Дроссельная заслонка что это и как работает
Дроссельная заслонка
На современных авто питание силовой установки осуществляется двумя системами – впрыска и впуска. Первая из них отвечает за подачу топлива, в задачу второй входит обеспечение поступления воздуха в цилиндры.
Назначение, основные конструктивные элементы
Несмотря на то, что подачей воздуха «заведует» целая система, конструктивно она очень проста и основным ее элементом выступает дроссельный узел (многие по старинке называют его дроссельной заслонкой). И даже этот элемент имеет несложную конструкцию.
Принцип работы дроссельной заслонки остался идентичным еще со времен карбюраторных двигателей. Она перекрывает основной воздушный канал, благодаря чему и регулируется количество подаваемого в цилиндры воздуха. Но если эта заслонка раннее входила в конструкцию карбюратора, то в инжекторных двигателях она является полностью отдельным узлом.
Помимо основной задачи – дозировки воздуха для нормального функционирования силового агрегата на любом режиме, эта заслонка также отвечает за поддержание требуемых оборотов коленвала на холостом ходу (ХХ), причем с разной нагрузкой на мотор. Участвует она и в функционировании усилителя тормозной системы.
Устройство дроссельной заслонки – очень простое. Основными ее конструктивными составляющими являются:
Механический дроссельный узел
Дроссели разных типов также могут включать ряд дополнительных элементов – датчики, байпасные каналы, каналы подогрева и т. д. Более подробно конструктивные особенности дроссельных заслонок, применяемых на авто, рассмотрим ниже.
Устанавливается дроссельная заслонка в воздуховоде между фильтрующим элементом и коллектором двигателя. Доступ к этому узлу ничем не затруднен, поэтому при проведении обслуживающих работ или замене добраться до него и демонтировать с авто несложно.
Типы узлов
Как уже отмечено, существуют разные виды дроссельной заслонки. Всего их три:
Именно в таком порядке и развивалась конструкция этого элемента системы впуска. Каждый из существующих видов имеет свои конструктивные особенности. Примечательно, что с развитием технологий устройство узла не осложнялось, а наоборот – становилось проще, но с некоторыми нюансами.
Заслонка с механическим приводом. Конструкция, особенности
Начнем с заслонки с механическим приводом. Этот тип детали появился с началом установки инжекторной системы питания на автомобили. Основная его особенность заключается в том, что заслонкой водитель управляет самостоятельно при помощи тросового привода, соединяющего педаль акселератора с сектором газа, соединенного с осью заслонки.
Конструкция такого узла полностью позаимствована с карбюраторной системы, разница лишь в том, что заслонка – отдельный элемент.
В конструкцию этого узла дополнительно входят датчик положения (угла открытия заслонки), регулятор холостого хода (ХХ), байпасные каналы, система подогрева.
Дроссельный узел с механическим приводом
В целом, датчик положения дросселя присутствует во всех типах узлов. В его задачу входит определение угла открытия, что дает возможность электронному блоку управления инжектором определить количество подаваемого в камеры сгорания воздуха и на основе этого откорректировать подачу топлива.
Ранее использовался датчик потенциометрического типа, в котором определение угла открытия осуществлялось за счет изменения сопротивления. Сейчас обычно применяются магниторезистивные датчики, которые являются более надежными, поскольку в них отсутствуют контактные пары, подверженные износу.
Датчик положения дроссельной заслонки потенциометрического типа
Регулятор ХХ в механических дросселях представляет собой отдельный канал, идущий в обход основного. Этот канал оснащается электроклапаном, корректирующим поступление воздуха в зависимости от условий функционирования двигателя на ХХ.
Устройство регулятора холостого хода
Суть его работы такова – на ХХ заслонка полностью закрыта, но для работы мотора требуется воздух, он и подается по отдельному каналу. При этом ЭБУ определяет обороты коленвала, на основе чего регулирует степень открытия этого канала электроклапаном, чтобы поддерживать заданные обороты.
