Устройство и принцип работы дроссельной заслонки
Устройство и принцип работы дроссельной заслонки
Дроссельная заслонка — это одна из важнейших частей системы впуска двигателя внутреннего сгорания. В автомобиле она расположена между впускным коллектором и воздушным фильтром. В дизельных двигателях дроссель не нужен, однако, его все равно устанавливают на современных моторах на случай аварийной работы. Аналогичная ситуация и с бензиновыми двигателями при наличии в них системы управления подъемом клапанов. Основная функция дроссельной заслонки — подача и регулирование потока воздуха, необходимого для образования топливовоздушной смеси. Таким образом, от корректной работы заслонки зависит стабильность режимов работы двигателя, уровень расхода топлива и характеристики автомобиля в целом.
Устройство дросселя
С практической стороны дроссельная заслонка является перепускным клапаном. В открытом положении давление в системе впуска равно атмосферному. По мере закрытия оно уменьшается, приближаясь к значению вакуума (это происходит, поскольку двигатель фактически работает как насос). Именно по этой причине вакуумный усилитель тормозов соединен с впускным коллектором. Конструктивно сама заслонка является пластиной круглой формы, способной поворачиваться на 90 градусов. Один такой оборот представляет собой цикл от полного открытия и до закрытия клапана.
Блок (модуль) дроссельной заслонки включает в себя следующие элементы:
— Корпус, оснащенный несколькими патрубками. Они соединены с системами вентиляции, улавливания топливных паров и охлаждающей жидкости (для обогрева заслонки).
— Привод, приводящий в движение клапан от нажатия на педаль газа водителем.
— Датчики положения, или потенциометры. Они производят замер угла открытия дроссельной заслонки и подают сигнал в блок управления двигателем. В современных системах устанавливается два датчика контроля положения дросселя, которые могут быть со скользящим контактом (потенциометры) или магниторезистивные (бесконтактные).
— Регулятор холостого хода. Он необходим для поддержания заданной частоты вращения коленвала в закрытом режиме. То есть обеспечивается минимальный угол открытия заслонки, когда педаль газа не нажата.
Виды и режимы работы дроссельной заслонки
Тип привода дросселя определяет ее конструкцию, режим работы и управление. Он может быть механический или электрический (электронный).
Устройство механического привода
Старые и бюджетные модели автомобилей имеют механический привод клапана, в котором педаль газа напрямую соединена с перепускным клапаном при помощи специального троса. Состоит механический привод для дроссельной заслонки из следующих элементов:
— акселератор (педаль газа);
— тяги и поворотные рычаги;
— стальной трос.
Нажатие на педаль газа приводит в движение механическую систему из рычагов, тяг и троса, что заставляет заслонку совершить поворот (раскрытие). В результате в систему начинает поступать воздух и формируется топливовоздушная смесь. Чем больше воздуха будет подано, тем больше поступит топлива и, соответственно, увеличится скорость. Когда акселератор находится в неактивном положении, заслонка возвращается в закрытое состояние. Помимо основного режима, механические системы могут включать и ручное управление положением дросселя при помощи специальной ручки.
Принцип работы электронного привода
Второй и более современный тип заслонок — электронный дроссель (с электрическим приводом и электронным управлением). Его приоритетными отличиями являются:
— Отсутствие прямого механического взаимодействия между педалью и заслонкой. Вместо нее, используется электронное управление, что также позволяет изменять крутящий момент двигателя без необходимости нажатия на педаль.
— Холостой ход двигателя регулируется перемещением дросселя автоматически.
Электронная система включает в себя:
— датчики положения педали газа и дроссельной заслонки;
— электронный блок управления двигателем (ЭБУ);
— электрический привод.
Система управления электронной дроссельной заслонкой также принимает во внимание сигналы от коробки передач, системы управления климатом, датчика положения педали тормоза, круиз-контроля.
При нажатии на акселератор датчик положения педали газа, состоящий из двух независимых потенциометров, изменяет сопротивление в цепи, что является сигналом для электронного блока управления. Последний передает соответствующую команду на электропривод (моторчик) и поворачивает клапан дроссельной заслонки. Ее положение, в свою очередь, контролируется соответствующими датчиками. Они посылают ответную информацию о новой позиции клапана в ЭБУ. Датчик текущего положения дроссельной заслонки представляет собой потенциометр с разнонаправленными сигналами и общим сопротивлением 8 кОм. Он располагается на ее корпусе и реагирует на вращение оси, преобразуя угол открытия клапана в напряжение постоянного тока.
В закрытом положении клапана напряжение будет около 0,7В, а в полностью открытом около 4В. Этот сигнал получает контроллер, узнавая таким образом о проценте открытия дроссельной заслонки. Исходя из этого, рассчитывается количество подаваемого топлива.
