Регулирование мощности двигателя и дроссельная заслонка.

Введение

Контроль мощности двигателя

Газовый пульт – это механизм, посредством которого осуществляется управление потоком жидкости путем сужения или создания препятствия. Мощность двигателя может быть увеличена или уменьшена за счет ограничения подачи входящих газов (с помощью дросселя), однако чаще всего она уменьшается. Термин "дроссель" в неформальном употреблении стал обозначать любой механизм, регулирующий мощность или скорость двигателя, например, педаль акселератора в автомобиле. То, что часто называют дросселем (в авиационном контексте), также называется рычагом управления тягой, особенно на самолетах с реактивными двигателями. Для паровоза клапан, управляющий подачей пара, известен как регулятор.

Двигатели внутреннего сгорания

В двигателе внутреннего сгорания дроссель – это средство управления мощностью двигателя путем регулирования количества топлива или воздуха, поступающего в двигатель. В автомобиле устройство, используемое водителем для регулирования мощности, иногда называют дроссельной педалью, педалью газа или акселератором. Для бензинового двигателя дроссель обычно регулирует количество воздуха и топлива, поступающего в двигатель. Однако в бензиновом двигателе с непосредственным впрыском дроссель регулирует только количество воздуха, поступающего в двигатель. Дроссель дизельного двигателя, если он присутствует, регулирует поток воздуха в двигатель. Исторически педаль дросселя или рычаг действовали через прямую механическую связь. Клапан-бабочка дросселя приводится в действие рычагом, нагруженным пружиной. Этот рычаг обычно напрямую соединен с тросом акселератора и работает в соответствии с действиями водителя. Чем сильнее нажата педаль, тем шире открывается дроссельная заслонка. Современные двигатели обоих типов (бензиновые и дизельные) обычно используют систему электронного управления дросселем (drive-by-wire), где датчики контролируют действия водителя, а в ответ компьютеризированная система управляет потоком топлива и воздуха. Это означает, что водитель не имеет прямого контроля над потоком топлива и воздуха; блок управления двигателем (ECU) может обеспечить более точное управление для снижения выбросов, максимизации производительности и регулировки оборотов холостого хода, чтобы двигатель быстрее прогревался или учитывал дополнительные нагрузки, такие как включение компрессора кондиционера, чтобы избежать остановки двигателя. Дроссель в бензиновом двигателе обычно представляет собой бабочный клапан. В двигателе с впрыском топлива дроссельная заслонка располагается на входе в впускной коллектор или в корпусе дросселя. В карбюраторном двигателе она находится в карбюраторе. Когда дроссель полностью открыт, давление во впускном коллекторе обычно соответствует атмосферному. При частично закрытом дросселе во впускном коллекторе возникает разрежение, поскольку давление падает ниже атмосферного. Мощность дизельного двигателя контролируется регулированием количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр. Поскольку дизельным двигателям не требуется регулировать объем воздуха, они обычно не имеют бабочковой заслонки во впускном тракте. Исключением из этого правила являются новые дизельные двигатели, соответствующие более строгим нормам по выбросам, где такая заслонка используется для создания разрежения во впускном коллекторе, что позволяет подавать отработавшие газы (см. EGR) для снижения температуры сгорания и, следовательно, минимизации образования NOx. В самолетах с поршневыми двигателями дроссель обычно управляется ручным рычагом или ручкой. Он контролирует мощность двигателя, которая может или не может отражаться в изменении оборотов в минуту, в зависимости от типа винта (фиксированный шаг или изменяемый шаг). Некоторые современные двигатели внутреннего сгорания не используют традиционный дроссель, а полагаются на систему изменения фаз газораспределения для регулирования потока воздуха в цилиндры, хотя результат тот же, но с меньшими потерями на прокачку.

