Visto che ultimamente questi due componenti sono stti citti, forse ale la pena approfondire un attimo il funzionamento di questi componenti.
Waste gate
La Waste-gate, letteralmente
porta della spazzatura, ha due funzioni principali: ottenere la curva si sovralimentazione in funzione del numero di giri dell'auto voluta e salvaguardare l'integrità della turbina stessa. Se si prende un classico motore a benzina, si nota come la pressione di sovralimentazione del motore non è costante, anzi: è molto alta a regimi medio-bassi mentre, oltre un certo livello, molto orientativamente 3000 giri, comincia a decrescere. Questo perché se si usassero pressioni di sovralimentazione molto alte anche oltre questi valori, i carichi termici sul propulsore sarebbero porterebbero il motore alla distruzione. Quindi unitariamente ogni ciclo del motore produrrà meno lavoro, ma siccome il motore gira più veloce, la potenza continua a salire, anche se meno rapidamente.
Il turbocompressore, invece, ha una curva si sovralimentazione ben diversa, sostanzialmente sempre crescente sino ad un limite, dipendente fondamentalmente dalle sezioni di passaggio, oltre il quale diventa un tappo e la pressione di sovralimentazione non cresce più.
Questo, ovviamente, facendo finta che i regimi del turbocompressore siano ancora sopportabili dalla struttura del turbocompressore, cosa che ovviamente non è vera.
Ecco che entra in gioco la waste gate. Fondamentalmente la si può immaginare come una valvolina tenuta chiusa da una molla
La waste gate è comandata dalla pressione che c'è nel collettore di aspirazione: quando questa pressione super il valore determinato dalla taratura della molla, si apre progressivamente, facendo sì che parte dei gas di scarico facciano il giro attorno alla turbina, e vadano direttamente allo scarico. Questo, ovviamente, riduce l'energia dei gas di scarico agenti sulla girante della turbina, riducendo quindi la compressione lato compressore.
Questo lo schema più semplice. Però ci sono due varianti interessanti: la prima è la gestione elettronica della waste gate, la seconda è il tipo di waste gate, se integrata o esterna.
Partendo dal tipo di gestione, che svantaggi ha un sistema del tutto meccanico come quello illustrato sino ad ora? Due in particolare:
1) La molla và tarata considerando il
worst case ovvero la condizione peggiore di funzionamento: ad esempio, il motore a 6000 giri deve avere 0.5 bar di sovralimentazione. Questo, però, condiziona il funzionamento del motore in tutti gli altri regimi: magari la waste gate comincia ad aprirsi troppo presto riducendo la massima pressione di sovralimentazione in determinate condizioni, riducendo quindi le prstazioni.
2) Non è possibile sfruttare l'overboost, ovvero l'aumento temporaneo della pressione di sovralimentazione. Si parlava all'inizio di carichi termici che il motore può sopportare che riducono la massima pressione di sovralimentazione utilizzabile. Ma questo è vero sopratutto per lunghi periodi di tempo: per brevi periodi, ad esempio 30 secondi, si possono sfruttare pressioni maggiori sfruttando il fatto che il motore ha una certa inerzia termica (scalderà dopo un po', non subito).
Usando un sistema elettronico, questi due svantaggi non esistono più: lo schema di funzionamento è sempre lo stesso, un piattello e una molla, solo che la pressione che la Waste gate "sente" non è più necessariamente uguale a quella del colelttore di aspirazione, ma diversa. Il tutto, liberamente gestibile da una centralina. Quindi, ad esempio, se voglio 30 secondi di overboost, mi basta ingannare la waste gate per 30 secondi e farle sentire una pressione inferiore rispetto a quella che c'è nella realtà nel colelttore di aspirazione.
Altro discorso è quello delle waste gate integrate o esterne. La foto messa prima è quella tipica di una waste gate integrate. Nel 90% dei casi funzionano tranquillamente senza problemi, ma se si usano pressioni di sovralimentazione molto elevate oppure, più semplicemente, si vuole un sistema più performante possibile, i gas di scarico che passano per la waste gate dovrebbero avere una linea di scarico tutta loro, anche silenziata. Questo perché, ai fini del funzionamento della turbina, avere dei gas di scarico a valle della turbina è dannoso, crea un flusso turbolento che può fare solo danni ai fini della fluidinamica del sistema. Inoltre una waste gate esterna ha un funzionamento più regolare (scarica su un condotto tutto suo).
Sui motori con geometria variabile VGT la waste gate è inutile.
Pop off
Questo sistema, invece, serve solo sui motori a benzina, il perché è semplice. Immaginiamo di essere in piena accelerazione, arriviamo al limitatore, dobbiamo cambiare. Cosa succede? Rilascio dell'acceleratore, cambiata, riapertura completa dell'acceleratore. Ma se nel nostro colelttore di aspirazione c'è una farfalla, cosa succede? Inizialmente è completamente spalancata e nel condotto ci saranno 1+1 = 2 bar assoluti di pressione. Quando si chiude la farfalla, al lato motore la pressione calerà bruscamente, motlo al di sotto della p atmosferica, mentre dall'altra la presisone, invece, salirà, perché il turbo gira ancora a pieno regime e ancora non rallenta. Il risultato è tanto brusco quanto gli effetti violenti: così facendo, la farfalla salterebbe senza tanti complimenti. Serve allora un circuito che permetta di scaricare i delta di pressione tra monte e valle della farfalla. Per buttarli dove? Nelle auto di serie, normalmente vengono ributtati a monte del turbompressore, sulle auto da competizione o su quelle preparate, invece, vengono direttamente disperse all'esterno, dando origine al famoso rumore tipo
csssss che si sente durante le cambiate o durante i bruschi rilasci dell'acceleratore. La soluzione a ricircolo evita la sensazione a volte sgradevole di andare in giro su una pentola a pressione ma queste ondate di gs supercompresso che investono il compressore possono essere dannose, per cui sulle auto elaborate si butta tutto all'esterno senza tanti complimenti.
Il sistema, in ogni caso, è dannoso per le prestazioni dell'auto, perché tende ad incrementare il turbolag se, dopo il rilascio dell'acceleratore, questo viene riaperto bruscamente. I motori diesel, che non hanno la frfalla, non ne hanno bisogno. Chi le usa (sono dei sistemi a controllo elettronico scemi, semplicemente aprono il condotto di aspirazione in determinati momenti), per fare effetto rally, ha l'unico effetto di aumentare il turbolag del motore.
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- ma sui motori elaborati, soprattutto con turbine molto grandi, essa è indispensabile per evitare il cosiddetto "colpo d'ariete" che la girante lato compressione riceverebbe per la gran quantità d'aria che si ritroverebbe di nuovo in aspirazione.
