L’attuatore Turbo Hella

Il principio di funzionamento di un turbocompressore è in realtà molto semplice ma necessita di attenzione quando si tratta di controllare la forza bruta. Senza un sistema di regolazione della pressione, il turbo spingerebbe aria in modo continuativo nel motore, questa situazione non è certamente consigliabile o utile e può in realtà anche portare a seri danni al motore. In una situazione ideale la pressione del turbo dovrebbe essere continuativamente adattata alle reali richieste e necessità. Proprio per rispondere a questa domanda sono stati progettati gli attuatori turbo. Che cosa fa precisamente l’attuatore? Ancora più interessante: cosa succede in caso di difetto dell’attuatore?


Che cosa si guasta solitamente

Cominciamo con i problemi che riscontriamo più frequentemente. Come anticipato, possono succedere diversi problemi, più o meno grandi, nel caso in cui la pressione non venga correttamente regolata, in particolare non tutti i componenti possono resistere a (troppo) grandi sollecitazioni generate da alta pressione o temperatura. Fortunatamente il sistema è progettato per rispondere ad una eventuale problematica con un processo di emergenza; quest’ultimo si attiva nel momento in cui viene rilevata una pressione non corretta. Un attuatore difettoso non diventa così in questo modo l’origine di ulteriori danni e genera diversi codici di errore oltre a una drastica riduzione della potenza. Con la lettura dei codici di errore è possibile identificare una problematica legato all’attuatore turbo:

  • P0234 – Regolazione pressione di sovralimentazione al di sopra del limite di regolazione

  • P0299 – Regolazione pressione di sovralimentazione al di sotto del limite di regolazione

  • P2263 – Circuito di sovralimentazione

l attuatore turbo hella

Molte marche hanno codici di errore specifici, come ad esempio Ford: P132A, P132B.
Ipotizzando che il turbo sia in perfetta efficienza di funzionamento, cosa può andare a danneggiarsi nell’attuatore? Andremo più in dettaglio per spiegare come funziona il sistema di regolazione, possiamo però già anticipare che l’unità è composta da un motorino elettrico, una vite senza fine in plastica ed un circuito stampato. Ognuno di questi ha purtroppo i suoi punti deboli che possono però fortunatamente essere corretti. La riparazione (o meglio, revisione) non ha presenta quindi particolari problemi, nonostante i costruttori facciano intendere il contrario; questo perchè risulta sicuramente più redditizio vendere o sostituire un turbo completo. Inoltre gli attuatori non sono solitamente presenti come ricambi da banco.

Il processo di riparazione

ACtronics identifica l’attuatore turbo come meccatronica, un componente che contiene sia meccanica sia elettronica; questo ha una ulteriore implicazione, il processo di revisione prevede due fasi di lavoro distinte.

I difetti meccanici vengono maneggiati dal nostro dipartimento meccatronica. Per questo abbiamo sviluppato ricambi dedicati. Nella riparazione della meccanica non vengono quindi sostituiti solo i componenti difettosi ma vengono ripresi tutti i ponti. Questo è per aumentare la qualità del prodotto revisionato e fornirgli di conseguenza la usuale garanzia.

Problematiche riguardanti l’elettronica vengono riprese invece dal reparto saldature. In questo dipartimento vengono adoperate apparecchiature di alto valore con precisione molto accurata. In questo modo possiamo avere ottime connessioni realizzate con la tecnologia a ultrasuoni. Con questa tecnica, oltre ad fornire un lavoro molto pulito e preciso, non genera alte temperature sulla scheda, come invece avviene con le normali saldature. Anche sotto questo punto di vista la qualità offerta è dunque maggiore. Ci sono casi però in cui la saldatura classica è preferibile, ma per questo sarà presente un articolo apposito.