Обслуживание и ремонт дросселя
При неисправности дросселя его модуль полностью меняется, но в некоторых случаях достаточно сделать корректировку (адаптацию) или чистку. Так, для более точной работы систем с электрическим приводом необходимо проводить адаптацию или обучение дроссельной заслонки. Такая процедура предполагает занесение в память контроллера данных о крайних положениях клапана (открытия и закрытия). В обязательном порядке адаптация для дроссельной заслонки проводится в следующих случаях:
— При замене или перенастройке электронного блока управления двигателя автомобиля.
— При замене заслонки.
— Если отмечается нестабильная работа двигателя в режиме холостого хода.
Проводится обучение блока дроссельной заслонки на СТО при помощи специального оборудования (сканеров). Непрофессиональное вмешательство может привести к некорректной адаптации и ухудшению эксплуатационных характеристик автомобиля. Если проблемы возникают на стороне датчика, на приборной панели загорается лампочка, уведомляющая о неполадках. Это может свидетельствовать как о неправильной настройке, так и об обрыве контактов. Еще одной частой неисправностью является подсос воздуха, который можно диагностировать по резкому увеличению оборотов двигателя.
Несмотря на простоту конструкции, диагностику и ремонт дроссельного клапана лучше всего доверить опытному специалисту. Это обеспечит экономную, комфортную, а главное, безопасную эксплуатацию автомобиля и повысит срок службы двигателя.
Чистка Дроссельной заслонки
Дроссельная заслонка расположена непосредственно перед впускным коллектором. Принцип работы механической дроссельной заслонки очень прост — чем больше открыта заслонка, тем больше проходное сечение, соответственно в еденицу времени через нее проходит больше воздуха во впускной коллектор. Больше воздуха — больше топлива, больше топливно-воздушной смеси в камере сгорания — выше мощность. Управляет открытием и закрытием дроссельной заслонки водитель, нажимая на педаль газа. Педаль газа имеет прямое соединение с дроссельной заслонкой и при нажатии на нее дроссель открывается. Чем глубже вжимать педаль, тем больше открывается дроссель. Педаль до упора – дроссель находится в максимально открытом состоянии
Блок дроссельной заслонки в сборе
Дроссельная заслонка
Педаль газа связана с механическим приводом дроссельной заслонки через тросик газа. Механический привод дроссельной заслонки жестко закреплен с дроссельной заслонкой таким образом, что при воздействии на него механический привод передает вращательное движение на саму заслонку, открывая или закрывая ее, в зависимости от степени натяжения тросика (силы нажатия на педаль газа).
Механическая дроссельная заслонка одна из тех деталей в автомобиле, которая не требует к себе много внимания. Без прямого нанесения вреда дроссельная заслонка способна прослужить весь срок эксплуатации автомобиля. Тем не менее, в процессе эксплуатации автомобиля дроссельная заслонка имеет свойство загрязняться. Проявляется это в темных масляных отложениях на стенках корпуса дроссельной заслонки, на самой заслонке, а также во внутренних воздушных каналах заслонки.
Причин образования загрязнений несколько, но самая основная – масляная пыль, которая проникает из под клапанной крышки через трубку вентиляции картерных газов.
Картерные газы – что это? При работе двигателя в моторное масло и, в конечном итоге, в масляный картер всегда поступает некоторое количество газов из камер сгорания (цилиндров). Во-первых, это часть топливно-воздушной смеси, которая просачивается в масло из цилиндра на такте сжатия, в процессе скольжения цилиндра по стенкам цилиндра. Во-вторых, отработанные газы, которые также просачиваются из цилиндра, но уже на такте расширения. У двигателей с большим пробегом преобладают последние.
Все это, конечно, неблагоприятно воздействует на моторное масло. К примеру, пары бензина, попадая в масло, разжижают его и ухудшают его смазывающие свойства. А имеющиеся в составе отработавших газов пары воды, конденсируясь в масляном картере, способствуют вспениванию масла и приводят к образованию густых и липких сгустков. Кроме двух зол, существует и третье — масляный туман.
Насыщение моторного масла картерными газами и их накапливание в масляной системе кроме снижения эффективности смазочных свойств способствует повышению давления в системе, что рано или поздно приводит к выдавливанию моторного масла через различные резиновые уплотнения (сальники, прокладки, щуп).
Поэтому, существует острая необходимость отвода этих газов за пределы двигателя. Этим занимается система вентиляции картерных газов, задача которой передавать картерные газы с двигателя в воздушную систему, непосредственно перед дроссельной заслонкой. Почему в воздушную систему, а не в атмосферу? Ответ прост – чтобы не загрязнять окружающую среду.
Речь о картерных газах зашла не зря. Если картерные газы лишенные кислорода, попадая в дроссель и смешиваясь с воздухом просто ухудшают топливно-воздушную смесь, то масляная пыль, которая сопровождает движение картерных газов в воздушную систему, смешиваясь с грязной сущностью вышеупомянутых газов способна изрядно испачкать дроссель.
