для чего нужен актуатор турбины
Почему актуатор — мозг турбокомпрессора и как он работает
Турбомоторы сегодня становятся всё популярнее, а значит, самое время поговорить о том, как работает турбонаддув и что такое актуаторы турбин, которые по праву называют мозгом турбокомпрессора. И заодно разобраться, можно и нужно ли ремонтировать актуаторы.
Как придумали нагнетать воздух в ДВС
По мере прогресса двигателей внутреннего сгорания инженеры задались вопросом: как, не нарушая стехиометрическое соотношение топливовоздушной смеси, сжечь одномоментно больше топлива, чтобы увеличить тем самым крутящий момент двигателя без увеличения его рабочего объёма? И сформулировали ответ: нужно подать в цилиндры двигателя больше воздуха путём повышения его плотности.
Первоначально в автомобильных ДВС для этого использовали объёмные нагнетатели конструкции братьев Рутс. Принцип работы объемного нагнетателя, или компрессора, очень прост: приводящиеся от коленвала двигателя посредством ремня или зубчатой передачи роторы «зачерпывают» окружающий воздух и под избыточным давлением подают его в цилиндры мотора.
Главный недостаток такого нагнетателя — энергозатратный механический привод и как следствие — существенная потеря мощности двигателя и увеличение расхода топлива.
Альтернативу в 1911 году предложил швейцарец Альфред Бюхи, запатентовав конструкцию нагнетателя, приводимого в действие выхлопными газами двигателя, то есть не использующего механический привод. Согласно патенту, это устройство позволяло увеличить мощность двигателя на 120%. Так было положено начало эпохи турбокомпрессоров.
Впрочем, поначалу они применялись в основном на судах и самолётах, но не в легковых автомобилях, так как из-за массивности тогдашним турбинам на низких оборотах не хватало потока отработавших газов, чтобы раскрутить тяжелую крыльчатку до требуемой скорости. Помимо этого, возникала задержка в срабатывании турбины на переменных режимах работы двигателя (т. н. турболаг).
Постепенно эти проблемы решили. Первыми серийными автомобилями с турбомотором стали Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza Spyder, выпущенные в 1962 году. В семидесятые, вслед за успехом наддува в Формуле 1, а также мировым нефтяным кризисом, последовал Porsche 911/930 с первой в мире турбиной типа Twin Scroll — с двумя радиальными каналами для поступающих к турбине выхлопных газов. Такое решение позволило снизить эффект турбоямы — отсутствия прилива тяги на низких оборотах.
В 1978 году появился первый легковой автомобиль с турбированным дизельным двигателем — Mercedes-Benz 300 SD. А в следующие десятилетия технология турбонаддува стала по-настоящему массовой, позволив создавать менее объемные, более мощные и одновременно более экономичные двигатели, выбрасывающие в атмосферу меньше вредных веществ. Системы турбонаддува эволюционировали, став надежнее и компактнее, был заметно уменьшен инерционный фактор.
В конструкции турбодизелей массовое распространение получили турбокомпрессоры с изменяемой геометрией проточной части турбины (иначе говоря, с регулируемым сопловым аппаратом, он же РСА), также известные как турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, — о них ниже.
Как работает турбокомпрессор
Конструктивно турбокомпрессор состоит из турбины, лопатки которой раскручиваются потоком выхлопных газов, и размещенного с ней на едином валу центробежного компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры. Поток воздуха всасывается в осевом направлении, разгоняется до огромной скорости, после чего через спиральную улитку диффузора вытесняется в радиальном направлении.
В системах наддува турбокомпрессорами с изменяемой геометрией предусмотрена возможность изменения величины сечения канала для отработавших газов, а также угла их входа на турбинное колесо. Это нужно, чтобы регулировать скорость вращения компрессора и защищать, прежде всего на высоких оборотах, как двигатель, так и сам турбокомпрессор от избыточной нагрузки.
Механизм РСА приводится в действие актуатором — пневматическим или сервоприводом — по командам блока управления двигателем, который следит, чтобы на всех режимах движения турбокомпрессор работал оптимально.
Таким образом, именно актуаторы — главные защитники турбины и двигателя.