In an internal combustion engine, the throttle is a means of controlling an engine's power by regulating the amount of fuel or air entering the engine. In a motor vehicle the control used by the driver to regulate power is sometimes called the throttle, accelerator, or gas pedal. For a gasoline engine, the throttle most commonly regulates the amount of air and fuel allowed to enter the engine. However, in a gasoline direct injection engine, the throttle regulates only the amount of air allowed to enter the engine. The throttle of a diesel, when present, regulates the air flow into the engine. Historically, the throttle pedal or lever acts via a direct mechanical linkage. The butterfly valve of the throttle is operated by means of an arm piece, loaded by a spring. This arm is usually directly linked to the accelerator cable, and operates in accordance with the driver, who hits it. The further the pedal is pushed, the wider the throttle valve opens. Modern engines of both types (gas and diesel) are commonly drive by wire systems where sensors monitor the driver controls and in response a computerized system controls the flow of fuel and air. This means that the operator does not have direct control over the flow of fuel and air; the Engine Control Unit (ECU) can achieve better control in order to reduce emissions, maximize performance and adjust the engine idle to make a cold engine warm up faster or to account for eventual additional engine loads such as running air conditioning compressors in order to avoid engine stalls. The throttle on a gasoline engine is typically a butterfly valve. In a fuel injected engine, the throttle valve is placed on the entrance of the intake manifold, or housed in the throttle body. In a carbureted engine, it is found in the carburetor. When a throttle is wide open, the intake manifold is usually at ambient atmospheric pressure. When the throttle is partially closed, a manifold vacuum develops as the intake drops below ambient pressure. The power output of a diesel engine is controlled by regulating the quantity of fuel that is injected into the cylinder. Because diesel engines do not need to control air volumes, they usually lack a butterfly valve in the intake tract. An exception to this generalization is newer diesel engines meeting stricter emissions standards, where such a valve is used to generate intake manifold vacuum, thereby allowing the introduction of exhaust gas (see EGR) to lower combustion temperatures and thereby minimize NOx production. In a reciprocating engine aircraft, the throttle control is usually a hand operated lever or knob. It controls the engine power output, which may or may not reflect in a change of RPM, depending on the propeller installation (fixed pitch or constant speed). Some modern internal combustion engines do not use a traditional throttle, instead relying on their variable intake valve timing system to regulate the airflow into the cylinders, although the result is the same, albeit with less pumping losses.

Корпус дроссельной ручки

В двигателях с впрыском топлива корпус дроссельной заслонки является частью системы впуска воздуха, контролирующей количество воздуха, поступающего в двигатель, в основном в ответ на нажатие педали акселератора водителем. Корпус дроссельной заслонки обычно располагается между воздушным фильтром и впускным коллектором и, как правило, крепится к датчику массового расхода воздуха или рядом с ним. Часто через него также проходит линия охлаждающей жидкости двигателя, чтобы обеспечить забор воздуха двигателем определенной температуры (текущей температуры охлаждающей жидкости, определяемой ЭБУ через соответствующий датчик) и, следовательно, с известной плотностью. Самая крупная деталь внутри корпуса дроссельной заслонки – дроссельная заслонка, представляющая собой бабочковый клапан, регулирующий поток воздуха. Во многих автомобилях движение педали акселератора передается посредством троса дроссельной заслонки, механически соединенного с тягами дроссельной заслонки, которые, в свою очередь, поворачивают дроссельную заслонку. В автомобилях с электронным управлением дроссельной заслонкой (также известным как "drive-by-wire") электрический привод управляет тягами дроссельной заслонки, а педаль акселератора подключается не к корпусу дроссельной заслонки, а к датчику, который передает в ЭБУ сигнал, пропорциональный текущему положению педали. Затем ЭБУ определяет степень открытия дроссельной заслонки на основе положения педали акселератора и данных от других датчиков двигателя, таких как датчик температуры охлаждающей жидкости. При нажатии водителем на педаль акселератора дроссельная заслонка поворачивается внутри корпуса дроссельной заслонки, открывая дроссельный канал для поступления большего количества воздуха во впускной коллектор, который немедленно всасывается туда разрежением. Обычно датчик массового расхода воздуха измеряет это изменение и передает информацию в ЭБУ. ЭБУ затем увеличивает количество впрыскиваемого топлива форсунками для достижения необходимого соотношения воздух-топливо. Часто к валу дроссельной заслонки подключается датчик положения дроссельной заслонки (TPS), предоставляющий ЭБУ информацию о том, находится ли дроссель в положении холостого хода, в положении полностью открытой дроссельной заслонки (WOT) или в промежуточном положении. Корпуса дроссельных заслонок также могут содержать клапаны и регулировки для управления минимальным потоком воздуха на холостом ходу. Даже в тех моделях, которые не используют систему "drive-by-wire", часто имеется небольшой электромагнитный клапан – клапан регулирования воздуха на холостом ходу (IACV), который ЭБУ использует для управления количеством воздуха, обходящего основное открытие дроссельной заслонки, чтобы двигатель мог работать на холостом ходу при закрытой дроссельной заслонке. В самых простых карбюраторных двигателях, таких как одноцилиндровые двигатели газонокосилок Briggs & Stratton, имеется одна небольшая дроссельная заслонка над простым карбюратором с одним диффузором. Дроссельная заслонка открыта или закрыта (хотя всегда есть небольшое отверстие или другой обход, позволяющий небольшому количеству воздуха проходить, чтобы двигатель мог работать на холостом ходу при закрытой дроссельной заслонке), либо находится в промежуточном положении. Поскольку скорость воздуха имеет решающее значение для работы карбюратора, для поддержания средней скорости воздуха более мощные двигатели требуют более сложных карбюраторов с несколькими небольшими диффузорами, обычно двумя или четырьмя (эти диффузоры обычно называют "каналами"). Типичный двухканальный карбюратор использует одну овальную или прямоугольную дроссельную заслонку и работает аналогично карбюратору с одним диффузором, но с двумя небольшими отверстиями вместо одного. Четырехканальный карбюратор имеет две пары диффузоров, каждая из которых регулируется одной овальной или прямоугольной дроссельной заслонкой. При нормальной работе при нажатии на педаль акселератора открывается только одна дроссельная заслонка ("первичная"), позволяя большему количеству воздуха поступать в двигатель, но сохраняя общую скорость потока воздуха через карбюратор высокой (что повышает эффективность). "Вторичная" дроссельная заслонка приводится в действие либо механически при открытии первичной заслонки сверх определенного значения, либо с помощью вакуума двигателя, зависящего от положения педали акселератора и нагрузки на двигатель, что позволяет увеличить поток воздуха в двигатель при высоких оборотах и нагрузке и повысить эффективность при низких оборотах. В ситуациях, когда приоритетом является максимальная мощность двигателя, одновременно могут использоваться карбюраторы с несколькими диффузорами (два или четыре). Корпус дроссельной заслонки в некоторой степени аналогичен карбюратору в двигателях без впрыска топлива, хотя важно помнить, что корпус дроссельной заслонки – это не то же самое, что дроссельная заслонка, и карбюраторные двигатели также имеют дроссельные заслонки. Корпус дроссельной заслонки просто обеспечивает удобное место для установки дроссельной заслонки в отсутствие диффузора карбюратора. Карбюраторы – это более старая технология, которая механически регулирует количество потока воздуха (с помощью внутренней дроссельной заслонки) и смешивает воздух и топливо (диффузор). Автомобили с впрыском топлива не нуждаются в механическом устройстве для дозирования потока топлива, поскольку эту функцию берут на себя форсунки в каналах впуска (для систем многоточечного впрыска топлива) или в цилиндрах (для систем непосредственного впрыска топлива) в сочетании с электронными датчиками и компьютерами, которые точно рассчитывают, как долго должна оставаться открытой определенная форсунка и, следовательно, сколько топлива должно быть впрыснуто каждым импульсом впрыска. Однако им все равно нужна дроссельная заслонка для управления потоком воздуха в двигатель, а также датчик, который определяет ее текущий угол открытия, чтобы обеспечить правильное соотношение воздух-топливо при любой комбинации оборотов и нагрузки на двигатель. Самый простой способ сделать это – просто снять карбюратор и установить простой блок, содержащий корпус дроссельной заслонки и форсунки. Это известно как одноточечный впрыск топлива, также известный под разными маркетинговыми названиями (например, "throttle body injection" от General Motors и "central fuel injection" от Ford, среди прочих), и позволяет преобразовать более старую конструкцию двигателя из карбюраторной в систему впрыска топлива без существенного изменения конструкции впускного коллектора. Более сложные последующие конструкции используют впускные коллекторы и даже головки цилиндров, специально разработанные для установки форсунок.