Байпасные каналы работают по тому же принципу, что и регулятор. Но в их задачу входит поддержание оборотов силовой установки при создании нагрузки на холостом ходу. К примеру, при включении климат-системы, нагрузка на мотор повышается, из-за чего обороты падают. Если регулятор не способен обеспечить мотор необходимым количеством воздуха, то задействуются байпасные каналы.
Но эти дополнительные каналы имеют существенный недостаток – сечение их небольшое, поэтому возможно их засорение и обледенение. Для борьбы с последним, дроссельная заслонка подключается к системе охлаждения. То есть, по каналам в корпусе циркулирует охлаждающая жидкость, отогревая каналы.
Компьютерная модель каналов в дроссельной заслонке
Основным недостатком механического дроссельного узла является наличие погрешности при приготовлении топливовоздушной смеси, что сказывается на экономичности двигателя и выходе мощности. Все из-за того, что ЭБУ не управляет заслонкой, на него лишь подается информация об угле открытия. Поэтому при резких изменения положения дросселя блок управления не всегда успевает «подстроиться» под изменившиеся условия, что и приводит к перерасходу топлива.
Электромеханическая дроссельная заслонка
Следующим этапом развития дроссельный заслонок стало появление электромеханического типа. Механизм управления у него остался прежний – тросовый. Но в этом узле отсутствуют какие-либо дополнительные каналы за ненадобностью. Вместо всего этого в конструкцию добавили электронный механизм частичного управления заслонкой, управляемый ЭБУ.
Конструктивно этот механизм включает в себя обычный электромотор с редуктором, который соединен с осью заслонки.
Работает этот узел так: после запуска двигателя, блок управления для установления требуемых оборотов холостого хода рассчитывает количество подаваемого воздуха и приоткрывает заслонку на нужный угол. То есть, блок управления в таком типе узла получил возможность регулировать работу двигателя на холостых оборотах. На остальных же режимах функционирования силовой установки дросселем управляет сам водитель.
Использование механизма частичного управления позволило упростить конструкцию самого дроссельного узла, но не устранило основной недостаток – погрешности в смесеобразовании. Его в заслонке такой конструкции нет только на холостом ходу.
Электронная заслонка
Последний тип – электронный, внедряется на автомобили все больше. Его основная особенность заключается в отсутствии прямого взаимодействия педали акселератора с осью заслонки. Механизм управления в такой конструкции уже полностью электрический. В нем используется все тот же электродвигатель с редуктором, связанный с осью, и управляемый ЭБУ. Но открытием заслонки блок управления «заведует» уже на всех режимах. В конструкцию дополнительно добавили еще один датчик – положения педали акселератора.
Элементы электронной дроссельной заслонки
В процессе работы блок управления использует информацию не только с датчиков положения заслонки и педали акселератора. В учет берутся также сигналы, поступающие со следящих устройств автоматических трансмиссий, тормозной системы, климатического оборудования, круиз-контроля.
Вся поступающая информация с датчиков обрабатывается блоком и на ее основе устанавливается оптимальный угол открытия заслонки. То есть, электронная система полностью контролирует работу системы впуска. Это позволило устранить погрешности в смесеобразовании. На любом режиме работы силовой установки в цилиндры будет подаваться точное количество воздуха.
Но и без недостатков у этой системы не обошлось. Причем их чуть больше, чем в других двух видах. Первая из них заключается в том, что заслонка открывается при помощи электродвигателя. Любые, даже незначительные неисправности составляющих привода, приводят к нарушению работы узла, что сказывается на функционировании двигателя. В тросовых механизмах управления такой проблемы нет.
Второй недостаток – более существенный, но касается он по большей части бюджетных автомобилей. И сводится он к тому, что из-за не очень хорошо проработанного программного обеспечения дроссель может работать с запозданием. То есть, после нажатия на педаль акселератора ЭБУ требуется некоторое время на сбор и обработку информации, после чего он подает сигнал на электродвигатель механизма управления дросселем.