Что такое актуатор и почему он — мозг турбины
Существует несколько основных типов актуаторов. Большинство современных относятся к числу электронно управляемых. Они не только работают как ограничители предельного давления, но могут гибко регулировать оптимальное давление в режимах частичной нагрузки. Для этого используются показания с различных датчиков, контролирующих работу двигателя. Электронные актуаторы также помогают реализовать кратковременный «передув», или «овербуст», в режиме интенсивного ускорения.
В конструкции современного актуатора есть сервопривод с редуктором и датчиком положения и так называемый программатор — «мозг» устройства. Такая сложная конструкция позволяет актуаторам молниеносно реагировать на команды ЭБУ двигателя, гибко регулируя работу турбокомпрессора, обеспечивая точное дозирование подаваемого в цилиндры двигателя воздуха и гарантируя соблюдение строгих экологических норм.
Чинить или заменять?
Повреждения механизма РСА, возникающие в ходе эксплуатации автомобиля, могут спровоцировать повреждение и самого актуатора. В числе таких причин — закисание рычага, коксование или иное повреждение соплового аппарата твердыми частицами. Это приводит к механическому повреждению редуктора сервопривода, в червячном механизме которого используются пластиковые шестерни. Подклинивание шестерней увеличивает потребляемый ток, в результате возможно повреждение электромотора и программатора. Подобные проблемы вызывают некорректную работу компонентов турбины и проявляются в виде ошибок, рывков при движении и перехода двигателя в аварийный режим.
Чаще всего при возникновении подобных проблем турбокомпрессор заменяется в сборе. А это недешевое удовольствие. К тому же автомобиль надолго «зависает» в сервисе, что накладно как для клиента, так и для СТО — ведь за это время можно было бы обслужить несколько других автомобилей.
Решение здесь — замена актуатора, что гораздо менее затратно для автовладельца, чем покупка нового турбокомпрессора в сборе. А с точки зрения СТО, замена актуатора даёт возможность увеличить количество обслуживаемых автомобилей в единицу времени.
Можно ли починить изношенный актуатор? В интернете вы найдете множество примеров ремонта, в том числе, и тут, на DRIVE2. За примерами далеко ходить не надо: драйвовчане мучались с актуаторами тут, тут, еще тут, вот тут, здесь и с более профессиональным подходом — тут. Умельцы вскрывают корпус, меняют шестеренки на неоригинальные, пропаивают дорожки… К сожалению, чаще всего при таком ремонте без внимания остаются прочие компоненты этого сложного электромеханического устройства — прокладочные кольца, детали червячной и цилиндрической передачи, игольчатые подшипники и их уплотнения, упорные шайбы, выходной кривошип и шатун и так далее. Повторная калибровка актуатора также может не соответствовать заводской спецификации, что вызовет повышенный расход топлива и увеличение вредных выбросов. Таким образом, любой подобный ремонт будет давать лишь кратковременный эффект, который рано или поздно приведет к замене турбокомпрессора в сборе.
Вот почему оптимальный путь — замена актуатора турбины на новый, причём, учитывая высокую сложность и важность устройства, от крупного и известного производителя.
Производить замену актуатора рекомендуется после диагностики самой турбины на предмет различных дефектов.
Большое количество современных двигателей различных производителей уже на заводе комплектуется актуаторами Hella независимо от производителя самой турбины — а ими могут быть BorgWarner, Honeywell, MHI, IHI-CSI. Hella производит актуаторы различного типа уже с 1999 года и является лидирующим европейским поставщиком данной продукции. На настоящий момент выпущено свыше 10 миллионов актуаторов Hella. Теперь их можно купить у официальных дилеров Hella.
Среди распространенных в России серий турбомоторов, изначально комплектуемых актуаторами Hella, отметим следующие модификации:
— BMW: B47 TOP Long BG3.3 LP GTD2, N57 TüTL R2S, N47 TUE OL, B47OL D EU-VI, N47 D20 T1, N47 C16, N57 TU, N47C20 IHI;
— Nissan: X61B, YD25DDTi, X81C;
— Hyundai / KIA: R2.2L EU5, D4HB;
— Ford / PSA: Puma 2.2, LYNX C1;
— Audi: W36 EMC CyRc;
— MB: OM642.
То есть, если говорить о наиболее популярных моделях, это Peugeot Boxer, Citroёn Jumper, Ford Transit Custom, BMW 1, 3, 5 серии и X3, Nissan Navara (Frontier) и Pathfinder, Hyundai Santa Fe, Kia Sorento.
