Водители, которых не устраивает мощность их силового агрегата, часто отдают предпочтение установке турбокомпрессора. Но, преследуя понятные цели, далеко не каждый специалист осознает, как работает актуатор турбины. Данная запчасть устанавливается на турбинах высокого давления и выполняет роль клапана, который на высоких оборотах избавляет от лишнего давления. Таким образом, устройство спасает турбину от перегрузок во время езды на высоких оборотах. Поэтому настройка вакуумного актуатора, это одно из самых важных критериев для максимальной эксплуатации турбины!
Как работает актуатор турбины
Актуатор – это регулятор, основной задачей которого является борьба с перегрузками. Он монтируется на турбокомпрессоре. Алгоритм работы устройства довольно прост – устройство включается в работу в ситуациях, когда увеличиваются обороты мотора и повышается количество выделяемых выхлопов. Колесо турбины вращается чаще, и дополнительные выхлопные газы проходят сквозь открывшийся обходной клапан.
Проходя раскаленные детали турбокомпрессора, газы воздействуют на крыльчатку вала, где присутствует охлажденная составляющая турбины, где создается давление на впускном коллекторе. Благодаря этому воздух поступает в камеру сгорания. При достижении больших оборотов в дело включается актуатор, задача которого – открывать вспомогательный клапан, чтобы газы выходили мимо турбины. После каждого нажатия педали акселератора будет открываться вестгейт, через который будут уходить выхлопные газы, что позволит добраться до клапанов двигателя большему количеству воздуха.
Как настроить турбинный актуатор автомобиля
Если в процессе работы автомобиля ощущается дребезжание турбины при выключении двигателя, важно ее правильно настроить. Аналогичные звуки можно услышать при перегазовкахв момент сброса оборотов. Звуки случаются по причине свободного перемещения стока и издаются калиткой регулятора. Знания, как отрегулировать актуатор турбины, вам понадобятся при недостаточном наддуве в турбине. Но такая ситуация происходит только тогда, когда вы уверены в целостности механизмов и герметичности системы впуска.
Существует несколько способов увеличения давление наддува:
- Расслабление либо затягивание окончания закрытия вестгейта (позволяет увеличить или ослабить уровень открытия заслонки, поэтому можно вручную настроить тягу на перепускном вентиле);
- Установка соленоида (устройство измеряет текущий показатель давления и в рабочем режиме снижает этот уровень).3
В процессе установки следите за тем, чтобы актуатор был максимально закрытым.
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
С целью повышения мощности автомобильного двигателя некоторые водители прибегают к установке турбины (или, как ее еще называют, «турбокомпрессора»). В этом плане, наиболее эффективными считаются турбины высокого давления, конструкция которых отличается от обычных устройств наличием клапана, устраняющим избыточное давление на высоких оборотах. Этот клапан может иметь разные названия: «актуатор», «вестгейт» или «вакуумный регулятор», но все они обозначают деталь, отвечающую за защиту турбины от перегрузок в процессе ее работы на высоких оборотах.
Однако, как и все детали, актуатор иногда выходит из строя, из-за чего его приходится менять. Штатные детали настраиваются производителем, а вот сменные запчасти приходится регулировать в самостоятельном порядке. Многие специалисты советуют доверить вопрос настройки вестгейта опытным мастерам, у которых есть для этого все необходимое оборудование, но, в крайнем случае, можно попробовать обойтись и собственными силами; а о том, как это сделать, Вы узнаете из данной статьи. Но для начала разберемся с принципом работы и наиболее распространенными поломками актуатора.
1. Как работает «защитник» турбины?
Итак, мы уже выяснили, что актруатор турбины является специальным регулятором, ограждающим устройство от перегрузок и представляющим из себя клапан, который устанавливается в выпускном коллекторе непосредственно перед самой турбиной.