In fuel injected engines, the throttle body is the part of the air intake system that controls the amount of air flowing into the engine, in response to driver accelerator pedal input in the main. The throttle body is usually located between the air filter box and the intake manifold, and it is usually attached to, or near, the mass airflow sensor. Often, an engine coolant line also runs through it in order for the engine to draw intake air at a certain temperature (the engine's current coolant temperature, which the ECU senses through the relevant sensor) and therefore with a known density. The largest piece inside the throttle body is the throttle plate, which is a butterfly valve that regulates the airflow. On many cars, the accelerator pedal motion is communicated via the throttle cable, which is mechanically connected to the throttle linkages, which, in turn, rotate the throttle plate. In cars with electronic throttle control (also known as "drive by wire"), an electric actuator controls the throttle linkages and the accelerator pedal connects not to the throttle body, but to a sensor, which outputs a signal proportional to the current pedal position and sends it to the ECU. The ECU then determines the throttle opening based on the accelerator pedal's position and inputs from other engine sensors such as the engine coolant temperature sensor. When the driver presses on the accelerator pedal, the throttle plate rotates within the throttle body, opening the throttle passage to allow more air into the intake manifold, immediately drawn inside by its vacuum. Usually a mass airflow sensor measures this change and communicates it to the ECU. The ECU then increases the amount of fuel injected by the injectors in order to obtain the required air fuel ratio. Often a throttle position sensor (TPS) is connected to the shaft of the throttle plate to provide the ECU with information on whether the throttle is in the idle position, wide open throttle (WOT) position, or somewhere in between these extremes. Throttle bodies may also contain valves and adjustments to control the minimum airflow during idle. Even in those units that are not "drive by wire", there will often be a small solenoid driven valve, the Idle Air Control Valve (IACV), that the ECU uses to control the amount of air that can bypass the main throttle opening to allow the engine to idle when the throttle is closed. The most basic carbureted engines, such as single cylinder Briggs & Stratton lawn mower engines, feature a single small throttle plate over a basic carburetor with a single venturi. The throttle is either open or closed (although there is always a small hole or other bypass to allow a small amount of air to flow through so the engine can idle when the throttle is closed), or some intermediate position. Since air velocity is crucial to the functioning of a carburetor, to keep average air velocity up, larger engines require more complex carburetors with multiple small venturis, typically two or four (these venturis are commonly called "barrels"). A typical "2 barrel" carburetor uses a single oval or rectangular throttle plate, and works similarly to a single venturi carburetor, but with two small openings instead of one. A 4 venturi carburetor has two pairs of venturis, each pair regulated by a single oval or rectangular throttle plate. Under normal operation, only one throttle plate (the "primary") opens when the accelerator pedal is pressed, allowing more air into the engine, but keeping overall airflow velocity through the carburetor high (thus improving efficiency). The "secondary" throttle is operated either mechanically when the primary plate is opened past a certain amount, or via engine vacuum, influenced by the position of the accelerator pedal and engine load, allowing for greater air flow into the engine at high RPM and load and better efficiency at low RPM. Multiple 2 venturi or 4 venturi carburetors can be used simultaneously in situations where maximum engine power is of priority. A throttle body is somewhat analogous to the carburetor in a non injected engine, although it is important to remember that a throttle body is not the same thing as a throttle, and that carbureted engines have throttles as well. A throttle body simply supplies a convenient place to mount a throttle in the absence of a carburetor venturi. Carburetors are an older technology, which mechanically modulate the amount of air flow (with an internal throttle plate) and combine air and fuel together (venturi). Cars with fuel injection don't need a mechanical device to meter the fuel flow, since that duty is taken over by injectors in the intake pathways (for multipoint fuel injection systems) or cylinders (for direct injection systems) coupled with electronic sensors and computers which precisely calculate how long should a certain injector stay open and therefore how much fuel should be injected by each injection pulse. However, they do still need a throttle to control the airflow into the engine, together with a sensor that detects its current opening angle, so that the correct air/fuel ratio can be met at any RPM and engine load combination. The simplest way to do this is to simply remove the carburetor unit, and bolt a simple unit containing a throttle body and fuel injectors on instead. This is known as single port injection, also known by different marketing names (such as "throttle body injection" by General Motors and "central fuel injection" by Ford, among others), and it allows an older engine design to be converted from carburetor to fuel injection without significantly altering the intake manifold design. More complex later designs use intake manifolds, and even cylinder heads, specially designed for the inclusion of injectors.

