Из чего делается мембрана на актуатор турбины. Линейные актуаторы - основные положения, как работает линейный актуатор. Есть три способа, как настроить актуатор турбины
Турбокомпрессор – один из самых важных и дорогостоящих узлов автомобиля. Однако не смотря на 10-летнюю долговечность, актуатор турбокомпрессора часто ломается, если машину эксплуатировать в тяжелых условиях. В этой статье рассмотрим причины неполадок изделия.
Первые признаки
Итак, выход из строя актуатора или турбины связан с пропаданием тяги или снижением мощности. Также одной из причин является выход дыма из выхлопной трубы при разгоне. При этом дым имеет синий, черный или белый цвет. Кроме того, обратим внимание на работу двигателя: если слышны скрежет, свист или странные шумы, значит проблема действительно в турбине. Еще несколько признаков – увеличение расхода топлива или моторного масла, а также падение давление масла или воздуха.
Виды неисправностей
- Если автомобилист обнаружил синий дым, значит моторное масло сгорело в цилиндрах. Туда масло попадает из турбокомпрессора. В случае обнаружения черного дыма нельзя исключать утечку воздуха. А что касается белого цвета выхлопа, то здесь дело в засорении сливного маслоотвода турбонагнетателя.
- К причинам свиста можно отнести утечку воздуха на стыке выхода силового агрегата и актуатора. Скрежет указывает на сильное трение между собой элементов всей системы турбонаддува.
Три причины
Исходя из всего вышеперечисленного, можно выделить три основные причины неполадок актуатора, что влечет за собой диагностику и ремонт турбины .
- Нехватка масла, слабое давление масла. Эта неисправность связана с утечкой или пережимом масляных шлангов, которые, возможно, еще и неправильно установлены по отношению к турбине. Из-за данного дефекта быстро изнашиваются кольца, шейки вала, а также происходит перегрев радикальных подшипников турбины. Все эти детали не ремонту не подлежат.
- Грязное и некачественное масло – тоже один из факторов, приводящих к преждевременному износу актуатора турбины. Кроме того, при этом сокращается срок службы подшипника, закупориваются маслоотводные каналы, а также возникают повреждения оси. Масляная жидкость с густой консистенцией очень вредно для подшипников, ведь из-за него появляется осадок, который нарушает герметичность турбины.
- Третья причина – посторонние предметы внутри турбокомпрессора. Засорение негативно влияет на срок службы лопаток турбинного и компрессорного колес, что приводит к падению воздушного давления. Также наносится существенный вред ротору. В этом случае понадобится замена фильтра компрессора. Также не помешает улучшить герметичность впускного тракта. А что касается турбины, здесь потребуется замена впускного коллектора (в случае его выхода из строя) и вала.
Очень часто такая важная часть турбины высокого давления, как актуатор выходит из строя и не подлежит дальнейшему ремонту. В таком случае единственным выходом является полная замена этой детали. Однако «родной» актуатор, то есть изначально установленный на турбине, отрегулирован на самом заводе. Поэтому при его переустановке необходимо выполнить данную процедуру заново. Естественно, лучше всего для этого воспользоваться услугами профессионалов из автосервиса, хотя при наличии достаточного опыта любой автовладелец может выполнить все настройки самостоятельно.
Первым и наиболее характерным признаком того, что актуатор нуждается в настройке является дребезжание в области турбины , проявляющееся во время глушения двигатели или перегазовки. Такое явление говорит о том, что ход движения штока стал слишком свободным, и требует срочной регулировки. Вторым важным симптомом, свидетельствующим о необходимости регулировки актуатора, является плохой наддув при полной исправности остальных деталей, ответственных за это свойство турбины.
Регулировка наддува
Для улучшения наддува необходимо повысить давление турбины . Для этих целей используют несколько методов.
1. Простейший способ изменения силы наддува - замена пружины в актуаторе. Здесь действует элементарное правило: чем жестче пружина (больше упругость), тем выше будет давление, и наоборот.
2. Затягивание или расслабление актуатора по резьбе. Это увеличивает либо уменьшает величину открывания заслонки. Расслабление приведет к удлинению, а затягивание к укорачиванию тяги клапана. Весь механизм регулировки актуатора этим способом сводится к тому, что более короткая тяга создаст максимально плотное закрывание заслонки, что по закону физики потребует большего усилия (давления) и продолжительности на ее открывание. В свою очередь это приведет к ускорению раскручивания крыльчатки турбины.