Принцип работы такого регулятора заключается в следующем: когда обороты силового агрегата, а соответственно, и давление отработанных газов, вместе с оборотами колеса турбины возрастают, открывается обходной клапан, через который газы проходят мимо турбинного колеса. Если рассматривать процесс более детально, то, перемещаясь через горячую часть турбокомпрессора, выхлопные газы активизируют движение крыльчатки и самого вала, на котором еще находится крыльчатка холодной части устройства турбины. Именно эта часть создает давление во впускном коллекторе, что обеспечивает подачу воздуха в камеру сгорания. Когда турбинное колесо достигает больших оборотов и давление выхлопных газов увеличивается, в игру вступает актуатор, открывающий обходной клапан и способствующий выходу отработанных газов мимо колеса турбины.
Достигнув высоких оборотов, турбонагнетатель просто не способен самостоятельно разогнаться в полную силу, и в этом ему помогает описанное устройство. При нажатии на на турбине открывается вестгейт, сквозь который выходят выхлопные газы, позволяя большому количеству воздуху попасть в клапаны.
2. Причины поломки и замена актуатора турбины
Среди наиболее распространенных поломок актуаторов выделяют повреждения его электронных составляющих, неисправности электромотора и поломку зубьев шестерней привода. При наличии соответствующих запасных деталей ликвидировать появившуюся проблему не составит большого труда, особенно в условиях специализированных мастерских. Чтобы точно определить, с чем приходится иметь дело, выполняют тестирование , а для проведения процедуры необходимы специальные тестеры, использующиеся с целью проверки состояния контроллера. Конечно, в «домашних условиях» всего необходимого оборудования может и не оказаться, но это не мешает многим автовладельцам браться за ремонт без него.
В некоторых случаях, в ходе продолжительной эксплуатации транспортного средства, может понадобиться не только ремонт, но и полная замена вышедшего из строя актуатора. Как правило, причиной такой необходимости является поломка манжеты и маслосъемных колпачков, а следствием – снятие старого вестгейта и установка нового устройства.
Процедура монтажа начинается с изъятия из корпуса старой манжеты, после чего обе поверхности обезжириваются, и, за счет клея-герметика, новая манжета наклеивается на корпус с двумя колпачками. Чтобы обеспечить вакуум и дополнительную смазку после застывания Литола, между колпачками набивается зазор. Мембрана сажается на клей и завальцовывается по кругу, а в завершение процесса производится настройка актуатора.
3. Как настроить актуатор турбины?
Внешним проявлением необходимости регулировки актуатора является характерное дребезжание в области турбины при глушении двигателя и в ситуациях перегазовок на сбросе. Появление дребезжания чаще всего обусловлено свободным ходом штока и исходит от калитки регулятора. Также о необходимости настройки будет свидетельствовать недостаточный наддув, конечно, при условии исправности всех остальных узлов и полной герметичности впуска.
Нужно отметить, что процедура самостоятельной регулировки актуатора всегда выполняется на собственный страх и риск, и ответственность за результат всегда лежит на самом автовладельце. Для увеличения давления наддува могут применяться несколько способов. Наиболее простой – это замена пружины устройства, так как более упругая деталь сможет увеличить давление, в то время как более мягкая, наоборот, снизит его.
Второй способ - затягивание либо расслабление конца вестгейта, что регулирует уровень открытия/закрытия заслонки. Расслабление конца удлинит тягу перепускного клапана, а затягивание – укоротит.
Более короткая тяга будет способствовать плотному закрытию заслонки, что потребует большего давления и времени для ее открытия. За счет этого удается добиться быстрого раскручивания крыльчатки.
И еще один вариант действий, который помогает увеличить наддув – это установка соленоида (буст-контроллера), механизма, который изменяет реальный показатель давления. Он устанавливается перед актуатором и снижает давление, воздействующее на вестгейт. Буст-контроллер выпускает часть воздуха, обманывая таким образом актуатор.
