A Subie Newbie Tuning Guide v0.6 / A Subie Newbie Tuning Guide v0.6 на русском: Boost

Boost
Буст это положительное давление воздуха в вашем впускном коллекторе созданное вашей турбиной. Турбина задувает больше воздуха в двигатель, вследствие чего двигатель раскручивается, больше воздуха даёт больше давления, так много, сколько может быть задуто в коллектор. Буст это хорошо, т.к. большее давление во впускном коллекторе означает, что когда воздушный впускной клапан открыт, больше воздуха будет задуто в цилиндры. Мы начнём с буста, т.к. это основная часть всего процесса тюнинга. Изменяя буст, мы меняем всё остальное, поэтому нам придётся считаться с этим в первую очередь.

in1t 11.05.10 в 22:58

О БУСТЕ:
Большинство из этой информации было взято из Cobb Tuning Guide, где объясняется система управления бустом у Subaru. Нет необходимости пересказывать её здесь, поэтому, прежде чем двигаться дальше, я предлагаю сначала эту статью.

in1t 11.05.10 в 22:58

Статья находится здесь: Cobb Tuning Guide (http://forums.cobbtuning.com/forums/showthread.php?t=31625)
Ещё одна отличная статья: Turbo dynamics and boost control explained (http://www.romraider.com/forum/topic1814.html)

in1t 11.05.10 в 22:59

После прочтения этой статьи, кое-какие вопросы для меня всё же остались без ответа, в основном, как вся эта информация соотносится с таблицами в RomRaider отвечающими за управление бустом. Следующая часть, написанная в стиле FAQ, должна постараться закрыть все пробелы.

in1t 11.05.10 в 22:59

Используемые материалы:
The Cobb Tuning Guide
Turbocharger Compressor Calculations (Turbo Regal)
Compressor Maps (ztechz)
Heat Exchanger Theory and Intercoolers (Turbo Regal)
How Intercooler’s Work and Effect Your Engine (rapworlds)

in1t 11.05.10 в 23:02

КАК ДОБИТЬСЯ ЗНАЧЕНИЙ ЦЕЛЕВОГО БУСТА (TARGET BOOST)
В таблице Target Boost вы можете задать вашей машине, какое количество буста вы бы хотели получить. Вы можете указать любые значения, какие только захотите, и ECU, в свою очередь, сделает то, что может, чтобы помочь вам добиться этих показателей.

in1t 11.05.10 в 23:03

Так почему бы ни установить 10000psi по всей таблице и не покончить с этим?
У турбины есть две стороны, горячая сторона, соединённая с выпуском и холодная сторона, соединённая со впуском. Холодная сторона турбины сжимает окружающий воздух, именно по этой причине она называется компрессором. Каждая турбина имеет некую карту эффективности (англ. compressor efficiency map). Это визуальный график, показывающий на какую степень сжатия она способна. Давайте взглянем на карту компрессора для турбины TD04-13G:

in1t 11.05.10 в 23:03

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. Теперь вам понятно, что 10000psi звучит немного не реалистично.

in1t 11.05.10 в 23:04

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.

in1t 11.05.10 в 23:05

Что это значит для меня?
Это значит, что чем больше psi вы будете пытаться добиться, тем горячее будет воздух.

in1t 11.05.10 в 23:05

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.

in1t 11.05.10 в 23:06

Так разве интеркуллер охлаждая воздух, не сжимает его? По этому я могу ехать с большим бустом при низкой эффективности?
Да, но он снимает лишь часть жара. Итак, давайте к математике, чтобы показать, почему лучше ехать на низких psi и оставаться в диапазоне эффективности компрессора.

in1t 11.05.10 в 23:06

Ниже, уравнение, используемое для подсчёта массы воздуха, подаваемого в двигатель:

n(lbs / min) = P(psia) * V(cuft / min) * 29
....................---------------------------------
............................10.73 * T(deg R)

P = абсолютное давление заходящее в двигатель (атмосферное давление + буст)
V = CFM из карты (давайте использовать 200 в качестве примера)
T = температура воздуха (англ. Air Temp) внутри коллектора + 460

in1t 11.05.10 в 23:07

Итак, единственное, что мы не знаем, это температура воздуха (Air Temperature) заходящего во внутрь коллектора. Чтобы высчитать это, нам сначала надо понять:
1) Какая температура воздуха будет, после того как сжатый воздух покинет турбину
2) Как сильно интеркуллер охлаждает воздух?