In seguito alla revisione, come d’abitudine, viene effettuato un test di verifica finale. Il nostro sistema computerizzato ci permette di simulare ogni input della centralina. Non verifichiamo solo se il movimento è corretto ed adeguato; con il nostro sistema di prova possiamo anche stabilire se l’elettronica risponde correttamente agli impulsi forniti; questo viene fatto misurando coppie e misurazione di rotazioni. In seguito a tutto questo lavoro siamo sicuri che l’attuatore funzioni quanto meno quanto un componente nuovo originale.
Dettaglio interessante: la strumentazione di prova è anch’essa sviluppata internamente; questo per sottolineare non solo la specializzazione ma anche l’ampiezza delle conoscenza.

L’attuatore turbo Hella in dettaglio

Tecnici e specialisti turbo troveranno questa spiegazione un po’ semplice e diretta al punto, ma per restare negli spazi possiamo definire il turbo come due giranti integrate in un unico involucro. La girante sul lato scarico comincia a muoversi azionata dal movimento dei gas di scarico; questo movimento provoca la rotazione della girante lato aspirazione collegata alla precedente. La forma con cui questa è realizzata permette di portare aria all’interno del motore. Maggiore è la velocità, maggiore la pressione generata.

Qui si riscontra un problema: un turbo di per se non sa quando fermarsi. Sarebbe meglio se questo flusso d’aria non fosse dipendente dal flusso dello scarico e dall’apertura della farfalla ma se fosse controllabile in modo da avere ad ogni momento la giusta forza. Questa idea non è stata messa da parte ma ha portato i tecnici a sviluppare la seguente soluzione: turbine con geometria variabile. Le palette lato scarico di questi nuovi turbo, in questo caso, possono essere regolate permettendo di variare la resistenza e quindi adattarsi al meglio alla situazione. Problema risolto!

l attuatore turbo hella in dettaglio

Risolto? Quasi…non del tutto. Il sistema di regolazione è composto da componenti meccanici e non può comandarsi da solo. A questo scopo intervengono gli attuatori. Agendo sulla staffa delle palette è possibile variare la loro incidenza. Gli attuatori si possono dividere in tre categorie: pneumatici, elettrici ed ibridi. In realtà con turbo a geometria variabile solo gli attuatori elettrici e ibridi possono svolgere la funzione correttamente. Tralasceremo quindi in questo caso la spiegazione tecnica degli attuatoti pneumatici.

Attuatori a comando elettronica

Gli attuatori a comando elettronico sono sviluppati per reagire agli impulsi della centralina ECU. L’apertura o chiusura dipende quindi esclusivamente da quanto deciso dalla centralina stessa. Le decisioni della centralina dipendono dalla temperatura del motore, pressione aspirazione, eventuali input esterni (ad esempio selezione stile di guida o altro). Queste opzioni risultano essere molto interessanti per i costruttori perché permettono di modificare il funzionamento del veicolo secondo le diverse esigenze. Proprio per questo ritroviamo spesso questo tipo di attuatori nei moderni motori turbo. Audi, BMW, Citroën, Ford, Jaguar, Mercedes-Benz, Peugeot, Volvo, VW… utilizzano gli attuatori Hella, in combinazione spesso con turbine Garrett.

Attuatori a comando elettronica

Lo sapevi che?

Le palette di un VGT (turbocompressore con geometria variabile) possono bloccarsi a causa della qualità dei gas di scarico? Questo non influisce solo sul funzionamento del sistema ma può portare anche a rotture della turbina. Verificare pertanto che la geometria variabile si muova liberamente senza attuatore; in caso di bloccaggio si andrebbe a danneggiare nuovamente l’attuatore. Il movimento si può verificare muovendo manualmente la staffa.

Turbo Hella Il processo di revisione

Come precedentemente anticipato, l’attuatore Hella è composto da un motorini elettrico, una vite senza fine plastica ed un circuito integrato. Il segnale della centralina viene gestito dal circuito integrato che lo rielabora e lo trasforma in un segnale al motorino che può fornire una rotazione in senso orario o antiorario. Ingranaggi specifici muovono la vite senza fine che muove a sua volta il pin collegato alla staffa nella posizione voluta. Questo non è necessario che sia integralmente aperto o chiuso. La regolazione viene controllata continuamente ruotando leggermente la staffa.