3. Установка буст-контролера или соленоида - устройства, которое изменяет реальный показатель давления. Механизм его действия сводится к тому, что, установленный перед актуатором, он выбрасывает часть воздушного потока, понижая таким образом давление. Управление самого буст-контролера происходит посредством компьютера.
Регулировка штока
Для подтягивания регулирующей гайки штока актуатора рекомендуется предварительно снять турбокомпрессор, что позволит дополнительно (визуально) проконтролировать степень закрывания калитки. В обычном положении, то есть когда турбина отключена, актуатор должен быть полностью закрытым. Калитка также не должна вибрировать при легком постукивании по ней. По этой причине регулировочную гайку необходимо закручивать до предела, пока калитка актуатора не закроется полностью.
Эта обзорная статья дает общие представления о принципах работы линейных актуаторов и рассчитана на тех, кто только начинает работу с ними. Если Вы относитесь именно к этой категории читателей, мы надеемся, что статья даст Вам необходимую информацию и поможет в выборе подходящего актуатора для решения поставленной задачи.
Как работает линейный актуатор
Первый большой вопрос - каков принцип работы линейного актуатора. Многие люди (большинство людей), не сталкивавшихся ранее с необходимостью применения актуаторов, называют их "толкателем", "электрическим поршнем", "механическим цилиндром" и другими подобными (и нередко нелепыми) терминами. Тем не менее, все они подразумевают одно и то же устройство, независимо от правильности терминологии. Линейный актуатор выполняет именно такую работу, которую подразумевает его название: "Актуатор" (от английского "actuate") - "приводить в движение" и "линейный" - выполняющий прямолинейное движение, движущийся по прямой.
Существует множество различных способов реализации такого движения с помощью двигателя. Наиболее растространенный вариант - с помощью выдвигающегося и втягивающегося штока (слайдера), перемещающегося по направляющей. Сферы использования таких линейных приводов широко варьируются, они могут использоваться практически в любых устройствах - для регулирования положения телевизора (в том числе, выдвигающиеся и убирающиеся конструкции), для подъема и опускания пандусов для инвалидных колясок, в промышленном оборудовании, в игрушках и даже в авиационно-космических технологиях.
В конструкции линейного актуатора для создания линейного перемещения чаще всего используется винт (или более правильное название - винтовая передача). Винт вращается по или против часовой стрелки, его вращение вызывает линейное перемещение штока, соединенного с гайкой, которая перемещается вдоль винта.
Двигатели, которые используются в линейных актуаторах, в большинстве случаев являются классическими коллекторными двигателями постоянного тока 12В или 24В. Но в ряде случаев могут использоваться другие типы электродвигателей и другой вольтаж. Чтобы изменить направление движения штока линейного актуатора необходимо изменить направление вращения его двигателя. В случае использования коллекторного двигателя постоянного тока достаточно поменять полярность питания (поменять местами два провода питания двигателя). Типичное решение - с использованием автоматического переключателя, который меняет полярность подключения питания.
Существующие линейные актуаторы различаются возможной длиной хода. Применительно к конструкции актуатора это означает, что актуаторы выполняются с различными длинами штока и корпуса. Помимо длины хода актуатора, важными характеристиками являются скорость и усилие на штоке. Для достижения необходимой скорости и усилия между валом электродвигателя и винтом устанавливают механический редуктор. Редуктор при неизменной мощности двигателя изменяет соотношение скорости его вращения и крутящего момента, что в итоге влияет на конечную скорость линейного перемещения и усилие на штоке актуатора - чем больше передаточное отношение редуктора, тем больше усилие и меньше скорость. Винт также является механической передачей, влияющей на соотношение скорости и усилия - чем меньше шаг винта, тем больше усилие и меньше скорость перемещения штока. В любом случае без использования специальных устройств регулирования скорости двигателя всегда соблюдается взаимосвязь между усилием и скоростью перемещения: чем выше скорость перемещения штока, тем меньше усилие (и наоборот).
