уменьшение диаметра данного отверстия увеличит склонность к передуву (большие пики) и в целом потребует меньшее значение WGDC для большего значения буста. Увеличение же диаметра отверстия наоборот уменьшит пики в наддуве (передувы) и потребуется большее значение WGDC для достижения более высокого буста. На новых машинах, у которых шьется ECU или есть возможность подключить внешний буст-контролер, мало смысла прибегать к механическим модификациям.
А вот при установке нового турбокомпрессора, если нет возможности откорректировать WGDC, необходимо подобрать верный рестриктор (или установить тот, который идет с турбиной, если он конечно идет:) ).
Размеры центрального отверстия родного рестриктора под большинство субаровских турбин около 0.040”-0.048” +/- 0.001” (1″ = 2.54 см).
Для турбонагнетателей увеличенного размера (относительно стока) или актуаторов с более жесткой пружиной, предлагается использовать рестриктор с центральным отверстием около 0.040”-0.055” +/- 0.001”
Для турбонагнетателей и актуаторов с более слабой пружиной или тягой, которая не обеспечивает нужный уровень буста ни при каких условиях, предлагается использовать рестриктор с уменьшенным центральным отверстием. что-нибудь около 0.025”-0.040” +/- 0.001”.
Однако будьте аккуратны и осторожны! Уменьшение диаметра рестриктора повышает риск передувов в пике, которые может не успевать корректировать родной соленоид (даже при корректировке WGDC).
[править] Преднатяг тяги актуатора
На некоторых моделях актуаторов, тяга, которая идет к клапану вестгейта имеет регулировку, которая может менять преднатяг пружины актуатора. Причем эта регулировка может быть с разных сторон тяги.
На этом фото регулируется преднатяг гайкой со стороны калитки вестгейта 
а здесь наоборот со стороны актуатора, ближе к диафрагме 
Регулировка тяги актуатора естественно возможна только в том случае, если такая регулировка присутствует и эта тяга не имеет фиксированной длины (хотя и в этом случае народные умельцы умудряются подогнуть тягу:)). Кстати все турбины IHI имеют в стоке шток актуатора фиксированной длинны. А вот MHI имеют регулируемый шток.
Если укоротить шток, это увеличит преднатяг пружины актуатора и соответственно увеличит уровень наддува при котором клапан вестгейта начнет открываться, буст вырастет (до разумного предела естественно, пока турбокомпрессор не выпадет из карты своей эффективности). Изменение длины штока помимо преднатяга также меняет, в каких пределах может открываться клапан вестгейта.
Укорочение длинны штока актуатора вестгейта может привести к такой проблеме как BOOST CREEP. После достижения Target Boost с ростом оборотов наддув неконтролируемо растет (механически не хватает производительности поджатого клапана вестгейта). И это проблема не может быть решена прошивкой.
Если же шток наоборот удлинить, то преднатяг пружины уменьшится и актуатор начнет открывать клапан вестгейта раньше и турбина даст вам меньшее давление наддува.
Удлиннение штока, при недостаточном преднатяге пружины актуатора, может привести к флуктуациям (колебанию) наддува. Буст будет плавать +- 0.1-0.2 бара, даже если WGDC зафиксировано в одном положении.
Если у вас стоковая турбина и шьется ECU или есть возможность установить внешний буст контролер, то в большинстве случаев у вас не может возникнуть необходимости делать описанные механические корректировки.
Примечание: Для турбин с вестгейтами увеличенного размера гораздо сложнее контролировать буст, когда клапан начинает открываться. Также проблемно настроить буст для турбин, у которых компрессорный хаузинг имеет маленький A/R и велико обратное давление выхлопных газов.
[править] Краткие советы по настройке электронных систем управления наддувом
Стоковая система управления наддувом вполне подходит для того, чтобы быть использованной при настройке буста как на внутреннем (встроенном), так и на внешнем вестгейтах. Если у вас турбина с нормальным внутренним вестгейтом/актуатором, для которых выбран нормальный рестриктор и преднатяг пружины, то вы вполне можете продолжать использовать свой заводской соленоид управления наддувом.