Ci sono due tipi di attuatori Hella: REA (Rotary Electronic Actuator) e SREA (Simple Rotary Electronic Actuator). Entrambe anno un connettore a 5 pin, ma le funzioni sono organizzate in modo diverso:

SREA:

SREA l attuatore Turbo Hella

  • 1. Rotazione destrorsa motorino

  • 2. Rotazione sinistrorsa motorino

  • 3. Massa

  • 4. Segnale 5V PWM (1 kHz)

  • 5. 5V

REA:

REA l attuatore Turbo Hella

  • 1. 12V

  • 2. Massa

  • 3. CAN-L

  • 4. Segnale 5V PWM (1kHz)

  • 5. CAN-H

Oltre alla posizione dei pin, le differenze sono altre, per esempio il modo in cui viene regolata la posizione della staffa. Il tipo SREA riceve un segnale ad onda quadra al pin 1 o 2 in base al quale può girare il motorino in un senso o nell’altro per il tempo stabilito, la staffa si sposta quindi nella posizione desiderata. Il tipo REA lavora con un segnale CAN per effettuare i movimenti necessari richiesti. La posizione attuale viene misurata sulla scheda elettronica (PCB). Il sensore che misura la posizione si chiama sensore C.I.P.O.S.. il valore attuale viene paragonato al valore richiesto ed in base ai risultati viene azionato per quanto necessario il motorino. Apparentemente questo sistema è più laborioso ma presenta dei vantaggi: la posizione della staffa (e quindi l’apertura) è continuamente nota e le anomalie possono pertanto essere meglio controllare. Avendo nota la posizione della staffa, la centralina può effettuare ulteriori calcoli con cui ottimizzare ulteriormente il funzionamento del veicolo.

Attuatori ibridi

Esistono anche turbo a geometria variabile che non utilizzano però gli attuatori Hella, in queste unità la regolazione avviene in parzialmente modo pneumatico; questo tipo di gestione si trova ad esempio in alcune serie di motori JTD del gruppo Fiat. Per quale scopo è stata sviluppata questa tipologia? Ci sono situazioni in cui è utile utilizzare una regolazione elettronica ma che a causa delle condizioni del sistema non risulta essere possibile: esempio mancanza di spazio fisico per i componenti necessari. Da qui l’origine di questi sistemi ibridi.

La configurazione di questa unità consiste in un attuatore “vecchio stampo” di tipo pneumatico accoppiato ad una piccola valvola a regolazione elettronica. L’attuatore pneumatico fa uso della sovrappressione nel condotto di aspirazione per regolare la posizione delle palette. La posizione finale delle palette viene però regolata dal motorino elettrico presente. La centralina fornisce un segnale in modo da aumentare o ridurre l’apertura prodotta dall’azione del motorino e sfruttare di conseguenza la pressione già presente.

Questo sistema presenta, per essere onesti, un funzionamento meno preciso e meno dinamico rispetto al sistema REA della Hella, pur svolgendo correttamente il suo compito. La regolazione elettronica in questo caso non è solo più compatta del sistema Hella permettendo l’utilizzo di un turbo altrimenti non possibile con altre configurazioni. Un altro punto importante è lo spostamento dall’enorme sforzo termico nelle vicinanze del turbo. Nei motori in cui il calore non possa essere allontanato velocemente, questa soluzione ibrida porta dei vantaggi. Per questo possiamo capire i motivi che spingono i costruttori a ricercare soluzioni alternative.

Rimozione dell’unità

Il più grande problema di questi attuatori Hella è la loro raggiungibilità, che può essere molto variabile per auto. Una volta creato lo spazio necessario, non è per il meccanico più esperto difficile separare l’attuatore dalla turbina. Occorre scollegare il connettore e la staffa. Fatto questo ci sono ancora tre viti che lo tengono fissato in posizione. Rimosse queste si può procedere con il suo allontanamento.
Attenzione nel montaggio:
C’è del gioco nelle 3 viti, questo per poter regolare la posizione. Non può essere quindi montato alla bene e meglio ma vanno seguite le specifiche indicazioni del costruttore per il corretto montaggio.

Video

Abbiamo trovato su Youtube un bel video che mostra l’attuatore turbo Hella in azione.