Для правильной идентификации актуатора с соответствующей вашему двигателю заводской калибровкой необходимо проверить маркировку (как показано у пользователя Yuriy39region ):
Надеемся, этот материал был для вас полезен. Наши технические специалисты с удовольствием ответят на все ваши вопросы в комментариях!
Как контролируется надув, и как прибавить 20% мощности к Вашему турбомотору
Всем привет, давно не писал по делу. Сегодня хочу Вам рассказать о различных системах контроля надува в турбо системе мотора. Но для начала, очень коротко о самой турбине и как она работает. Турбина или точнее турбокомпрессор состоит из двух частей – из самой турбины (горячая часть) и компрессор (холодная часть)
Вот так выглядит турбокомпрессор
1. Вход в турбину выпускных газов (из выпускного коллектора)
2. Вход в компрессор свежего воздуха
3. Выход из турбины горячих газов в систему выпуска
4. Выход из компрессора сжатого воздуха
Принцип очень простой отработанные газы, попадая в турбину, раскручивают крыльчатку (лопатки) которая имеет одну ось с лопатками компрессорной части. Крыльчатка компрессора всасывает свежий воздух и под давлением (создает надув, избыточное давление) направляет сжатый воздух в интеркулер, где он охлаждается и потом поступает в камеру сгорания. Вот и все.
Но сегодня я бы хотел более подробно остановится о принципах, видах контроля надува. Последнее время мне часто попадались споры о том, что лучше 2 портовый или 3 портовый соленоид и т.д. Лично я даже, не понимаю сути этих споров. Моя цель рассказать Вам, как все это работает, а Вы потом сами решите, что лучше.
Надув контролируется регуляцией выпускных газов в горячей части турбокомпрессора (турбине). Для этого в ней есть специальный клапан, дверка или вестгейт
Если дверка закрыта, то все газы попадают на лопатки, если этот клапан (на фото valve) открыть то часть газов, направится в систему выпуска, минуя крыльчатку и тем самым снизится скорость вращения лопаток, что соответственно приведет к понижению давления. Все гениальное, очень просто. И вот здесь начинается самое интересное, а именно, как производится регулировка открытия и закрытия вестгейта.
Для этих целей используется актуатор (на фото wastegate Actuator), если его шток выдвигается, то он открывает вестгейт Для качественной настройки системы регулирования вестгейтом необходимо установить правильный преднатяг. Для этого, у большинства хороших актуаторов, используется шток с изменяемой длиной
(это кстати мой любимый актуатор)
В нутрии актуатора есть возвратная пружина. Если ее не будет, то давление выпускных газов в турбине сразу откроют вестгейт и мы не сможем создать избыточное давление (буст). Обычно в стоке (если у машины максимальное давление около 1 бара) пружина устанавливается на 0.6 бара. Расмотрим на различных примерах
При таком подключении (на актуатор подается давление, источник должен быть до заслонки, чем ближе, короче трубка, тем лучше) надув будет контролироваться жесткостью пружины актуатора. Если мы уберем источник давления на актуатор (заглушим трубку) то надув будет максимально возможный (очень большой)
Как мы можем увеличить надув, есть много вариантов. Один из хорошо себя зарекомендовавших это установка в актуатор пружины под планируемый надув, работает великолепно. Этот вид подключения можно использовать, как при установке турбокомпрессора на атмосферный мотор, так и при желании улучшить характеристики стандартной системы контроля с помощью соленоида. Очень просто, подберите пружину или актуатор с жесткостью пружины для планируемого Вами максимального надува, Подключите как на выше указанном примере. Трубки, идущие к соленоиду заглушите, а сам соленоид оставьте подключенным к разъему (или можете заменить на сопротивление 10 кОм)
Самое главное, Вы должны понять принцип, а он очень простой. В выше указанном примере давление контролируется пружиной актуатора. Если мы отсоединим от источника давления, то сможем увеличить надув в 2 раза (возможно). В таком случае без помощи дополнительного давления на мембрану актуатора будет необходимо создать намного больше обратного давления в системе выпуска, для открытия вестгейта.
