Come funziona il controllo elettronico del turbo
Inviato: martedì 19 dicembre 2006, 18:46
Vista la noia che in questi giorni mi perseguita, ho pensato di realizzare una mini-guida su come fanno le nostre Saab a tenere sotto controllo la pressione del turbo, e a gestirla così bene. Ho pensato che forse non tutti sanno come funziona il sistema, e che è una cosa così bella che vale la pena di spiegarla, e che qualsiasi possessore di Saab sia tenuto a saperla. 
Qui sotto c'è un rozzo schema che rappresenta i vari "attori" della questione e come sono collegati fra di loro. Le linee verdi rappresentano i tubi in cui passa l'aria in aspirazione al motore (mediamente sono tubi in gomma, alluminio o plastica, di "grosso" diametro, indicativamente 5-10cm), quelle rosse sono l'impianto di scarico (collettore e scarico propriamente detto), quelle blu sono linee in cui non passano quantità considerevoli di gas ma servono solo a mettere in comunicazione due ambienti, cioè a trasmettere una pressione, e sono tubi flessibili in gomma da 4 o 6mm. In viola ho fatto le frecce che indicano la direzione principale dei flussi.
Premessa:
In un motore turbo "normale", senza cioè una gestione elettronica per il turbo, c'è un tubo che collega direttamente la mandata del compressore con l'attuatore della wastegate. In pratica, è come se i tubi che nel disegno ho marcato con C e W fossero collegati insieme, anzi come se fossero un unico tubo. Per questo, nell'attuatore della wastegate c'è sempre la stessa pressione di mandata del compressore. L'attuatore della wastegate è semplicemente un pistone pneumatico a molla, dove la pressione spinge contro una membrana, che a sua volta è spinta indietro da una molla. Alla membrana è collegata un'asta. Al crescere della pressione che spinge contro la membrana, questa si sposta in avanti e quindi fa avanzare l'asta, che va ad aprire la wastegate.
La wastegate è semplicemente una valvola che, quando si apre, fa in modo che i gas di scarico vadao direttamente allo scarico senza passare dalla turbina. In questo modo quindi la turbina perde giri.
La gestione "meccanica" del turbo quindi, per riassumere, funziona così: al crescere della pressione, la wastegate (tramite il suo attuatore) si apre e lascia sfogare gas di scarico, per cui la turbina rallenta, il compressore (che è sullo stesso albero) anche e quindi cala la pressione e la wastegate tende a richiudersi. Il sistema quindi si stabilizza in una situazione in cui il compressore manda aria ad una pressione che è regolabile agendo sulla rigidezza della molla della wastegate, sul suo precarico, e sulla lunghezza dell'asta.
Uno dei limiti di questo sistema, a parte ovviamente l'impossibilità di adattare la taratura alle varie condizioni di utilizzo, è che la wastegate può tendere a "perdere" dei gas di scarico anche prima della sua completa apertura, al massimo boost. Questo perchè la pressione dei gas di scarico a monte del turbp è molto alta, anche 6-7 bar, e può spingere la wastegate ad aprirsi. In questo modo il turbo ci mette più tempo a salire di pressione, perchè non tutti i gas passano dalla turbina, quando invece la pressione del comressore deve ancora crescere.
Il sistema a controllo elettronico APC:
Il sistema a controllo elettronico, invece, prevede una valvola a 3 vie interposta tra il compressore e l'attuatore della wastegate (cosiddetta valvola BPC, boost pressure control). Questa valvola è comandata dalla centralina, ed ha due posizioni: il tubo W può essere messo in comunicazione con il turbo C o il tubo R (che è in comunicazione con l'aspirazione del compressore che, per il "freno" costituito dal filtro dell'aria, è in leggera depressione).
Cosa succede quando i tubi W e C sono in comunicazione l'abbiamo già visto prima. Quando invece sono in comunicazione i tubi W e R, nell'attuatore della wastegate c'è depressione, quindi la wastegate stessa è tenuta chiusa, con più forza rispetto al normale perchè la depressione aiuta la molla a tenere la wastegate bella chiusa, per cui nessuna quantità di gas di scarico può evitare di passare dalla turbina. già questo da solo garantisce un vantaggio nei tempi di salita del boost rispetto ad una gestione meccanica.
Quando il boost raggiunge la pressione desiderata dalla centralina (a seconda del regime di giri, della marcia inserita, della pressione sul pedale del gas, non ultima la rilevazione di battito in testa), la BPC commuta e mette in comunicazione il tubo W con C invece che con R. In questo modo la wastegate si apre improvvisamente (perchè la molla nell'attuatore può essere morbida, perchè non deve resistere all'apertura non voluta della wastegate) e il boost può scendere. La centralina allora comuncia a far pulsare, da 8 a circa 20 volte al secondo, la BPC fra le due posizioni, tenendo il tubo W più o meno in comunicazione con C o R. In questo modo nell'attuatore wastegate ci sarà una pressione intermedia tra la depressione di R e la pressione di C, e, cambiando il modo di pulsare della BPC, questa pressione può essere perfettamente definita al volere della centralina, che quindi ha il controllo totale sulla wastegate e quindi sul boost. Il boost massimo è sui 0.85-1bar, a seconda dei modelli.