Обратите внимание! Подлезть к нужной регулирующей гайке можно, лишь сняв турбокомпрессор или из-под машины, протянув руку в район байпаса. Подтянув гайку, Вы укоротите шток, и калитка прикроется. Для выполнения этой задачи потребуется определенный инструментарий, а точнее, ключ на 10 и плоскогубцы с длинными «носами». Выполнять процедуру рекомендуется после предварительного снятия катализатора, что даст возможность дополнительного визуального контроля степени закрытия актуатора.
То есть, сначала нужно снять скобу со штока, затем отвернуть гайку на 10 (вполне возможно, что она будет болтаться), после чего с помощью плоскогубцев следует подтянуть регулировочную гайку (хотя на гайку деталь не очень похожа) против часовой стрелки до тех пор, пока калитка полностью не закроется (для проверки просто постучите по ней пальцем, она не должна вибрировать). Выполнив эти действия, подтяните гайку еще на 3-4 витка резьбы (каждый оборот – это примерно 0,315 Бар на мембране актуатора), а после осуществления настройки необходимо законтрить гайку на 10 и установить скобу обратно. В спокойном положении актуатор должен быть закрыт по максимуму.
Для многих водителей автомобиль – это просто средство передвижения, тогда как для других машина является хобби, в которое они готовы вкладывать время и деньги, чтобы добиться улучшения базовых характеристик. Одним из наиболее популярных способов тюнинга двигателя автомобиля является установка турбины (турбокомпрессора). Турбина способна значительно повысить мощность мотора, если ее правильно подобрать и настроить.
В настоящее время наибольшую популярность имеют турбины высокого давления, которые отличаются от базовых вариантов турбокомпрессоров наличием клапана. Он необходим, чтобы справляться с избыточным давлением при работе двигателя на высоких оборотах.
Оглавление:Обратите внимание: В автомобильном сленге данный клапан может носить разные названия, среди которых самые распространенные следующие: вестгейт, актуатор, вакуумный регулятор. Следует понимать, что под всеми этими терминами подразумевается одна деталь, которая занимается защитой турбины от перегрузок при работе на высоких оборотах.
В процессе эксплуатации актуатор турбины может выйти из строя, и владельцу автомобиля потребуется его замена, чтобы продолжить эксплуатировать автомобиль с турбированным мотором. Замена вестгейта подразумевает не только его установку, но и регулировку, которую крайне важно выполнить правильно. В рамках данной статьи рассмотрим, как настроить клапан турбины самостоятельно, не обращаясь к специалистам сервисных центров.
Как работает актуатор турбины
Как было отмечено выше, задачей актуатора турбины является снижение давления при работе мотора на высоких оборотах. Он монтируется до турбины в выпускной коллектор автомобиля.
Принцип работы вестгейта крайне простой. Когда в двигателе повышаются обороты, а вместе с тем возрастает давление отработавших газов, стоит задача пустить их мимо самого турбинного колеса. Соответственно, в этот момент происходит открытие актуатора, установленного до турбины, и через него выходят отработавшие газы. За счет этого в клапаны попадает больше воздуха, что необходимо для максимального разгона турбонагнетателя.
Распространенные неисправности актуатора турбины
Можно выделить три главных причины, почему ломается вестгейт:
- Выходят из строя электронные составляющие компонента системы, которые отвечают за его своевременное открытие/закрытие;
- Ломаются зубья шестерней привода, что приводит к сложностям при открытии и закрытии клапана;
- Выход из строя электромотора, который отвечает за работу створки, вследствие чего система не функционирует должным образом.
В условиях специализированного сервисного центра можно устранить все описанные выше проблемы, но важно отметить, что для начала необходимо правильно диагностировать поломку, для чего потребуются специальные тестеры. Соответственно, самостоятельный ремонт актуатора турбины часто невозможен из-за отсутствия необходимого оборудования.