Для реализации остановки штока в конечных положениях, актуатор оснащается встроенными концевиками (концевыми выключателями или микровыключателями). Концевые выключатели устанавливаются внутри на шток актуатора. Срабатывание концевых выключателей происходит при достижении гайкой крайних положений внутри корпуса актуатора - один датчик устанавливается на крайнее выдвинуте положение, второй - на крайнее втянутое положение. При достижении крайнего положения датчик срабатывает, питание двигателя выключается. Дальнейшее движение возможно только в противоположном направлении - при смене полярности питания и реверсе двигателя.
Как подобрать линейный актуатр
Чтобы выбрать подходящий линейный актуатор, необходимо определиться с основными требованиями системы:
- скорость перемещения (м/с, мм/мин, см/мин, мм/с и т.п.)
- усилие перемещения (толкания/втягивания) (Н, кгс)
- длина хода (мм, см, м)
- предпочитаемое напряжение питания (12В, 24В, 220В)
- продольное или поперечное расположение двигателя
В повседневной жизни достаточно много терминов так и остаются для нас неразгаданными. Узкоспециализированные, они нам просто нигде не пригодятся. Однако бывают случаи, когда новое слово в обязательном порядке необходимо понять.
Простой пример: в автосервисе вам сообщили, что необходимо заменить актуатор сцепления. Данный термин в автомобильной сфере имеет свои толкования, которые отличаются от трактовки других областей техники. В данной статье будут последовательно разбираться определение «актуатор», его разновидности в сфере, касающейся автомобилей, а также особенности и применяемость.
Определение понятия
Итак, актуатор - что это такое? Само слово очень созвучно с другим похожим - «активатор». Понятие обоих почти одинаковое. Актуатор представляет собой техническое устройство или спусковой механизм, передающий усилие от управляющего на управляемый объект. Само воздействие может быть разнообразным: от линейного до вращающего. При этом в зависимости от того, как прилагается усилие, определяется разнообразие приборов.
В автомобильной конкретике актуатор может быть представлен приводом центрального замка. Усилие от управляющего контура здесь передаётся в линейное перемещение путём червячной передачи. Но самый простейший автомобильный актуатор - это механический домкрат. Здесь управляющим узлом выступает человек. А актуатор передает вращательное воздействие в вертикальное перемещение площадки домкрата. Имеется в виду простейший механический прибор, сделанный в виде трапеции.
Разнообразие актуаторов
Под загадочным понятием «актуатор» скрывается множество уже известных устройств. Если не брать в расчёт домкрат, то начать можно с центрального замка - линейного устройства. Также среди известных - актуатор турбины. Это вакуумный регулятор, который защищает ее от нагрузок при высоких оборотах. Есть и актуатор сцепления на роботизированных коробках-автоматах.
Если взять область строительной электромеханики, то самым распространенным будет привод открывания-закрывания калиток и ворот. Он так и называется - актуатор двери. С помощью такого устройства приводятся в движение автоматические ворота гаражей и ворота при въездах на территорию.
Спутниковые тарелки, так популярные среди населения, также приводятся в действие актуаторами. Это бывает необходимо, когда есть несколько положений для приёма информации. Чтобы не устанавливать несколько антенн, обходятся одной. Ее актуатор поворачивает на необходимый угол. Рассмотрим автомобильные варианты более подробно.
Актуатор турбины
Известно, что существует два вида систем с турбокомпрессором: низкого и высокого давления. Так вот, актуатор используется только для второй разновидности турбин. В противном случае он просто не нужен. Его основная функция в данном случае - защитная. Актуатор турбины управляет специальным клапаном, который открывает или закрывает путь к выхлопным газам. В закрытом состоянии они раскручивают крыльчатку, что постепенно повышает давление. В заданный момент времени актуатор открывает клапан. Затем выводит в автомобиля, что сразу понижает допустимое давление. Если этого не делать, всю систему можно просто вывести из строя.
Актуатор турбины работает по принципу насоса. Он преобразует давление в линейное перемещение штока. Рядом с ним есть пружинка и диафрагма в металлическом корпусе, к которому крепится шланг регулировки. В случае выхода актуатора из строя он подлежит замене и настройке.