Основная причина задержки от нажатия на электронную педаль газа до реакции двигателя — более дешевые электронные комплектующие и не оптимизированное программное обеспечение.
В обычных условиях этот недостаток особо не заметен, но при определенных условиях такая работа может привести к неприятным последствиям. К примеру, при начале движения на скользком участке дороги иногда возникает потребность быстрой смены режима работы мотора («поиграться педалью»), то есть, в таких условиях нужен быстрый «отклик» мотора на действия водителя. Существующая же задержка в срабатывании дросселя может привести к осложнению в управлении автомобилем, поскольку водитель «не чувствует» двигатель.
Еще одна особенность электронной дроссельной заслонки некоторых моделей авто, которая для многих является недостатком – особые заводские установки работы дросселя. В ЭБУ заложена установка, которая исключает вероятность пробуксовки колес при старте. Достигается это тем, что при начале движения блок специально не открывает заслонку для получения максимальной мощности, по сути, ЭБУ дросселем «придушивает» двигатель. В некоторых случаях эта функция сказывается негативно.
На премиумных авто проблем с «откликом» системы впуска нет из-за нормальной проработки программного обеспечения. Также на таких авто нередко можно установить режим работы силовой установки по предпочтениям. К примеру, при режиме «спорт» перенастраивается работа и системы впуска, и в этом случае ЭБУ на старте уже не «душит» двигатель, что позволяет авто «резво» начать движение.
Электронная дроссельная заслонка: как она устроена, и как её ремонтировать?
Тренд автомобильного инжиниринга всех последних лет – планомерное отстранение водителя от непосредственного управления машиной. Пока, слава богу, мы не дошли массово до потери жесткой связи наших рук и ног с поворачивающимися колесами и тормозами, но к тому все явно идет… Как минимум, ни один автомобиль в наши дни уже не выпускается без электронной дроссельной заслонки, при которой мы не отдаем прямую команду дросселю «больше воздуха!» правой ногой через тросик, а высказываем пожелание блоку управления двигателем, который уже сам отправляет команду на заслонку. Хорошо это или плохо, и как с этим жить?
История вопроса
П ринято считать, что так называемый E-газ – это технология последнего примерно десятилетия. В чистом виде – да, но интегрированный электропривод в дроссельных заслонках появился гораздо раньше – еще в 80-х. В те годы на оси заслонки с одной стороны располагался сектор газа, связанный с педалью акселератора классическим тросиком (да-да, «колесико», которое приводится в движение тросиком от педали, называется «сектором газа»!), а с другой стороны ось заслонки соединялась через шестеренчатую передачу с небольшим электромотором.
Собственно, на поведение машины при движении моторчик влияния не оказывал – связь с ногой водителя была олдскульная, механическая и четкая: как надавишь, так и поедешь! А вступал в работу электромотор только в режиме холостого хода, корректируя степенью приоткрытия заслонки обороты при прогреве и после прогрева, а также чуть добавляя газку при включении мощных потребителей электроэнергии и крутящего момента – кондиционера летом, ГУРа на морозе, разных обогревов и т.п. Чуть позже функции моторчика в дросселе расширились – при практически неизменной конструкции добавилось электронных команд: он стал управлять не только оборотами холостого хода, но и оборотами в движении – при включении круиз-контроля и при активации антипробуксовочной системы.
Сейчас же все достигло «апофигея технологичности» – механическая связь заслонки с педалью газа исчезла в принципе, и все команды – как от ноги водителя, так и от сервисных систем – дроссель получает лишь при посредничестве блока управления двигателем. Причин тому – три:
Электронный дроссель в наши дни
Итак, прямая связь дроссельной заслонки с педалью упразднена полностью и окончательно. Как я уже говорил, нажатием на педаль мы отправляем сигнал в блок управления, а тот в свою очередь анализирует обстановку и множество параметров, а затем отдает команду на подачу воздуха. При этом надо сказать, что за добрый десяток лет развития тандема электронной педали газа и электронного дросселя в его современном понимании система благополучно переросла ряд детских болезней – как чисто физических, так и софтовых.