Если вы не хотите морочить себе голову, подбирая рестриктор, то вы можете перейти на 3х портовый соленоид управления наддувом, например Prodrive electronic boost control solenoid (EBCS) или GrimmSpeed 3 Port Boost Control Solenoid. Данные соленоиды управления наддувом используют иную схему подключения и способны обеспечивать нормальную работу без рестриктора в вакуумном шланге.
Примечание от COBBTUNING: Если вы настраиваете система с внешним вестгейтом, то опытным путем мы пришли к тому, что соленоид от Prodrive (EBCS) работает отлично со стоковыми настройками вестгейта/актуатора. Этот соленоид ставится вместо стокового и подключается к штатному разъему. И внешний вестгейт с этим соленоидом работает вполне отлично. Нижу будут приведены схемы подключения вакуумных трубок. Но не забудьте, что Prodrive EBCS требует, чтобы вы удалили заводской рестриктор в шланге!
3х портовый соленоид Grimspeed также требует удаления рестриктора и подключается к заводской проводке, но в его мануале (Media:3port boost control solenoid Subaru.pdf) написано, что требуется корректировка таблицы WGDC (на 30% примерно в сторону уменьшения) Tuning to the WGDC is required (approx 30% reduction in WGDC)
Эта схема показывает алгоритм подключения 3х портового соленоида к внутреннему вестгейту.
Вы должны понимать, что настройка буста является наиболее сложной, из тех, которые можно выполнить на Subaru. Настройка буст-контроля занимает достаточно долгое время. Однако проделам эту настройку хотя бы раз, вы высоко оцените возможности стоковой системы управления наддувом Субару. Стоит начинать настройку с низкий значений WGDC, потому что система работает очень быстро и потенциально возможный передув гораздо страшнее «недодува» 🙂 Поэтому нужно идти от малых значений к большим. Также стоит отметить, что разумно начинать настраивать буст, когда у вас уже корректно настроена смесь и откалиброван MAF.
ECU начинает контролировать наддув с использования таблицы WGDC INITIAL WASTEGATE DUTY Эта таблица определяет стартовые значения, используемые для подсчёта финального WGDC.
На некоторых машинах таких таблицы 2 (Wastegate Duty Cycles (Low & High)). Если их дествительно 2, обычно предполагается, что Low по ячейкам примено на 8% меньше, чем High.
Затем ECU использует таблицу Turbo Dynamics для того, чтобы скорректировать начальные WGDC и предоставить вам тот буст, который вы захотели в таблице TargetBoost. Есть еще куча финальных корректировок буста (мы перечисляли некоторые из таких таблиц выше), которые позволяют корректировать буст в зависимости от условий окружающей среду, температуры, давления и прочего. Обычно (особенно если вы настраиваете буст на родном соленоиде), эти таблицы не требуют каких-то значительных модификаций.
Если значение WGDC (которое может меняться от 0% до 100%) слишком мало в определенной ячейке, то турбина в таком диапазоне не сможет достичь требуемого значения наддува. если слишком велико, то возможен передув (КОТОРОЙ ЧАСТО СКАЗЫВАЕТСЯ НА ЗДОРОВЬЕ И ЖИЗНИ ВАШЕГО МОТОРА, БУДТЕ АККУРАТНЕЕ. ). Также следует учитывать, что не нужно ставить значение WGDC больше 95%, это чревато перегревом и заклиниванием соленоида. что также может стать печальным для вашего мотора и турбины.
Настройка буста всегда начинается с логов: Ездим и пишем значения RPM, Throttle Position, Wastegate Duty Cycle (WGDC), Relative Pressure, и Turbo Dynamics (можно еще Target Boost или BoostError). это даст нам понимание что и как происходит на разных режимах.
Если в логах вы видите отрицательное значение turbo dynamics, это значит, что ECU уменьшает WGDC, потому что в настоящее время ECU видит передув от TARGET BOOST (опять же относительно текущей клетки RPM/TPS).
Если увеличивая или зафиксировав WGDC вы видите, что буст все же падает. это скорее всего означает, что достигнут порог механической эффективности турбокомпрессора или противодавление выхлопных газов слишком велико.
Если вы хотите скорректировать небольшой пик буста, вы должны уменьшить WGDC не в данной клетке, а чуть раньше по оборотам, чтобы сбросить некоторое количество выхлопных газов в обход крыльчатки турбины и не дать этому пику возникнуть. Реакция системы не мгновенная.