Именно, поэтому «дроссель» периодически нуждается в очистке. Чтобы понять, есть ли необходимость в очистке именно в вашем случае рассмотрим самые популярные симптомы грязной дроссельной заслонки:
неустойчивый запуск двигателя автомобиля;
плавают обороты холостого хода;
автомобиль дёргает на скорости ниже 15 км/час;
провал в районе холостого хода.
Природу и симптомы загрязнений дроссельной заслонки мы выяснили, осталось приступить к делу и первое, что мы должны сделать — демонтировать дроссельную заслонку с автомобиля. Эта процедура на столько простая что ее можно описать несколькими абзацами.
Демонтаж дроссельной заслонки
Прежде всего освобождаем корпус дросселя от воздушной гофры и отсоеденяем электропроводку с датчика положения дроссельной заслонки (TPS) и с датчика абсолютного давления (МАР) — их месторасположение можно изучить на вышерасположенном изображении. Отсоединяем тросик газа от механического привода дроссельной заслонки — для этого просто выталкиваем «грузик» тросика газа со своего посадочного места в механическом приводе.
Отсоединяем шланги подвода охлаждающей жидкости (входной и выходной). Желательно эту процедуру выполнять на «холодную», когда давление и температура в охлаждающей системе невысокие, чтобы избежать ожогов и минимизировать потери охлаждающей жидкости, которая неизбежно вытечет из шлангов. После снятия шлангов убедитесь в том, что утечка охлаждающей жидкости прекратилась.
После того, как корпус дроссельной заслонки освободили от проводов и шлангов приступаем к ее непосредственному демонтажу. На Honda Civic 1996-00 дроссельная заслонка крепится, либо двумя болтами и двумя гайками, либо четырьмя болтами. Отпускаем крепежные болты с гайками и отделяем корпус дроссельной заслонки от впускного коллектора.
Если в активе нет новой прокладки дроссельной заслонки, то будьте предельно осторожны перед отделением дроселя от впускного коллектора — бумажная прокладка между ними могла прикипеть к горячему выпускному коллектору и при резком отсоединии корпуса дросселя есть вероятность ее повредить. Негерметичность соединения дроссельной заслонки к выпускному коллектору приводит к подсосу воздуха, неучтенного воздуха, которого не увидет ни один из датчиков. Конечно, в этом случае двигатель начинает работать нестабильно, т.к. смесь становится бедной — воздуха больше.
После снятия прокладки убедитесь, что на прилегающих поверхностях впускного коллектора и блока дроссельной заслонки не осталось кусочков порванной прокладки либо использованного герметика. Поверхности должны быть чистыми, чтобы обеспечить плотное прилегание поверхностей и исключение подсоса воздуха.
Из «навесных дополнений» откручиваем с корпуса дроссельной заслонки только MAP-сенсор. Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) и механический привод дроссельной заслонки не снимаем. Кроме того, что в этом нет необходимости эти два элемента откалиброваны и малейшее изменение их положения приведет к неприятным последствиям, что, в конечном итоге, скажется на работе двигателя. Метки яркой краской на этих элементах лишний раз напоминают об их «откалиброванном» статусе.
Чистка дроссельной заслонки
В отличие от промывки форсунок для чистки дроссельной заслонки не требуется никаких долнительных приспособлений. Из необходимых материалов потребуется лишь аэрозоль с очистительной жидкостью и несколько кусков ветоши.
Перед непосредственной чисткой снимите все резиновые уплотнители (прокладка MAP-сенсора, например) с блока дроссельной заслонки, чтобы предостеречь их от агрессивного воздействия очистительной жидкости.
Грязная дроссельная заслонка
Дроссельная заслонка
Процесс чистки заключается в направлении аэрозольной струи на очищаемые поверхности блока дроссельной заслонки. Очищать необходимо непосредственно саму заслонку, внутреннюю стенку блока дроссельной заслонки, воздушные каналы. Поливать жидкостью внешний корпус дросселя не имеет смысла. Кроме того, есть вероятность (хоть и минимальная) повредить датчик TPS, который мы не сняли. Жидкость очень едкая и очень агрессивно воздействует на резиновые и пластиковые материалы.
Чистку проводим в несколько этапов. Обильно поливаем жидкостью все очищаемые элементы и ждем 10-15 минут, чтобы грязь «отмокла». На втором этапе делаем тоже самое, аккуратно помогая ветошью в тех местах, где жидкость в одиночку справилась не идеально.
Не стоит применять для очистки различные щетки. Есть вероятность что внутренняя стенка блока дроссельной заслонки покрыта специальным покрытием (молибден) для более гладкого протекания воздуха, которое щетка с помощью жидкости бесцеремонно удалит. Щетка также легко удалит уплотнительное черное покрытие по контуру самой дроссельной заслонки.
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.