Wastegate

Vad är en wastegate?

Wastegate är en ventil som styr turboaggregatets laddtryck med hjälp av vakuum och tryck.

En Wastegate är en enhet som hjälper till att kontrollera laddtrycket i en turboladdad motor. Reglering av avgaserna som strömmar genom turbon och begränsar den maximala mängden laddtryck som kan produceras. Detta hjälper till att förhindra ett för högt laddtryck och håller turbon igång för bäst prestanda.

Wastegate ventiler består vanligtvis av ett inlopp och ett utlopp som öppnas och stängs med hjälp av en laddtrycksstyrning. Laddtrycksventilen är ansluten till wastegate ventilen och ansvarar för att öppna och stänga den. Laddtrycksstyrningen / laddtrycksventilen öppnar och stänger wastegate för att reglera hur mycket avgaser som strömmar igenom turbo, och därmed hur mycket laddtryck som produceras.

Hur fungerar en wastegate?

En Wastegate släpper igenom en del av avgaserna innan de når turboaggregatets turbin för att på så sätt avlasta turbon ifrån att ge ett oönskat laddtryck. Avgaserna släpps ut genom Wastegatens membran som sedan leder ut till avgassystemet. I performance applikationer så leds detta ibland direkt ut i luften så att turbulens inte skapas i avgassystemet.

Varför används en wastegate?

En Wastegate används för att reglera laddtrycket så att önskat laddtryck bibehålls och att motverka ett oönskat skenande laddtryck.

En extern wastegate behövs vanligtvis när den interna wastegate i turbon inte effektivt nog kan kontrollera laddtrycket. Detta kan hända av ett antal anledningar, inklusive en felaktig eller skadad intern wastegate, en felaktig storlek på wastegate-fjädern eller helt enkelt för att laddtrycket är för högt för att den interna wastegate ska kunna hantera att hålla emot. Oavsett orsak kan en extern wastegate hjälpa till att reglera laddtrycket och förhindra att turbon övervarvar.

En wastegates kan också användas för att finjustera trycknivåerna. Genom att justera läget för den externa wastegates dumprör är det möjligt att ändra hur mycket avgaser som leds bort från turbinhjulet. Detta kan användas för att öka eller minska laddtrycket efter behov, vilket möjliggör mer exakt kontroll över turbons effekt.

Anslutningar

• Avgasinlopp

Avgasinloppet är där motorns avgaser kommer in mot avgasventilen på en extern wastegate. En intern wastegate sitter i avgashuset på en turbo så inloppet är den del av turbinhuset där avgaser kan nå denna ventil. Anslutningar på en extern wastegate brukar vara v-band eller en bultar fläns.

• Avgasutlopp

Avgasutlopp är där avgaser evakueras. Detta gäller både intern och extern wastegate. Denna är kopplad till motorns avgassystem, efter turbinhjulet på turbon. En extern wastegate däremot kan även leda avgaserna direkt ut i luften och inte tillbaka i avgassystemet. Anslutningar på en extern wastegate brukar vara v-band eller en bultar fläns.

• Vakuum

Anslut till motorns vakuum via motorns insug, vakuumstation eller MAC-Ventil. Vissa wastegate är förberedda för mottryck och kan då ha två vakuumanslutningar. En anslutning över membranet och en under membranet. Anslutningar brukar vara en gängad hona med 1/8" NPT.

• Vatten in / ut ( för kylning)

Vissa wastegate har uttag för vattenkylning. Dessa behöver inte kopplas i ett visst flöde. Anslutningar brukar vara en gängad hona med 1/8" NPT.

Olika typer av Wastegate

Det finns egentligen två alternativ av Wastegates den ena är intern och inbyggd i turbons turbinhus. Den andra variantern är extern och sitter monterad på grenröret 

Båda justeras med en laddtrycksventil som är kopplad till en tryckklocka som reglerar önskat laddtryck det vill säga hur mycket ventilen hålls öppen eller stängd.

Intern eller extern

För att göra valet extern vs intern wastegate enklare så skall vi ta upp faktorer som påverkar valet.

Utrymme

En faktor att välja en intern före en extern wastegate kan vara platsbrist och en extern wastegate inte går att använda. En annan faktor kan vara hur servicevänligt det skall vara. En intern wastegate är ofta väldigt enkel att jobba med då det är minimalt med extra delar att ta hänsyn till.

Däremot så kan det ibland vara så ont om plats just runt turboaggregatet så att en extern wastegate måste användas.

Flöde / Effekt

Även om en intern wastegate kan hantera effekter upp till 1000 hp (i vissa fall) så är det vid effekter över 5-700hp vanligare att använda extern wastegate. Då det finns i en mängd olika storlekar och utföranden som passar de flesta behov. Man kan till och med använda två stycken för att få extrem kontroll över avgaserna.

Trots detta så är en intern wastegate ett alternativ som kan användas. Men då är det viktigt att faktorer som t.ex avgasmottryck i främre avgasrör / Downpipe är betydligt lägre än grenrörets tryck så att wastegaten verkligen kan evakuera avgaser ordentligt och uppnå sin fulla potential. 