Принцип ясен, уменьшая подачу давления на актуатор, мы увеличиваем силу необходимую для открытия вестгейта и тем самым увеличиваем надув, избыточное давление или буст.
Скажем у Вас пружина на 0.6 бара и Вы решили поднять давление до 0.9 бар, что можно для этого сделать. Вот несколько вариантов
Установка рестриктора. Чем меньше будет диаметр рестриктора, тем меньше будет подаваться давления на актуатор, и тем больше мы сможем получить избыточное давление (надув). Какой диаметр рестриктора? Необходимо подбирать, скажем, где-то между 1.5 мм – 0.8 мм.
Если для Вас это слишком сложно, то можете использовать следующий вариант
Обыкновенный ручной (мануал) буст контролер. В принципе это регулируемый рестриктор, не более. Зажимаем, уменьшаем диаметр, уменьшаем давление на актуатор – понимаем давление турбины и наоборот.
Это мы рассмотрели возможные механические варианты регулирования надува. Конечно, большинство современных моторов с турбонадувом используют электронную систему управления. Предлагаю рассмотреть основные, с использование электронного соленоида 2 или 3 портового. Соленоид, это электромагнитный клапан, который регулируется ЭБУ.
Основные схемы подключения
С 2-х портовым соленоидом
С 3-х портовым соленоидом
Теперь более подробно
Порт 1 – источник давления
Порт 2 – возврат в систему впуска (после МАФ сенсора)
Порт 3 – подключается к актуатору
Если соленоид закрыт, то в таком случае порт 1 и 2 соединены между собой, на актуатор нет подачи, и как следствие мы можем ожидать максимальный надув.
Если соленоид открыт, то порты 1 и 3 соединены, надув контролируется пружиной актуатора.
ЭБУ меняя дюти сайкл соленоида, перераспределят подачу между портами 2 и 3.
Теперь рассмотрим варианты с 2-х портовым соленоидом
Bleed Style Boost Controller
Достаточно узкий диапозон контроля надувом соленоидом, но очень точный. Taкая система контроля эффективно работает только с рестриктором, если Вы не можете добиться необходимого Вам надува, то для увеличения буста, просто уменьшите диаметр рестриктора, только очень аккуратно
Если соленоид закрыт, то система работает по размеру рестриктора и пружине актуатора
Если клапан, соленоид открыт тот система будет иметь максимальное давление. Максимальное значение в большей степени зависит от диаметра рестриктора
И последний (мой любимый вариант), так же с использованием 2-х портового соленоида. Очень широкий диапазон контроля надувом с помощью соленоида
Interrupt Stule Boost Controller
Если соленоид открыт, то надув контролируется только пружиной актуатора
Если соленоид закрыт, то будет достигнуто максимальное значение надува.
Мы рассмотрели основные варианты используемые для контроля надува в системах с турбонагнетателями. Теперь я подскажу Вам, как можно безопасно, эффективно повысить мощность Вашего турбомотора на 20%.
Очень просто. Для этого необходимо поменять систему выпуска Вашего автомобиля на более эффективную, большего диаметра, без катализатора или с заменой на спортивный. Главное понизить обратное давление в системе выпуска. Следующее, желательно установить холодный впуск (как его сделать я уже писал) или хотя бы более эффективный фильтр в стандартный фильтр бокс.
После этого Вы можете безопасно повысить надув Вашего турбонегнетателя на 10-15% и получите, как минимум прибавку мощности 20%. Как поднять буст Вы теперь знаете, все в Ваших руках. Да и последнее, не пытайтесь изменить надув на автомобиле в котором система контролируется ЭБУ с использованием соленоида. Для этого надо перевести в механическую систему контролем надува, а сам соленоид, чтобы ЭБУ не выдавал ошибку оставить просто подключенным к разъему или впаять сопротивление.
И главное, нет необходимости прибегать к услугам различных ателье, мастеров занимающихся пошивом прошивок для ЭБУ. В этом нет необходимости. Нет это не значит, что не надо настраивать мотор, конечно качественная настройка на порядок улучшит характеристики Ваше автомобиля.