in1t 11.05.10 в 23:11

Чтобы почитать температуру воздуха после турбины будем использовать следующую формулу:

Tout = Tin + Tin * [-1 + (Pout / Pin) 0.263]
...........--------------------------------------------
.............................Efficiency

Tin= температура окружающего воздуха (ambient air temp) + 460 (F)
Pin= атмосферное давление – сопротивление воздуха (Psi)
Pout= атмосферное давление + boost psi
efficiency = сила сжатия компрессора (%)

in1t 11.05.10 в 23:13

Для нашего примера у нас есть:
Tin = 70F + 460F = 530F
Pin = 14.7psi - 0.5psi (приблизительное сопротивление воздуха)
Pout/Pin = либо 1.8 для 75% эффективности, либо 2.2 для 65% эффективности = .75 и .65 соответственно

Итак,

LowBoostTout = 530 + 530 * [-1+(1.8) 0.263]
........................------------------------------------ = 648R – 460 = 188F
...........................................0.75

HighBoostTout = 530 + 530 * [-1+(2.2) 0.263]
.........................------------------------------------ = 717R – 460 = 257F
..........................................0.65

in1t 11.05.10 в 23:17

Следующим шагом мы найдём тепловой кпд интеркуллера и сможем оценить, сколько тепла будет удалено. Чтобы сделать это мы будем использовать следующую формулу:

..................................................Tin - Tout
ThermalEfficiency(%) = 100 * ---------------------
...............................................Tin - Ambient

in1t 11.05.10 в 23:23

Вот тут нам повезло. TurboXS фактически замерили и протестировали способности стокового интеркуллера со следующим результатом:

14psi max; Temp into IC 92.5C; Temp out 41.5C; IC Efficiency 73.4%
16psi max; Temp into IC 106C; Temp out 49.5C; IC Efficiency 68.1%
18psi max; Temp into IC 103C; Temp out 50C; IC Efficiency 66.3%.

Заметка: Я видел сообщения о том, что стоковый интеркуллер эффективен где-то на 56%. Так что эти цифры обсуждаются.

in1t 11.05.10 в 23:25

Итак, чтобы выяснить конечную температуру воздуха поступающего в коллектор (trottle body), немного изменив уравнение:

....................TE
Tout = Tin - ----- * (Tin – Ambient)
...................100

in1t 11.05.10 в 23:29

Теперь применим это для высоких и низких показателей буста и получим:

Lo boost Tout = 101.86F
Hi boost Tout = 133.58F

in1t 11.05.10 в 23:29

Теперь, когда у нас есть все части, давайте посчитаем массу воздуха подаваемого в двигатель в обоих режимах:

LowBoostMass = (14.7 * 1.8) * 200 * 29
.........................---------------------------- = 25.5 (lbs/min)
..........................(10.73 * (102 + 460))

HighBoostMass = (14.7 * 2.2) * 200 * 29
.........................---------------------------- = 29.5 (lbs/min)
..........................(10.73 * (133 + 460))

in1t 11.05.10 в 23:32

Ну, вы можете увидеть, что я был не прав со своим предположением, что низкий буст лучше. Несомненно, интеркуллер создаёт огромную разницу с числами. Теперь появляется вопрос, когда лучше уменьшать буст, а когда оставлять его высоким?

Чтобы высчитать это, я сделал следующее >

in1t 11.05.10 в 23:34

Я взял эти уравнения и применил их к текущей карте компрессора. Я ожидал, что lbs/min в определенный момент начнёт понижаться, но как видите, этого не произошло. Всё из-за интеркуллера, чем больше буста вы производите, тем более lbs/min будет задуто в двигатель. Основополагающие допущение в том, что внёс в таблицу предполагаемую мною эффективность интеркуллера. Я ни смог найти никакой информации об этом, кроме опубликованной turboXS. Не забывайте, что эффективность IC будет меняться от вашего местоположения, состава материала, давления, влажности и ещё сотни других переменных.

in1t 11.05.10 в 23:35

Хорошо, значит, я могу ехать с 22 psi на своей td04! Похоже это возможно.
Нет, подождите, существуют ещё другие факторы. На машинах с турбо нагнетателем, воздух, попадающий в коллектор должен быть 110°F, максимум 130°F. Вы, конечно, можете переступить этот лимит, но вы будете расплачиваться за это переобогащенной смесью и низким таймингом, что в итоге будет стоить вам мощности. Ну не только это, ваша турбина может крутить около 190к RPM и выдержать температуру в 950 градусов. Если вы попробуете слишком сильно увеличить буст, то турбина, вероятно, умрёт очень скоро.