Чаще всего, когда клапан турбины выходит из строя, его целесообразнее не ремонтировать, а заменить. Особенно это актуально, когда выходят из строя манжет или маслосъемные колпачки, которые не подлежат замене. В таком случае потребуется снять актуатор турбины и установить на его место новый. Делается это следующим образом:
Как настроить актуатор турбины
Первый вопрос, который возникает у водителя после установки актуатора на турбину – «Зачем его настраивать?». Ответ на этот вопрос очень простой – если не произвести настройку (или настроить актуатор неправильно), то во время работы турбины в период перегазовок будет ощущаться серьезное дрожание системы. Кроме того, оно будет заметно при остановке двигателя. Еще один момент, который явно указывает на то, что актуатор турбины не настроен должным образом, это недостаточный наддув.
Обратите внимание: Недостаточный наддув может возникать не только по причине плохой настройки турбины. Также он проявляется, если впуск системы негерметичен.
Есть три способа, как настроить актуатор турбины:
Это три самых распространенных способа настройки актуатора турбины, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
, микроэлектромеханические системы , многофункциональные наночастицы в медицине , олигонуклеотид Определение Исполнительное устройство или его активный элемент, преобразующий один из видов энергии (электрической, магнитной, тепловой, химической) в другую (чаще всего - в механическую), что приводит к выполнению определенного действия, заданного управляющим сигналом. Описание
Слово «актуатор» происходит от английского термина actuator – устройство или элемент какого-либо устройства, который может «действовать». Как правило, когда говорят об актуаторах, речь идет о механическом действии – например, о линейном перемещении или вращении. В микро- и наносистемах вместо электромагнитного принципа преобразования энергии, используемого повсеместно в макроэлектронике, часто используют пьезоэлектрический или электростатический эффекты.
К простейшим типам электрических актуаторов относятся электростатические устройства на основе плоскопараллельных конденсаторов. Тепловые актуаторы обычно создают, используя эффекты теплового расширения или деформации контакта двух материалов (часто – пары металл-диэлектрик) с разной величиной коэффициента линейного теплового расширения. Разогрев элементов производят, пропуская через них электрический ток или нагревая окружающую среду. Такие актуаторы могут развивать достаточно большие усилия, однако эффективность использования энергии в них весьма мала. И обычно не превышает 0,1%.
Химическое управление актуаторами может осуществляться при помощи изменения состава окружающей среды, ее кислотности и других факторов, в частности, света. В качестве специфической разновидности химических наноактуаторов можно рассматривать так называемые биологические молекулярные моторы. Примером такого мотора может быть фермент эндонуклеаза рестрикции EcoR124I. Это крошечное устройство способно выталкивать и втягивать стержень диаметром 2 нанометра, сделанный из молекулы ДНК, со скоростью почти 190 нанометров в секунду, а общее перемещение может достигать 3-х микрометров. Вместо «нанобатарейки» такой молекулярный мотор использует молекулы АТФ (АТФ - аденозин 5"-трифосфат) – источник энергии, используемый живыми клетками. Чтобы «включить» такой «мотор», нужно «впрыснуть» порцию молекул АТФ.
Другой молекулярный мотор - ATФ-синтетаза, предназначенный для синтеза или гидролиза молекул АТФ, а также для переноса протонов (Н +)через мембрану клетки. По эффективности работы и развиваемой силе АТФ-синтетаза существенно превосходит все известные в природе молекулярные моторы. Типичная сила, продуцируемая такой молекулярной турбиной, составляет около 1 пкН, а мощность – порядка 1 аВт (1·10 -18). Существует множество других наноактуаторов, созданных на основе биологических молекул, полимеров, кремния и других материалов.
- Гудилин Евгений Алексеевич, д.х.н.
- Шляхтин Олег Александрович, к.х.н.
- K?hler M., Fritzsche W. Nanotechnology: An Introduction to Nanostructuring Techniques. - Weinheim: Wiley-VCH, 2004 - 272 pp.
- Fennimore A.M., Yuzvinsky T.D., Wei-Qiang Han et al. Rotational actuators based on carbon nanotubes // Nature. - № 424, 2003 - P. 408-410
- Нанотехнологии. Азбука для всех. Под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 368 с.
