Что такое актуатор и как он работает – объясняю на пальцах

Актуатор турбины – это устройство, которое открывает или закрывает клапан сброса давления выхлопных газов или регулирует положение лопаток в турбокомпрессорах с изменяемой геометрией. Оно бывает пневматическое или электронное, то есть, управляется воздухом или электроникой.

Его назначение – регулировать производительность турбокомпрессора. Делается это разными способами, в зависимости от типа турбины. В простых типах – открывается или закрывается байпас вестгейта и травится давление помимо крыльчатки горячей части. То есть, выхлопные газы проходят не через рабочее колесо, а вылетают мимо его в выхлопной коллектор.

В турбонагнетателях с изменяемой геометрией, актуатор регулирует положение лопаток той самой геометрии. При определенных режимах работы двигателя, он поворачивает лопатки в нужном направлении. Тем самым, изменяется направление движения выхлопных газов относительно лопастей турбоколеса. Это меняет производительность турбоагрегата.

Вывод. Актуатор в турбине является важным элементом. При его неисправности турбокомпрессор не работает должным образом: наблюдается передув или недодув воздуха. Двигатель теряет мощность, увеличивается расход топлива. Простыми словами – мотор из турбированного превращается в атмосферный.

Бывает двух видов:

1. Пневматический – управляется воздухом.
2. Электронный – управление происходит электроникой при помощи электромотора и привода с шестерёнками.

Рассмотрим оба типа подробно. Потому что первый вид можно разделить на два подвида по принципу работы – вакуумный и работающий под давлением.

Вакуумный актуатор

Это пневматический тип. Он работает за счет разряжения, которое образуется во впускном коллекторе бензинового двигателя или вакуумного насоса дизельного мотора.

То есть, работа актуатора начинается только тогда, когда в его корпусе образуется вакуум. При атмосферном давлении его шток возвращается в начальное или нулевое положение.

Работающий от давлением

То есть, этот вид актуаторов работает при избыточном давлении воздуха. Первый тип от давления ниже атмосферного, а этот – от давления выше атмосферного. Чувствуете разницу?

Его шток начинает двигаться при появлении избыточного давления в его корпусе. Это давление, чаще всего, берется из горячей улитки. То есть, она соединена с корпусом актуатора шлангом или трубкой. Значит, давления перед крыльчаткой турбины передается на мембрану. При его повышении выше определенного значения, шток механизма начинает двигаться, снижая его.

Электронный

В его работе не принимает участие воздух. Он управляется только за счет электроэнергии. А именно, блок управления двигателем подает сигнал на электромотор, который через червячный механизм вращает шестерни. Они приводят в движение шток актуатора.

Это упрощенная схема, более подробно устройство и принцип работы обсудим ниже в статье. Надежность данного типа спорная, так как в ней больше подвижных частей, есть электродвигатель, пластиковые шестерни, датчики положения штока и т.д.

Начнем с самых простых – пневматических. В зависимости от типа, их устройство немного отличается. Но общая схема остается одинаковой. На рисунке представлены два вида: слева – работающий от давления, справа – вакуумный. Найди десять отличий!

Турбинный актуатор состоит:

1. Корпуса. Он завальцован из двух половинок: верхней и нижней крышки.
2. Поршня. Он связан непосредственно со штоком, который управляет клапаном вестгейта или геометрией.
3. Резиновой мембраной. Она также служит уплотнительной прокладкой между двумя половинками корпуса.
4. Возвратной пружины. Она возвращает поршень и шток в исходное положение.

Так вот, основное отличие заключается в том, что в актуаторе, который работает от избыточного давления, пружина находиться под поршнем. А в вакуумном типе она располагается над поршнем.

А как их можно отличить между собой?  – В первом типе носик, на который надевается шланг, находится в боковой стенке корпуса. Во втором виде он закреплен в верхней крышке корпуса.

Электронный

Он состоит:

1. Электромотора. Он вращает шестеренки и тягу.
2. Червячной шестерни. Она передает вращение от электродвигателя к управляющему элементу.
3. Сектора. На нём насажены зубья, которые от «червяка» получают вращение, за счет которых поворачивается сектор. Кроме того, он указывает электронике положение клапана.
4. Тяга, которая непосредственно соединяется с клапаном сброса давления.

Так почему он быстрее выходит из строя, чем пневматический? Почти все детали пластиковые, а этот материал быстро изнашивается. Чаще стираются зубья сектора, а это приводит к неадекватной работе электронного актуатора турбины.

Пневматические типы

Первый вид актуатора, который работает от избыточного давления, соединен с горячей частью турбокомпрессора шлангом или трубкой. При повышении давления выхлопных газов выше расчетного значения, это давление давит на поршень механизма.

Тот, вместе со штоком, опускается вниз. Тем самым, открывая или закрывая клапан вестгейта или меняя положение лопаток в геометрии турбины.

При понижении давления на выпуске, оно снижается над клапаном. За счет упругости возвратной пружины, клапан со штоком поднимается вверх, возвращаясь в начальное положение.

Вакуумный актуатор начинает работать при появлении разряжения над поршнем. Его значение регулируется клапаном N75. То есть, разряжение над поршнем поднимает его, преодолевая упругость возвратной пружины. Как помните, она находиться над ним.

Чем больше вакуум, тем выше поднимается поршень. Он тянет за собой шток и клапан байпаса или геометрию турбонагнетателя. При закрытии клапана N75 давление над поршнем становиться равным атмосферному. Пружина возвращает поршень и шток в нулевое положение, а значит и механизм управления производительностью турбины.

Существуют варианты, при которых работа пневматического актуатора регулируется только клапаном N75. Это касается не только вакуумных актуаторов. Поэтому, работоспособность турбокомпрессора напрямую зависит от его исправности. При проверке турбины его нельзя исключать из диагностических мероприятий.

Видео принципа работы и устройства пневматических актуаторов:

Электроактуаторы

Электронный блок двигателя дает импульс на электромотор. Он, вращаясь, поворачивает сектор через червячную шестерню. Сам сектор соединён с тягой, которая управляет положением клапана вестгейта.

Положение сектора контролируется потенциометром. То есть, благодаря нему, ЭБУ знает, на какой угол повернута тяга. Принцип работы этих видов актуаторов, похож на схему работы электронных дроссельных заслонок. Да и конструкции похожие.

Видео, как работает электронный турбоактуатор:

1. Закисание клапана вестгейта.
2. Появление большого люфта на штоке самого клапана, между ним и тягой актуатора.
3. Подсос воздуха в вакуумную систему управления турбиной.
4. Износ пластиковых шестерён и деталей электронного актуатора.
5. «Зависание» клапана N75.