Val av storlek

Vilken storlek på wastegate som bör användas beror på många faktorer bl.a motorns slagvolym, bränsletyp som används, tillgänglig plats för wastegate (och position/vinkel), max varvtal för motorn, antal turboaggregat, antal wastegate som används och önskat laddtryck / laddtrycksområde.

Montering

Skall man se det till den perfekta världen för wastegaten så ska man efterlikna en motorvägsavfart. Dvs avgaser som kommer från motor mot turbon skall smidigt styras av mot wastegaten. Då kan man ha en liten wastegate och behöver inte kompansera med storlek på wastegate pga. ett bra flöde.

Men då är det inte perfekt för turbon längre då det är en stor yta i kollektorn som skapar turbulens och stör flödet. Här får man kompromissa.

Då monterar man röret till wg med lite skarpare vinkel mot 90 grader istället och kompenserar med en större storlek på wastegate. Då får man en mindre anslutningsyta mot kollektorn trots större wastegate. Denna setup stör ej flödet till turbon lika mycket när den ej används och kan ändå evakuera tillräckligt med luft

Man skall dock aldrig vinkla wastegateröret i avasernas motsatta riktning (över 90 grader). Då får man både dåligt flöde till turbo och wastegate.

Twin entry grenrör

Om du använder ett twin entry grenrör / puls split så måste wastegate ha till gång till båda sidor för att kunna evakuera avgaser.

Alternativ 1
Använd två wastegate, en till varje sida

Alternativ 2
Använd en wastegate som ansöuter till båda sidor av grenrörets pulssplit.

Grundladdtryck

Den wastegatefjäder som är installerad är det minsta laddtryck som du kan ha. Med andra ord: Är en wastegatefjäder med 7psi (0,5bar) installerad så kan du ej kan ha ett högsta laddtryck under 7psi.

Utan en laddtrycksstyrning / laddtrycksventil / wastegateventil / wastegatestyrning så kommer du bara uppnå så kallat grundladdtryck.

Förutom fjädertrycket så kan avgaspulser och flöde påverka när fjädern öppnar eller stänger.

Anpassa wastegatefjäder till max laddtryck

Mottrycket vid wastegateventilen jobbar mot laddtrycket i insuget. 1 bar i insuget håller emot cirka 1 bar vid wastegateventilen. Dessutom har du den installerade fjädern som hjälper till att hålla ventilen stängd. En installerad fjäder på 0,5 bar samt ett laddtryck på 1 bar håller emot cirka 1,5 bar vid wastegateventilens säte. Men med avgaspulser och flöde som påverkar trycket i grenröret mot wastegatens ventil så det är ej någon exakt siffra.

Högre avgasflöde kan motverka att ventilen öppnar sig och högre avgasmottryck kan få ventilen att öppna sig tidigare än 1,5 bar enl. ovan exempel.

Om ventilen öppnar sig för tidigt, innan önskat max laddtryck så kan en starkare fjäder monteras för att hålla emot det högre trycket. Även montering / placering av wastegate ändrar vid vilket tryck denna öppnat / stänger i förhållande till fjäderns tryck.

Material

Intern wastegate

En intern wastegate som sitter monterat på en original bil är oftast tillverkad av en pressad plåtkonstruktion där membranet ej är utbytbart. Skulle detta gå sönder så byts hela enheten ut. På eftermarknaden så är huset till en intern wastegate gjord av fräst aluminium som är delbar så att membranet går att byta ut. Övriga delar som wastegatearm och andra monteringsdetaljer är tillverkade i stål.

Extern wastegate

En extern wastegate är ofta monterad på eftermarknaden och finare material används nästan uteslutande.

Bottendelen (den varma sidan) är gjuten i aluminium.

Topdelen (den kalla sidan) är fräst i aluminium.

På samma sätt som en intern wastegate för eftermarknaden så går toppdelen att dela på och membrandet kan bytas ut som en servicedel. Tillbehör är tillverkat i stål.

Tillbehör

Laddtrycksventil

En MAC-ventil / magnetventil som ansluts mellan turboaggregatets trycksida och wastegate. Det är denna som möjliggör reglering av laddtrycket.

Wastegatemembran

Menbranet sitter ihop med wastegateventilen. När tryck eller vakuum bildas så öppnar eller stänger membranet wastegatens ventil för att reglera avgasflöde genom turbo.

Wastegatefjäder

Den fjäder som håller wastegateventilen stängd. Trycket på wastegatfjäder är det som kallas grundladdtryck. Utan en laddtrycksventil så kommer detta tryck att vara max laddtryck.