- Наноэлектромеханические системы / Сайт "Нанометр". URL: http://www.nanometer.ru/2008/12/21/nems_54998.html (дата обращения 22.10.2009)
- Cornelius T. Handbook Techniques and Applications Design Methods; Fabrication Techniques; Manufacturing Methods; Sensors and Actuators; Medical Applications. - Springer, 2007 - 1350 p.
- Poole C.P., Owens F.J. Introduction to Nanotechnology. - New Jersey: Wiley-interscience, 2003 - 388 p.
- Микроэлектромеханические системы / Сайт "Нанометр" http://www.nanometer.ru/2008/12/18/nanoazbuka_54965.html (дата обращения 22.10.2009)
|
Наноактуатор-мотор. Вверху приведена схема, а внизу – реальное изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Вращающаяся часть, называемая ротором, – крошечная золотая пластинка размером около 250 нм, которая закреплена на оси – углеродной нанотрубке. Вокруг ротора расположено три электрода – два по бокам и один снизу. Подавая на электроды переменное электрическое напряжение с амплитудой около 5 В, можно заставить наномотор вращаться. |
|
 |
Источник: Нанотехнологии. Азбука для всех. Под ред. Ю.Д. Третьякова. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 368 с. |
Теги МЭМС НЭМС Разделы Молекулярные моторы
Микро(нано)электромеханические системы (MEMS/NEMS)
Микромеханические системы, наноприводы, наноманипуляторы
Бионанотехнологии, биофункциональные наноматериалы и наноразмерные биомолекулярные устройства
Системная интеграция нано/микро/макро структур, наноэлектромеханические системы, манипуляторы и актуаторы, нанотехнологии в робототехнике
Молекулярная электроника и устройства на ее основе
Энциклопедический словарь нанотехнологий. - Роснано . 2010 .
Смотреть что такое "актуатор" в других словарях:
- … Википедия
Трёхмерная модель исполнительного устройства, построенная на основе теории эластичности. Исполнительное устройство, актуатор, актюатор в кибернетике подсистема, передающая воздействие с управляющего устройства на объект управления. Часто… … Википедия
Поворотный пневмоцилиндр. Пневматический привод (пневмопривод) силовое устройство, преобразующее энергию (обычно сжатого воздуха) в движение. В зависимости от характера воздействия на рабочий орган это движение может быть вращательным или… … Википедия
Система централизованной блокировки замков, которая позволяет одновременно закрыть или открыть все двери автомобиля. Система может иметь дистанционное управление и относится к разряду вспомогательных систем автомобиля. Содержание 1 Функции 2… … Википедия
Термин лаборатория на чипе Термин на английском lab on a chip Синонимы микросистемы полного анализа, micro total analysis systems Аббревиатуры LOC, µTAS Связанные термины актуатор, биологические моторы, биомедицинские микроэлектромеханические… …
Термин микроэлектромеханические системы Термин на английском Micro electro mechanical systems Синонимы Microelectromechanical systems, Micromachines (Japan), Micro Systems – MST (Europe) Аббревиатуры МЭМС, MEMS Связанные термины актуатор,… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Термин многофункциональные наночастицы в медицине Термин на английском multifunctional nanoparticles in medicine Синонимы наносомы, динамические наноплатформы Аббревиатуры Связанные термины "двуликие" частицы, абляция, актуатор,… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Термин олигонуклеотид Термин на английском oligonucleotide Синонимы Аббревиатуры Связанные термины актуатор, биологические нанообъекты, биосенсор, генная инженерия, геном, ДНК, ДНК зонд, ДНК микрочип, РНК, многофункциональные наночастицы в… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Термин "умные" материалы Термин на английском smart materials Синонимы Аббревиатуры Связанные термины "умные" композиты, актуатор, наночастица, сканирующая зондовая микроскопия, пьезоэффект, магнитная жидкость Определение… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Термин биологические моторы Термин на английском biological motors Синонимы моторные белки, биологические наномоторы, молекулярные моторы, motor proteins, molecular motors Аббревиатуры Связанные термины актуатор, белки, биологические нанообъекты … Энциклопедический словарь нанотехнологий