Изнашивающиеся скользящие контакты датчиков положения заслонки вытеснила бесконтактная индуктивная связь, появилось множество новых функций – не настолько явных, чтобы занять строчку в техническом описании автомобиля, но в комплексе достаточно важных.
Например, ход педали газа стал нелинейным, что позволило лучше контролировать автомобиль во время начала движения: при мощном моторе (где заслонка имеет большой диаметр) исчез риск избыточно резко рвануться вперед при легком касании педали – электронный дроссель в первой четверти хода педали газа реагирует намеренно вяло.
E-газ позволяет наиболее оптимально провести разгон на авто с турбированным двигателем, в значительной мере борясь с турбоямой и обеспечивая более ровное ускорение с низов. Е-газ поможет и при режиме «педаль в пол», когда в случае классической тросовой заслонки первые мгновения идет неоптимальное сгорание смеси, и теряются секунды на разгоне. Конечно же, нельзя не упомянуть эффективную систему автоматического управления тягой мотора для борьбы со сносами и проскальзываниями ведущих колес.
При этом, правда, нужно отметить, что поведение электронного дросселя на бюджетных машинах по-прежнему серьезно отличается от среднеценовых и, тем более, премиальных автомобилей. В «бюджетках» E-газ, к сожалению, излишне туповат, задумчив и не способствует получению истинного удовольствия от драйва.
Да еще порой и на безопасность влияет отрицательно – дроссель с неоптимальным управляющим программным обеспечением реагирует на нажатие педали с задержкой, выдавая момент на колесах тогда, когда уже поздно. При отсутствии систем стабилизации зимой на скользком покрытии и в повороте такая реакция машины способна свести на нет ваши традиционные навыки зимнего вождения и создать аварийную ситуацию.
Простота и сложность электронного дросселя
Обычно внедрение электроники сопровождается невероятным усложнением конструкции. В случае с дросселем все с точностью до наоборот! Вдумчиво изучив его, можно обнаружить, что он невероятно прост и лишен ряда хитрых технических решений, имевшихся прежде у классических дросселей с тросовым приводом. А уж старый добрый двухкамерный карбюратор по сравнению с E-дросселем – и вовсе сложнейший и дорогущий в производстве прибор эпохи «стимпанк»…
Во-первых, конечно же, E-дроссель не нуждается в регуляторе холостого хода – клапане подачи воздуха по тоненькому каналу, управляемому шаговым двигателем, который склонен к загрязнению картерными газами и нестабильной работе. В случае электронного дросселя клапан регулировки холостого хода исчезает – ХХ обеспечивается приоткрытием основной заслонки – ведь она и так электроуправляемая, а стало быть, прекрасно справляется с регулировкой оборотов, подстраиваясь под включенные потребители, температуру наружного воздуха и антифриза, и т.п.
Еще в систему холостого хода при классическом дросселе часто входили дополнительные байпасные воздушные каналы в обход заслонки, также весьма склонные к засорению. Эти каналы открывались не плавно, а по принципу «вкл/выкл», внешними электроклапанами – к примеру, для компенсации нагрузки на двигатель при включении кондиционера. В электронном дросселе это все тоже оказалось ненужным – компенсация просадки оборотов делается опять же самой дроссельной заслонкой.
Также у классического дросселя имелся подогрев антифризом от системы охлаждения, поскольку все вышеупомянутые тоненькие каналы в холодное время боялись обмерзания. В электронном дросселе, особенно если монтируется он на пластиковом впускном коллекторе, нужды в подогреве часто нет – штуцеры подвода и отвода антифриза из него исчезают.
Иначе говоря, электронный дроссель взял на себя сразу несколько функций, до предела упростив свою механическую часть.
Да, по «механике» ломаться стало практически нечему – настолько все там просто и примитивно: простейший электромоторчик, который через пару пластиковых, но достаточно крепких шестеренок связан с осью заслонки, да возвратная пружина на той же оси.