Kontroll av wastegate

Testa täthet

Genom att lägga tryck på övre eller undre delen av membranet så kan du se om det finns något läckage innan du monterar ventilen på din motor. När du lägger tryck ovanpå membranet så skall det inte läcka alls, det skall vara helt tätt. Vissa wastegate är förberedda att användas med mottryck för snabbare / bättre reglering. Då kan du ansluta tryck på undersidan av membranet. När du trycksätter denna sidan så kommer det att läcka lite mellan ventilstyrningen och ventilskaftet. Detta läckage är helt okej då det ej påverkar motorfunktion. Misstanke på för stor läckage här skall kollas upp med verkstad / installatör som då måste mäta upp detta. Generellt så släpps trycket ut på en sekund eller mer. Går det fortare så kan spelet vara för stort vilket tyder på slitage.

Testa rörlighet

Genom att lägga tryck på undre delen av membranet eller vakuum på övre delen av membranet så kan du öppna ventilen i wastegate. På detta vis ser du enkelt om ventilen rör sig obehindrat utan att kärva.

Problem

En krånglande wastegate kan orsaka allvarliga motorskador, eftersom turbon inte längre har någon laddtrycks kontroll. Det betyder att trycket fortsätter att byggas upp, och turbinen kommer att fortsätta snurra tills något går sönder eller stoppas av säkerhetsfunktioner i motorstyrningen! I de flesta fall är den bästa lösningen att byta ut de slitna interna delarna mot ett nya.

Enkel felsökning av ventilen är att koppla bort laddtrycksstyrning och bara använda grundladdtryck. Steg 2 är att demontera ventilen och kontrollera enligt punkt 13. Även vakuumläckage genom vakuumslangen till och från wastegate är en stor påverkande faktor.

• Turbon ger inget laddtryck

Ventilen står öppen. Detta kallas Boost creep och innebär att ventilen står öppen. När wastegatens ventil står öppen så kan inget eller väldigt lite laddtryck byggas. Beror på vakuum över membranet eller kärvande ventil.

Ventilen kan börja att kräva när det blir varmt för att sedan fungera bra igen när den svalat.

• Ojämnt laddtryck

Detta beror ofta på en krånglande laddtrycksstyrning. (Inställning i ECU eller hårdvara).

Men det kan också bero på en kärvande wastegateventil.

• Turbon ger fullt laddtryck

Ventilen är stängd. Om ventilen fastnat i sitt stängda läge så kärvar den. Det kan också bero på felaktig laddtrycksstyrning.

Om wastegaten sitter dumt monterad så flödet enkelt passerar förbi wastegate. Eller om motorn producerar så högt flöde så avgaserna passerar förbi wastegate så uppnås skenande laddtryck. Detta är farligt för motorn och måste åtgärdas.

• Kärvande wastegatestyrning
  

En kärvande wastegatestyrning är resultatet av otillräcklig service. För att försöka rädda denna ventil så kan du smörja in ventilskaftet i ventilslippasta, stoppa in ventilskaftet i styrningen. Koppla sedan på en borrmaskin på toppen av ventilskaftet och slipa på detta vis in ventilskaftet mot styrningen.

• Läckage mellan membran och wastegatehus

Service

En extern wastegate behöver service, precis som alla andra mekaniska delar som rör sig. En intern wastegate som sitter monterad på original bilar bibehåller sin funktion i många år utan någon service. En Intern wastegate som sitter monterad på en eftermaknadsinstallation kräver att membran byts ut då dessa ofta är trimmade och utsätts för mer strålningsvärme.

Följande delar på en extern wastegate behöver service för att bibehålla sin funktion.

1. Membran
   Membranet är kopplingen mellan motorvakuum och wastegateventilen. Detta innebär att membranet skall bytas med jämna mellanrum för att inte påverka wastegatefunktionen negativt. Det skall bytas minst en gång per säsong för att säkerställa funktion. Oftare om bilen används mycket och om wastegatens överdel utsätts för extrem hetta, nära grenrör alleravgasrör som exempel.
2. Vakumanslutnignar
   Vakuumanslutningar som är torra eller har sprickor i sig påverkar direkt funktionen på wastegatestyrningen negativt och gör att du tappar laddtryckskontrollen. Även smuts kan fastna i slangarna som förhindrar kontroll.
3. Ventilstyrning
   Ventilstyrningar behöver mer eller mindre service beroende på vilket märke som används. Eller med andra ord, hur stor frigång som används i ventilstyrningen.
   
   Större spel innebär mindre service (mer sällan) men en ventilstyrning som läcker mer = Inte populärt hos de som verkligen vill fintuning.
   Mindre spel innebär mer service (oftare) men en ventilstyrning som läcker mindre = Bra för den som vill fintuna bättre
   
   Oavsett hur ofta service görs så är en värmetålig pasta något som hjälper ventilen att glida lätt i sitt säte. Utan pastan så är det mekanisk kontakt i ventilsätet vilket resulterar i en kärvande ventil som även sliter ut ventilstyrningen fortare = Mer spel = mer läckage
4. Ventilsäte
   En ventilstyrning som får för stort spel pga. slitage kan även orsaka läckage i ventilsätet som innebär att ventilen inte öppnar och stänger som det var tänkt vid mappningstilfället. Detta i sin tur innebär att du tappar kontroll över laddtrycksstyrningen.