In caso di mancata alimentazione della BPC (guasto, scollegamento manuale...), questa si mette nella posizione di default (tubi C e W in comunicazione) e quindi il sistema si comporta cone un normale sistema meccanico. Il boost massimo è di circa 0.4-0.5 bar, che in inglese viene definito "base boost".
La pressione del compressore "obiettivo", cioè il valore che la centralina cerca di ottenere con il controllo della BPC, è definita dalla centralina secondo mappe e a seconda o meno della presenza di detonazione. Questo avviene sia per la gestione delle C900, che si chiamava APC (adaptive performance control) che per le ultime Saab (trionic, che fa la funzione di APC). Ovviamente con il passare degli anni e l'affinarsi dell'elettronica queste mappe sono sempre più affinate e la loro gestione più complessa, ma l'"hardware" necessario alla loro attuazione, cioè la parte spiegata qui sopra, è rimasta quasi immutata.
Valvola di bypass:
Colgo l'occasione anche per spiegare come funziona la valvola di bypass.
Questa valvola entra in funzione solo quando il collettore di aspirazione è in depressione, circa sotto i -0.2bar. Esiste appunto un tubicino, che nel disegno è in blu, che la mette in comunicazione con il collettore di aspirazione. Come si vede dal disegno, essa mette in comunicazione la mandata e l'aspirazione del compressore, evitando che, durante i cambi marcia, quando la valvola a farfalla viene chiusa bruscamente (pedale del gas rilasciato di colpo), il compressore perda troppi giri e quindi dopo perda tempo per ricostruire la pressione perduta, e ad evitare danni meccanici sulla farfalla stessa (che non può sopportare tutta quella pressione).
Una valvola blow-off (impropriamente chiamata pop-off, ma solo per assonanza, la vera pop-off è tutt'altra cosa) funziona come una bypass ma mette in comunicazione la mandata del compressore con l'ambiente, invece che con l'aspirazione. In questo modo è possibile smaltire più aria, in modo più rumoroso (che fa più figo) ma ci si sporca il vano motore (per i vapori d'olio che l'aria che esce inevitabilmente i porta dietro).
Domande? dubbi? ho sbagliato/scordato/spiegato male qualcosa? sono tutto orecchi... se si capisce qualcosa e se è utile a qualcuno (magari è roba che tutti sanno già...)pensavo di fare un post così nella Saabpedia, in modo che anche i futuri nuovi arrivati possano erudirsi...
Qui sotto c'è un rozzo schema che rappresenta i vari "attori" della questione e come sono collegati fra di loro. Le linee verdi rappresentano i tubi in cui passa l'aria in aspirazione al motore (mediamente sono tubi in gomma, alluminio o plastica, di "grosso" diametro, indicativamente 5-10cm), quelle rosse sono l'impianto di scarico (collettore e scarico propriamente detto), quelle blu sono linee in cui non passano quantità considerevoli di gas ma servono solo a mettere in comunicazione due ambienti, cioè a trasmettere una pressione, e sono tubi flessibili in gomma da 4 o 6mm. In viola ho fatto le frecce che indicano la direzione principale dei flussi.
Premessa:
In un motore turbo "normale", senza cioè una gestione elettronica per il turbo, c'è un tubo che collega direttamente la mandata del compressore con l'attuatore della wastegate. In pratica, è come se i tubi che nel disegno ho marcato con C e W fossero collegati insieme, anzi come se fossero un unico tubo. Per questo, nell'attuatore della wastegate c'è sempre la stessa pressione di mandata del compressore. L'attuatore della wastegate è semplicemente un pistone pneumatico a molla, dove la pressione spinge contro una membrana, che a sua volta è spinta indietro da una molla. Alla membrana è collegata un'asta. Al crescere della pressione che spinge contro la membrana, questa si sposta in avanti e quindi fa avanzare l'asta, che va ad aprire la wastegate.
La wastegate è semplicemente una valvola che, quando si apre, fa in modo che i gas di scarico vadao direttamente allo scarico senza passare dalla turbina. In questo modo quindi la turbina perde giri.
La gestione "meccanica" del turbo quindi, per riassumere, funziona così: al crescere della pressione, la wastegate (tramite il suo attuatore) si apre e lascia sfogare gas di scarico, per cui la turbina rallenta, il compressore (che è sullo stesso albero) anche e quindi cala la pressione e la wastegate tende a richiudersi. Il sistema quindi si stabilizza in una situazione in cui il compressore manda aria ad una pressione che è regolabile agendo sulla rigidezza della molla della wastegate, sul suo precarico, e sulla lunghezza dell'asta.