Актуатор турбины дизельного двигателя: устройство, принцип работы и настройка
Каждый автовладелец стремится сделать свою машину более динамичной и одновременно надежной. Как показывает практика, самый популярный способ тюнинга авто для улучшения эксплуатационных характеристик – установка турбины. Турбокомпрессор дизельного двигателя способна существенно улучшить производительного силового агрегата, но только при условии правильной настройки и эксплуатации. Особой популярностью пользуются турбины высокого давления. От традиционных аналогов они отличаются наличием клапана (актуатора). Его основная функция – справляться с избыточным давлением отработанных газов, которые образуются при работе двигателя на высоких оборотах.
В лексиконе механиков актуатор часто называют вакуумным регулятором или вестгейтом. Это одно и то же понятие, деталь, защищающая турбокомпрессор от перегрузок при нажатии педали газа. В процессе работы актуатор часто выходит из строя, поэтому для эффективной и безопасности эксплуатации авто с турбомотором нужно заменить изношенную деталь или произвести ремонт. Еще один важный момент – правильная регулировка актуатора, ведь от корректности настроек зависит производительность турбины и срок ее эксплуатации.
Принцип работы и устройство актуатора
Как отмечалось ранее, исправный клапан способен снижать давление выхлопных газов при работе силового агрегата на предельных оборотах. Для этого он монтируется в выпускной коллектор авто до турбины. Если мотор начинает работать на предельных оборотах, возрастает давление газов, клапан стремится пустить газы в обход колеса турбокомпрессора. В момент открытия актуатора через него выходят отработанные газы, а внутрь попадает больше воздуха, что способствует быстрому разгону нагнетателя.
Неисправности актуатора и их признаки
Специалисты выделяют три группы причин, способствующих износу клапана:
Важно! Любая из перечисленных неисправностей устраняется только в условиях сертифицированного сервисного центра. Чтобы понять, почему не работает актуатор, нужно найти и локализовать первичную причину, что делается с помощью специальных тестеров. Такое оборудование присутствует только в специализированных автомастерских, поэтому найти и устранить причину самостоятельно у вас не получится. В некоторых случаях клапан турбины проще заменить, чем ремонтировать. Так делают, если износились манжеты, маслосъемные колпачки и другие комплектующие, которые не подлежат замене. Специалисты сервиса снимают актуатор с турбины и заменяют его на новый.
Регулировка и настройка
После замены изношенного клапана нужно произвести корректную настройку. Практика показывает, что неправильная регулировка актуатора приводит к тому, что при перегазовке двигателя работа турбины будет сопровождаться постоянным дрожанием. Признак неправильной настройки – недостаточный наддув даже на высоких оборотах мотора. Такое может происходить и по причине недостаточной герметичности системы, поэтому лучше доверить этот этап специалистам.
В специализированных автосервисах настройка актуатора дизеля осуществляется тремя способами:
Преимущества обслуживания у нас
Специалисты сервисного центра «Дизель-Мастер» готовы выполнить ремонт, замену или регулировку актуатора турбины дизельного двигателя в сжатые сроки. Все ремонтные или сервисные работы производятся в течение 1 дня с момента обращения. Для того чтобы гарантировать качество, мы пользуемся только сертифицированным оборудованием и оригинальными деталями от производителями. Опыт специалистов, наличие современных диагностических стендов, продуманные условия сервиса делают сотрудничество с нами приятным и эффективным! Оставьте заявку или обсудите интересующий вопрос с консультантами, и мы поможем записаться на диагностику в максимально удобное время!
Что такое актуатор и с чем его едят)))))
Вестгейт (actuator, вакуумный регулятор) предназначен для защиты турбины от перегрузок на высоких оборотах. Это клапан, устанавливающийся в выпускном коллекторе перед турбиной. Когда обороты двигателя, а соответственно давление выхлопных газов и обороты колеса турбины, возрастают открывается обходной клапан, через который газы идут мимо турбинного колеса (см рисунок).
Регуляторы
Все турбонаддувы можно условно разделить на два типа — низкого (0,20 бара) и высокого давления (0,82 бара). Первый, как показала практика, может вообще обходиться без регуляторов. К примеру, на мотор Saab 95 V6 Ecopower Turbo объемом 3,0 л установлена относительно маломощная, поэтому и менее «задумчивая» турбина Garrett. Интересно, что для достижения максимального давления 0,25 бара она использует энергию отработавших газов лишь трех цилиндров из шести. На больших оборотах турбонагнетатель не может как следует разогнаться, что и обеспечивает низкое давление наддува. Электронно управляемая заслонка в этой турбине тут же открывается при любом нажатии на педаль газа. Это позволяет турбине немедленно получать необходимое количество отработавших газов для того, чтобы закачивать в цилиндры больше воздуха. Как только «воздушный насос» раскрутился, заслонка возвращается в положение, соответствующее заданному числу оборотов двигателя. В результате максимальный момент 310 Нм этот мотор выдает при 2100 об/мин.