in1t 11.05.10 в 23:35

Вот чёрт, и что же я тогда должен делать?
Похоже, что никогда не будет хорошего ответа.
Это то, где вы будете экспериментировать с каждой новой настройкой. Но сперва, нам надо найти при каком максимальном psi мы можем ехать. Посмотрев на таблицу температур после IC, мы увидим, что CR на 2 около 100 градусной отметки (это максимум у 14.7psi). Но после этого мы так же можем попробовать 2.2 CR (17.5psi) вроде бы было в рамках приемлемой нормы. (Заметка: Если вы присваиваете 56% эффективности IC, то допустимо будет только 2CR. Tout для 2.2CR будет около 160F). Когда будете принимать такое решение, помните, что интеркуллер будет менее результативным в тёплую погоду и, следовательно, вы выйдите за предел 130 градусной отметки очень легко, ездя на 2.2CR. Поэтому, «лучший выбор» будет ехать на 2.0 CR (14.7psi), т.к. это будет приемлемо, даже когда на улице станет жарко.

in1t 11.05.10 в 23:36

Похоже, надо очень много работать, чтобы выяснить один номер, может это может быть легче?
Может, просто выберете любой CR на двух концах внутренней части наиболее эффективных окружностей. Но если вы не знаете, лучше всего спросить где-нибудь на форумах.

in1t 11.05.10 в 23:37

Используемые материалы:
Guide To Boost Controllers (splparts)
Turbo Dynamics and Boost Control Explained (RR)

in1t 11.05.10 в 23:38

WASTEGATE
Перед тем как мы начнём говорить о таблицах, давайте поговорим о том, как машина контролирует буст. Регулятор давления наддува или 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) 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 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.

in1t 11.05.10 в 23:49

Wastegate контролируется двумя вещами. Пружиной (англ. spring) и диафрагмой (англ. diaphragm). Пружина держит дверцу 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 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.

in1t 12.05.10 в 00:19

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.

in1t 12.05.10 в 00:36

Запутались? Вот кое-какие картинки:

1. Нет буста
2. 5 psi буста
3. 10 psi буста
4. С буст контроллером

in1t 12.05.10 в 00:38

ELECTRONIC BOOST CONTROL
Итак, наступает часть электронного управления бустом (это именно то, что мы будем настраивать). Когда мы захотим добиться большего количества буста, мы будем уменьшать давление на диафрагму чтобы удерживать wastegate закрытым. Как только мы достигнем желаемого уровня буста (скажем 16psi), нам будет нужно увеличить давление на диафрагму, это потянет пружину сильнее и позволит wastegate приоткрыться и выпустить немного выхлопных газов, что понизит давление буста. Лучший способ сделать это - слегка щелкнуть переключателем, который позволяет диафрагме оказаться в вакууме - если мы хотим создать буст, и корректировать давление - если хотим понизить буст. Если мы будем щелкать этим переключателем очень-очень быстро, это позволит нам сохранять постоянное давление в 16 psi, которого мы и добивались. Этот переключатель и есть буст контроллер (gm, стоковый, какой угодно).
Наконец, это приводит нас к определению, что же такое Wastegate Duty Cycle. WGDC это всего на всего процентное соотношение к определённому времени (скажем несколько миллисекунд) когда диафрагма wastegate будет скорее подвержена вакуумному давлению впуска, чем давлению буста. То есть, высокий WGDC означает то, что wastegate будет в закрытом состоянии дольше, таким образом, создастся больше буста.

in1t 12.05.10 в 01:17

TURBO DYNAMICS (32 BIT)
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 ошибку (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.

in1t 12.05.10 в 01:23

Запомните что если initial WGDC + TD > Maximum WGDC, тогда Maximum WGDC будет применено к wastegate пока это покрывается лимитом.

in1t 12.05.10 в 01:24

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.

in1t 12.05.10 в 01:33

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.

in1t 12.05.10 в 01:41

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.

in1t 12.05.10 в 01:42

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 RR в поле описания таблицы.

in1t 12.05.10 в 01:43

НЕКОТОРЫЕ ТАБЛИЦЫ БУСТА, О КОТОРЫХ МЫ ГОВОРИЛИ

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.

in1t 12.05.10 в 01:44