Тонкости настройки актуатора турбины
Почему необходима настройка актуатора? Дело в том, что родной прибор изначально настраивается под конкретную турбину ещё на заводе. В случае же замены нужно настроить новый актуатор. Также регулировка требуется в случае неполадок в турбине. Существует несколько способов настройки:
- Изменение жесткости пружины.
- Ослабление или затяжка самого актуатора по резьбе.
- Установка специального управляемого компьютером контроллера.
Самый простой вариант - ослабить крепление. Регулируется это дело витками резьбы. Чем больше происходит ослабление, тем мягче и быстрее будет открываться клапан. Если же актуатор, наоборот, затянуть, его включение будет жестким. Открываться он будет подольше.
В случае регулировки устройства жесткостью пружины, в актуаторе просто меняется пружинка на подходящую к конкретному случаю по жесткости. Сложность здесь только в самом подборе, а замена труда не составляет. Установка контроллера перед актуатором - самый дорогой вариант, но и самый перспективный. Ведь в этом случае становится возможным тонкая настройка и управление клапаном по условиям, запрограммированным в этом контроллере.
Линейный актуатор
Это понятие подразумевает целую группу устройств, преобразующих энергию управления в линейное перемещение. Чаще всего речь идёт о трансформации электрической энергии в механическую. По-другому линейный актуатор можно назвать линейным приводом. Широко применяется в системе центрального замка автомобиля. Чаще всего представляет собой корпус из пластика с выдвижным штоком. Питание и управление поступает через провода или разъёмы. Есть варианты как на 12V, так и на 24V в зависимости от применения на легковом или грузовом автомобиле.
Каждое линейное также является редуктором. Ведь первоначальная энергия, прикладываемая к актуатору, на порядок выше выходного воздействия. Передаваемое усилие также может быть разнонаправленным. То есть по отношению к валу электромотора движение штока возможно как перпендикулярно, так и параллельно.
В зависимости от назначения линейный актуатор может изготавливаться для жестких климатических и агрессивных условий. То есть при желании он работает и при отрицательных температурах, и с защитой от агрессивных сред. Благодаря простоте исполнения, линейные приводы практически не требуют обслуживания и ремонта.
Актуаторы линейного перемещения: делаем своими руками
Не будем рассматривать причины желания изготовить линейный актуатор своими руками. Просто расскажем, как это делать. Самый простой способ получить, допустим, актуатор двери заключается в использовании электродвигателя. Сейчас они достаточно популярны и доступны по цене. Их стоимость может колебаться от 50 до 200 рублей в зависимости от параметров.
Последовательность работ по изготовлению может быть следующая:
- На ось электродвигателя прикрепляется резьбовая шпилька.
- На нее надевается гайка с закрепленным к ней штоком. При вращении двигателя гайка движется по шпильке. Вместе с ней перемещается шток.
- Подбирается шаг резьбы. Благодаря этому можно регулировать скорость перемещения штока.
Ещё проще получить линейный привод, если добыть зубчатую рейку. Скорость передачи усилия при этом будет самая быстрая. Но есть один минус. Так, усилие передачи, наоборот, останется на самом низком показателе. Максимально энергию передают шпильки М20 и большего диаметра. Вот наш самодельный линейный актуатор и готов. По такому принципу работают замки дверей в большинстве автомобилей.
Сцепления актуатор
Сцепления актуатор - что это за штука? Зачем она нужна? По-простому, это исполнительное устройство для включения и выключения сцепления. Также сюда следует отнести актуаторы для переключения передач. Применяются такие устройства в немецких и японских иномарок. Особенно печально известен сделанный в Стране восходящего солнца актуатор. «Тойота-Королла», обладающая коробкой-роботом, не сразу добилась хорошей работы. Поломки начинались, когда машина не проезжала даже 60 000 км.
Проблема решилась не только доработкой актуатора, но и изменением программного обеспечения блока управления. Ведь именно от ЭБУ зависит, в какой момент времени стоит стыковать коробку с двигателем. А актуатор служит простым исполнительным элементом. Он может быть либо электрическим, что характерно для японских и корейских производителей, либо гидравлическим. Последние часто применяются в коробках WV и Audi. Фирменный актуатор «Тойота» при наличии исправного ЭБУ двигателя значительно облегчает жизнь.