Собственно, даже вопрос периодической чистки дросселя заметно снизил свою актуальность после избавления от системы узких байпасных каналов. Однако существенно усложнилась электронная часть, преподносящая порой сюрпризы – как объяснимые, так и совершенно загадочные и беспричинные.
Проблема заключается в том, что электронная плата дросселя, являющаяся, по сути, только сдвоенным датчиком, отслеживающим положение и динамику открытия заслонки, зачастую неремонтопригодна и отсутствует в продаже. Если электродвигатель при подаче диагностических 12 вольт ровно жужжит, редукторные шестеренки не имеют повреждений и заеданий, а в проводке от заслонки к ЭБУ нет плохих контактов, может потребоваться замена дроссельной заслонки в сборе. Увы.
И вот тут-то многие могут столкнуться с неприятным сюрпризом. На Лада Гранта этот узел в сборе стоит 5 000 рублей, что немало, но в целом подъемно, а на Volkswagen Polo Sedan – 25 000 рублей… Такая сумма способна пробить серьезную дыру в бюджете, а расстройства добавит тот факт, что обе детали, за 5 и за 25 тысяч рублей, технически почти идентичны, но конструктивно и программно несовместимы.
Что делают «jetter», «шпора» и «бустер педали газа»?
Говоря об электронном дросселе, этот класс устройств нельзя не упомянуть. Под такими названиями известен популярный гаджет для машин с E-газом, который, по словам производителей, «дает рост динамике и скорости». «Джеттер» – небольшая коробочка, включающаяся в цепь между педалью газа и блоком управления двигателем и искажающая сигнал педали так, чтобы заставить ЭБУ думать, что «тапка в полу», когда вы лишь слегка коснулись акселератора.
На самом деле, ни скорости, ни динамики эти гаджеты не добавляют и добавить не могут. Они просто меняют электромеханическую характеристику педали акселератора. Характеристика педали всегда нелинейна – изначально электронная педаль чаще всего настроена так, чтобы в первой половине хода быть малоотзывчивой, выдавая четверть мощности двигателя, а за оставшуюся половину выдавать остальные три четверти. Это, безусловно, весьма упрощенное описание, цифры тоже условны, но суть именно такова. «Джеттер» же меняет заводскую характеристику «наизнанку» – педаль начинает выдавать почти всю мощность двигателя на первой половине хода, субъективно делая машину «резкой». Некоторый эффект действительно ощутим, особенно при первом сравнении, но надо понимать, что ничего такого, чего бы нельзя было сделать ногой без применения электронной «примочки», не происходит.
Собственно говоря, программные аналоги «джеттера» давно имеются во многих автомобилях высокого класса. Там это называется переключением режимов вождения, под которыми понимается управление настройками двигателя, КПП и иногда – шасси, если в нем имеются управляемые амортизаторы. Смена режима «нормал» на «спорт» (названия могут быть иными в авто разных марок и моделей) включает в себя наряду с изменением массы других настроек и коррекцию характеристики педали газа, как это делает и «джеттер».
Заслонка изнутри
Перед нами дроссельная заслонка Volkswagen Polo Sedan. Машина приехала на сервис с жалобой на неадекватное поведение педали газа, горящий «чек» и двигатель, явно не развивающий положенную мощность. Диагностика выявила неисправность дроссельной заслонки, которая и была заменена по гарантии. Никаких более глубоких причин выхода её из строя дилерский сервис искать не стал, поскольку подобные процедуры не предусмотрены регламентом. Пользуясь случаем, на примере «приговоренной» заслонки изучим её устройство и попробуем обнаружить неисправность. Ведь гарантия сохранилась не у всех!
Снаружи на дросселе видны четыре отверстия, через которые болты притягивают дроссель к коллектору, небольшой зазор в закрытом состоянии для поступления в цилиндры воздуха в режиме холостого хода, а также логотип итальянского производителя Magneti Marelli. Кстати, одной из старейших в мире компаний, производящих автомобильную электронику.