Valvola Wastegate, la chiave per un Turbo affidabile: funzioni, tipologie e guasti

Le valvole Wastegate si ritrovano nei sistemi di sovralimentazione delle automobili, specialmente nei motori turbocompressi, e il loro funzionamento influisce direttamente sulle prestazioni del veicolo. Iniziamo dunque subito con il dare la definizione di una Wastegate che nella pratica consiste in valvola di sfogo del gas di scarico, il cui scopo principale è regolare la pressione all’interno del turbocompressore. Questa valvola limita la quantità di gas che arriva alla turbina, evitando che il turbocompressore raggiunga pressioni troppo elevate e danneggi il motore. Nei motori turbocompressi, la pressione del sistema può facilmente superare i livelli di sicurezza e la Wastegate serve proprio a controllare il boost generato dal turbocompressore e a proteggere il motore.

Tipologie di Valvole Wastegate

Esistono due principali tipologie di valvole Wastegate, riconducilibi a Wastgate interne e Wastgate esterne. La Wastegate interna è integrata nel corpo del turbocompressore. È una soluzione più economica e compatta, spesso presente nei veicoli di produzione in larga scala. E’ più compatta, ha un costo inferiore e risulta di facile installazione, ma ha una minore efficienza in termini di “sfogo” dei gas di scarico e quindi di prestazoini. Al contrario invece le Wastegate esterne sono montate esternamente rispetto al turbocompressore e sono solitamente una prerogativa più comune nelle applicazioni di alta performance in quanto hanno una maggiore capacità di gestione dei gas di scarico ed un maggiore controllo sulla pressione del boost, risultando di contro più costose e con un’installazione più complessar, richiedente più spazio.

Come Funziona una Wastegate

La Wastegate è attivata da una molla e da un attuatore pneumatico o elettronico. Quando la pressione dell’aria raggiunge un certo livello, supera la forza della molla nell’attuatore della Wastegate, causando l’apertura della valvola. In caso di sovrappressione, la Wastegate devia una parte dei gas di scarico lontano dalla turbina, stabilizzando così la pressione e mantenendo il sistema turbo sotto controllo. Le valvole Wastegate moderne possono essere gestite da attuatori elettronici, che offrono una regolazione precisa, o da attuatori pneumatici, più semplici e basati sulla pressione dell’aria.

Componenti Principali della Wastegate

Una valvola Wastegate si compone principalmente di tre elementi, vediamo quali.

Attuatore: è responsabile dell’apertura e della chiusura della valvola e può essere pneumatico (con molle che lavorano in risposta alla pressione) o elettronico.

Valvola di sfogo: La parte vera e propria che si apre per deviare il flusso dei gas di scarico.

Molle: Determinano la pressione a cui la wastegate si attiverà. La molla può essere cambiata per modificare la pressione di boost desiderata.

I principali guasti delle valvole Wastegate

Tra le principali cause dei difetti legati alle Wastegate c’è il bloccaggio: il blocco della wastegate è uno dei problemi più comuni e può avvenire sia in posizione aperta che chiusa. Quando è bloccata chiusa, la pressione del turbo aumenta senza controllo (overboost), mentre se è bloccata aperta, la pressione del turbo non raggiunge il livello desiderato. La causa è in questo caso l’accumulo di carbonio e detriti sui componenti interni, specialmente in motori che bruciano olio o hanno un sistema di scarico sporco. Il bloccaggio può essere causato anche dall’usura della valvola o dell’attuatore in funzione dell’alta temperatura e della pressione continua. Per risolvere questo problema si può in primis provare con la pulizia della valvola e del sistema di scarico; nei casi più gravi, potrebbe essere necessario sostituire la Wastegate o l’attuatore.

Un altro difetto comune è l’usura della molla nell’attuatore: un attuatore con una molla debole o danneggiata causerà un’apertura prematura o tardiva della Wastegate, con conseguente sovra- o sotto-pressione. Le cause principali sono lo stress continuo dovuto alle variazioni di temperatura e pressione e/o l’uso di molle di bassa qualità. Questa problematica potrebbe essere risolta con la sostituzione della molla dell’attuatore.

Se il guasto è dovuto all’attuatore, elettronico o pneumatico che sia, la Wastegate può aprirsi o chiudersi in modo irregolare, causando variazioni di pressione non volute. Questo accade in caso di malfunzionamenti elettrici per gli attuatori elettronici, spesso legati a cablaggi difettosi o sensori guasti, oppure a perdita di pressione nei tubi o nelle connessioni pneumatiche nel caso di attuatori pneumatici. Per ovviare a questo problema si ci deve attivare per il controllo dei collegamenti e dei tubi pneumatici, sostituzione di cavi o sensori difettosi. La calibrazione o la sostituzione dell’attuatore è talvolta necessaria.

In caso di problemi di sovrappressione, con la pressione del turbo che continua a crescere oltre il limite impostato (soprattutto a regimi di giri elevati), il difetto potrebbe essere legato alla dimensione della Wastegate inadeguata in quanto potrebbe essere troppo piccola per sfogare tutto il gas di scarico necessario, causando accumulo di pressione. Oltre alle dimensioni fisiche della valvola, la sovrappressione può essere causata anche da una configurazione dello scarico o da modifiche che aumentano il flusso di gas oltre la capacità di gestione della Wastegate. Le soluzioni plausibili pertanto potrebbero essere quelle di sostituire la Wastegate con una di dimensioni maggiori o apportare modifiche all’impianto di scarico per migliorare il controllo della pressione.

Quando invece si verificano picchi improvvisi di pressione turbo oltre il livello impostato, i problemi possono essere dovuti alla lentezza dell’attuatore nel rispondere ai cambi di pressione (specialmente nel caso di quelli pneumatici) oppure anche qui ad un impianto di scarico modificato che induce un flusso di gas troppo elevato per il sistema Wastegate. Come soluzioni applicambili potrebbe essere utile installare un regolatore di pressione turbo più reattivo. Anche un attuatore elettronico potrebbe migliorare la precisione di controllo rispetto a uno pneumatico.

Rumori “sospetti” e sibili provenienti dalla zona della Wastegate possono essere sintomo di un errato allineamento della Wastegate o dell’attuatore o altri danni ai compinenti interni. E opportuna in questo caso la verifica del montaggio e dei collegamenti. Se i componenti interni della Wastegate sono danneggiati, potrebbe essere necessaria la sostituzione della valvola o dell’attuatore.

Infine un guasto del sensore di pressione nelle Wastegate elettroniche che può causare malfunzionamenti casuali o regolazione imprecisa della pressione turbo, spesso con spie di errore sul cruscotto a causa del sensore in avaria o di un guasto nei collegamenti del cablaggio. In tal caso per risolvere il problema, se comfermato da una diagnosi tramite lettura dei codici di errore, la soluzione prevede la sostituzione del sensore o la riparazione del cablaggio.

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