Что касается актуаторов переключения передач, то работают они следующим образом. Шток устройства воздействует на конкретный в данный момент времени синхронизатор по команде от головного компьютера. Физически актуатор очень похож на обычный цилиндр сцепления.
Особенности актуаторов коробки передач
Как определить, что с актуатором в автоматической коробке передач автомобиля что-то не так? Это будет понятно по рывкам в момент переключения. Необходимо вовремя разобраться в проблеме, посмотрев на актуатор. Что это с ним происходит? Если вы увидите серьезную неисправность, возможно, придётся потом менять и другие детали сцепления.
Для подбора деталей роботизированной коробки в обязательном порядке необходим Vin автомобиля. Особенно это важно, если у вас имеется японский актуатор («Королла» до сих пор с трепетом относится к деталям для своих коробок-роботов). При замене деталей таких агрегатов лучше всего обращаться только к специалистам хорошего уровня. В дилерских центрах продажи и обслуживания автомобилей есть как грамотные мастера, так и необходимое оборудование.
Производители актуаторов
Большое количество сфер применения напрямую сказывается на выборе производителя. Для автомобильных актуаторов турбин и сцепления следует обращать внимание на оригинальные детали либо рекомендуемые производителем. Но это еще не все. Если у вас Corolla, прибор необходимо искать такой же. Актуатор турбины Kia Sorento будет марки Kia. И это касается всех других марок. Экономия в таких деталях чревата дальнейшим вкладыванием в ремонт, но уже более дорогих запчастей.
Что касается линейных актуаторов, то здесь настолько большой выбор, что нет смысла рекомендовать какого-либо конкретного производителя. Главное, на что следует обратить внимание при выборе, это положительные отзывы реальных покупателей и проверенных продавцов. Стоит помнить, что актуатор, цена которого будет отличаться в большую сторону, не всегда более качественный. Кстати, средняя стоимость прибора колеблется в районе 2-3 тысяч рублей. Можно найти очень дешевый актуатор за 500 руб., а можно приобрести дорогой, который стоит 10 тыс. руб.
Применение актуаторов
Наибольшее распространение актуаторы получили в сфере автомобилей и обустройстве объектов как промышленного, так и жилого направления. В транспорте применение приборов начинается от простых приводов закрытия дверей и багажников (также не забываем про домкраты), заканчивается сложными системами турбоагрегатов и роботизированными коробками передач. При всем этом актуатор - достаточно надёжное устройство из-за простоты изготовления именно исполнительных деталей.
В сферах быта работу актуаторов легче всего увидеть на автоматических дверях и ставнях. Для приема спутниковых передач также удобнее использовать управляемый прибор и одну тарелку, чем несколько одновременно.
Заключение
Итак, выше было детально описано, чем является актуатор: что это такое, мы поняли. Кроме того, были проанализированы определения понятия и сферы применения устройств разных типов. Особое внимание уделялось автомобильным моментам. Как оказалось, актуаторы достаточно широко распространены. Они незаметно помогают как в быту, так и в промышленности. Удобные, понятные по структуре изделия широко используются совместно с системами управления.
Встретив словосочетание «актуатор турбины» (actuator, westgate — вестгейт) и задумавшись над тем, что это такое, большинство автомобилистов из самого названия, а точнее из его русскоязычного аналога, понимают, что это устройство, регулирующее работу турбины на двигателях таковой оснащенных. И это действительно так.
Турбонаддув силового агрегата авто за счет увеличения количества поступающего в цилиндры воздуха (создаваемого им давления) увеличивает его мощность. Учитывая тот факт, что, в большинстве своем, энергия, раскручивающая турбокомпрессор, берется из давления выхлопных газов, выходящих из выпускного коллектора, следует понимать следующее: выше мощность → больше давление выхлопных газов → сильнее раскручивается турбина → растет нажим во впуске.
Да, со стороны кажется – вечный двигатель, но это давление выше необходимого, и оно вредит механизмам двигателя и самой турбины, поэтому его польза уже становится не так актуальна. Для решения проблем, связанных с регулировкой давления, создаваемого турбокомпрессором, служит актуатор.
Как он работает?