Но это исключение из правил. Обычно в качестве регуляторов давления в турбодвигателях используют предохранительные клапаны — механические либо с электронным управлением. Первые открываются избыточным давлением наддуваемого воздуха, вторые имеют исполнительные механизмы, как правило, электромагнитные. Команду открытьзакрыть клапану дает ЭБУ двигателя, руководствуясь информацией целой группы датчиков: давления во впускном коллекторе, детонации, расходомера воздуха и т. д. Первым подобную систему применил Saab в 1981 году.
Давление наддува обычно регулируется с помощью клапанных систем, которые перепускают требуемое количество отработавших газов. Хотя встречаются модели, в которых избыточный воздух сбрасывается прямо под капот, что не совсем выгодно с точки зрения экономичности. Впрочем, и первый способ не идеален. Ведь значительное количество отработавших газов не выполняет никаких полезных действий. Вот если бы объединить две турбины в одной! Тогда бы одна использывалась для малых оборотов двигателя, а другая — для максимальных. При этом перепускной клапан использовался бы эпизодически
Производительность турбокомпрессора зависит от того, как вращается турбина. Если водитель давит на педаль «газа», в цилиндры подается много топлива — энергия отработавших газов высока и компрессору хватает сил для работы. Когда водитель перестает давить на педаль «газа», турбина остается без питания, и компрессор может забастовать, когда водитель вновь нажмет на «газ». Вот и выходит, что двигатель в режиме прибавления нагрузки дымит и «проваливается в «турбояму».
Тогда колесо турбины увеличивают, и оно лучше будет раскручиваться выхлопными газами и никакой «ямы» не будет. Но возникает другая опасность: когда мотор выйдет на нормальный режим, компрессора будет качать слишком много воздуха. Инженеры, для предотвращения этих неприятностей, используют специальные механизмы — регуляторы.
Известные всему миру SAAB и Porche первыми проводили опыты по регулированию давления наддува. В 1975 году на серийной модели Porshe Turbo 911 была установлена система регулирования в форме подъемного клапана. Это регулирование было со стороны отработанных газов. При малых оборотах клапан закрывался, а при больших, когда давление превосходило определенный уровень, клапан поднимался этим самым давлением.
Шведский SAAB применили электронное регулирование используя поворотную заслонку. При нажатии на педаль газа она немедленно открывается, что позволяет получать турбине необходимое количество отработанных газов. Когда компрессор раскручивается на нормальные обороты, заслонка прикрывается на заданное положение, и это позволяет избежать высокого давления.
В 1985 году Porche на модели 944 Turbo был установлен «Overboots», с помощью которого достигалось кратковременное повышение давления наддува выше значения полной нагрузки. Overboots оказывается необходимым при резком, нажатии на педаль газа.
Таким образом, при регулировании давления наддува с данной опцией появились две линии хода давления наддува, которые создают дополнительный крутящий момент.
Сегодня регулирующие компоненты интегрируются в корпус турбокомпрессора. Авто производители стоят перед выбором: использовать поворотную заслонку или подъемный клапан. Заслонки благодаря своему более выгодному соотношению «цена — мощность» более предпочтительна и используется на автомобилях Audi BiTurbo, Audi 1.6T, Opel Calibra, SAAB Ecopower и т.п. Напротив, встроенным регулирующим подъемным клапаном оснащен, например, нагнетатель Audi 2,5 литрового TDI двигателя; VW TOUREG V10 имеет электронное управление наддувом.
Производители турбокомпрессоров также разделились на два лагеря. Garrett использует заслонки, а ККК подъемный клапан.
Давление наддува обычно регулируется со стороны отработанных газов. Лишние газы перепускаются через специальную систему клапанов. Иногда давление наддува регулируется со стороны воздуха. Лишний воздух стравливается, но это менее экономично.