Uno dei limiti di questo sistema, a parte ovviamente l'impossibilità di adattare la taratura alle varie condizioni di utilizzo, è che la wastegate può tendere a "perdere" dei gas di scarico anche prima della sua completa apertura, al massimo boost. Questo perchè la pressione dei gas di scarico a monte del turbp è molto alta, anche 6-7 bar, e può spingere la wastegate ad aprirsi. In questo modo il turbo ci mette più tempo a salire di pressione, perchè non tutti i gas passano dalla turbina, quando invece la pressione del comressore deve ancora crescere.
Il sistema a controllo elettronico APC:
Il sistema a controllo elettronico, invece, prevede una valvola a 3 vie interposta tra il compressore e l'attuatore della wastegate (cosiddetta valvola BPC, boost pressure control). Questa valvola è comandata dalla centralina, ed ha due posizioni: il tubo W può essere messo in comunicazione con il turbo C o il tubo R (che è in comunicazione con l'aspirazione del compressore che, per il "freno" costituito dal filtro dell'aria, è in leggera depressione).
Cosa succede quando i tubi W e C sono in comunicazione l'abbiamo già visto prima. Quando invece sono in comunicazione i tubi W e R, nell'attuatore della wastegate c'è depressione, quindi la wastegate stessa è tenuta chiusa, con più forza rispetto al normale perchè la depressione aiuta la molla a tenere la wastegate bella chiusa, per cui nessuna quantità di gas di scarico può evitare di passare dalla turbina. già questo da solo garantisce un vantaggio nei tempi di salita del boost rispetto ad una gestione meccanica.
Quando il boost raggiunge la pressione desiderata dalla centralina (a seconda del regime di giri, della marcia inserita, della pressione sul pedale del gas, non ultima la rilevazione di battito in testa), la BPC commuta e mette in comunicazione il tubo W con C invece che con R. In questo modo la wastegate si apre improvvisamente (perchè la molla nell'attuatore può essere morbida, perchè non deve resistere all'apertura non voluta della wastegate) e il boost può scendere. La centralina allora comuncia a far pulsare, da 8 a circa 20 volte al secondo, la BPC fra le due posizioni, tenendo il tubo W più o meno in comunicazione con C o R. In questo modo nell'attuatore wastegate ci sarà una pressione intermedia tra la depressione di R e la pressione di C, e, cambiando il modo di pulsare della BPC, questa pressione può essere perfettamente definita al volere della centralina, che quindi ha il controllo totale sulla wastegate e quindi sul boost. Il boost massimo è sui 0.85-1bar, a seconda dei modelli.
In caso di mancata alimentazione della BPC (guasto, scollegamento manuale...), questa si mette nella posizione di default (tubi C e W in comunicazione) e quindi il sistema si comporta cone un normale sistema meccanico. Il boost massimo è di circa 0.4-0.5 bar, che in inglese viene definito "base boost".
La pressione del compressore "obiettivo", cioè il valore che la centralina cerca di ottenere con il controllo della BPC, è definita dalla centralina secondo mappe e a seconda o meno della presenza di detonazione. Questo avviene sia per la gestione delle C900, che si chiamava APC (adaptive performance control) che per le ultime Saab (trionic, che fa la funzione di APC). Ovviamente con il passare degli anni e l'affinarsi dell'elettronica queste mappe sono sempre più affinate e la loro gestione più complessa, ma l'"hardware" necessario alla loro attuazione, cioè la parte spiegata qui sopra, è rimasta quasi immutata.
Valvola di bypass:
Colgo l'occasione anche per spiegare come funziona la valvola di bypass.
Questa valvola entra in funzione solo quando il collettore di aspirazione è in depressione, circa sotto i -0.2bar. Esiste appunto un tubicino, che nel disegno è in blu, che la mette in comunicazione con il collettore di aspirazione. Come si vede dal disegno, essa mette in comunicazione la mandata e l'aspirazione del compressore, evitando che, durante i cambi marcia, quando la valvola a farfalla viene chiusa bruscamente (pedale del gas rilasciato di colpo), il compressore perda troppi giri e quindi dopo perda tempo per ricostruire la pressione perduta, e ad evitare danni meccanici sulla farfalla stessa (che non può sopportare tutta quella pressione).
Una valvola blow-off (impropriamente chiamata pop-off, ma solo per assonanza, la vera pop-off è tutt'altra cosa) funziona come una bypass ma mette in comunicazione la mandata del compressore con l'ambiente, invece che con l'aspirazione. In questo modo è possibile smaltire più aria, in modo più rumoroso (che fa più figo) ma ci si sporca il vano motore (per i vapori d'olio che l'aria che esce inevitabilmente i porta dietro).
Domande? dubbi? ho sbagliato/scordato/spiegato male qualcosa? sono tutto orecchi... se si capisce qualcosa e se è utile a qualcuno (magari è roba che tutti sanno già...)pensavo di fare un post così nella Saabpedia, in modo che anche i futuri nuovi arrivati possano erudirsi...