Принцип работы актуатора, или как его еще называют, вакуумного регулятора в целом прост: при наличии избыточного давления заслонка либо клапан открывается и излишний воздух (газы) не попадает в механизмы турбины/двигателя, а по специальным каналам отводится, минуя их, не позволяя турбине раскручиваться более определенного количества оборотов.
Открытие осуществляется 2 способами:
1. Пневматически.
Привод заслонки соединен мембраной либо цилиндром (в зависимости от производителя), прижатым в закрытом положении пружиной. При определенном нажиме, создаваемым турбиной, силы пружины не хватает удерживать заслонку в закрытом положении, и она открывается, направляя часть выхлопных газов мимо крыльчатки, уменьшая скорость вращения турбонаддува.
Плюс такого устройства – простота и надежность. Минус – сложность тонкой настройки.
2. Электромеханически.
Здесь клапан подчиняется электронному блоку управления двигателем через различные датчики, установленные, как в самой турбине, так и на впускном, выпускном коллекторах. Как следствие, такая система более отзывчива к регулировке и подстраивается под работу двигателя в любых условиях.
Недостаток всего один – сложность и высокая стоимость ремонта.
Видео с описанием работы турбокомпрессора с вакуумным регулятором.
Неисправности.
Неисправности могут быть как механические, вследствие больших температур выпускных газов, их агрессивной среды либо банального старения механизма и его износа, так и электромеханические, по тем же причинам.
Электронные системы, проще в диагностике, сам ЭБУ их диагностирует и может конкретно указать на проблему.
В полностью пневматическом устройстве все сложнее.
Во-первых, без специального оборудования и наличия регламентных показателей рабочей системы сложно разобраться, имеется ли проблема вовсе. О неполадке может сказать лишь уже в целом некорректно работающий двигатель, а сама проблема может быть запущена до сложного и дорого ремонта. Хотя в таких системах первоначальным источником проблемы могла быть попросту ослабшая пружина либо небольшая негерметичность в пневматической части.
Во-вторых, если и захочется разобраться в диагностике и наличии неисправности в турбонаддуве, сперва придется изучить сервисную документацию по конкретному автомобилю и алгоритмам диагностики работы его вестгейта, что довольно долго и не всегда возможно, поэтому если есть подозрения на неправильную работу турбины/вакуумного регулятора, большинству автовладельцев дорога только в специализированный сервис.
Тонкости настройки актуатора турбины.
Для любителей поковыряться в машине отметим, настройка актуатора – это как раз та единственная вещь, благодаря которой можно увеличить эффективность действия турбонаддувом выше предусмотренных производителем показателей. Конечно, надо понимать, увеличивая давление, создаваемое турбокомпрессором и, как следствие, мощность двигателя, вы расплачиваетесь меньшим ресурсом его работоспособности.
Если это вас не останавливает – в простых пневматических системах стремитесь к увеличению давления, при котором начинает открываться заслонка вестгейта. Как этого добиться, уже зависит непосредственного от устройства турбокомпрессора и тех компонентов, позволяющих это сделать, которые предусмотрел производитель, возможно, придется что-то усовершенствовать. В электронных системах произвести настройку работы актуатора, конечно, проще, но нужно учитывать, что сама настройка будет происходить посредством перепрограммирования ЭБУ. Если в целом вы знакомы с этим, больших проблем такая процедура не составит. Главное – вовремя остановиться в диапазоне регулировок. Однако это не всегда возможно вовсе – производители заботятся, чтобы лишние люди не лазили там, где им не следует, поэтому максимально блокируют возможность постороннего вмешательства в функционирование систем.
Видео о проверке и настройке актуатора турбины.
Подытожим.
Актуатор турбины – агрегат, основанная задача которого – защита от переизбытка давления и самой турбины, и двигателя в целом.
Принцип работы актуатора может быть различен, все зависит от производителя и конкретного устройства системы.
Ремонт и настройка актутора – непростая задача, как в диагностике, так и самом ремонте. Если читаете это материал, то, наверное, вам еще рано вмешиваться в работу данной системы, в помощь будут только специализированные сервисы. Если же хочется самостоятельно разобраться, необходимо обзавестись сервисной литературой по данной тематике конкретного производителя, что не всегда просто, ввиду редко имеющегося у такового желания делиться подобными секретами, уменьшая собственную прибыль на сервисе.