Многократные корпуса дросселей

Большинство автомобилей с впрыском топлива имеют один дроссель, расположенный в корпусе дросселя. Некоторые транспортные средства могут использовать более одного корпуса дросселя, соединенных тягами для синхронной работы, что улучшает отклик дроссельной заслонки и обеспечивает более прямой путь воздушного потока к головке блока цилиндров, а также позволяет использовать впускные каналы одинаковой длины, что сложно реализовать при подключении всех каналов к одному корпусу дросселя – это достигается за счет большей сложности конструкции и проблем с компоновкой. В экстремальных случаях, высокопроизводительные автомобили, такие как BMW M3 (E92) и Ferrari, а также высокопроизводительные мотоциклы, такие как Yamaha R6, могут использовать отдельный корпус дросселя для каждого цилиндра, часто называемый "индивидуальными дроссельными заслонками" или ITB. Хотя это редко встречается в серийных автомобилях, такая конфигурация широко распространена в гоночных и модифицированных автомобилях. Эта практика восходит к временам, когда многие высокопроизводительные автомобили оснащались одним небольшим карбюратором Вентури на цилиндр или пару цилиндров (например, карбюраторы Weber или SU), каждый из которых имел собственную небольшую дроссельную заслонку. В карбюраторе меньшее открытие дросселя обеспечивало более точный и быстрый отклик, а также улучшенное распыление топлива при работе на низких оборотах двигателя.

Другие двигатели

Паровозы обычно имеют дроссель (североамериканский английский) или регулятор (британский английский) в характерном паровом куполе в верхней части котла (хотя не все котлы им оснащены). Дополнительная высота, обеспечиваемая куполом, помогает предотвратить попадание жидкости (например, из пузырьков на поверхности воды в котле) в дроссельный клапан, что может привести к его повреждению или к гидроудару. Дроссель представляет собой, по сути, золотниковый клапан или серию золотниковых клапанов, которые открываются последовательно для регулирования количества пара, поступающего в паровые камеры над поршнями. Он используется совместно с реверсивным рычагом для запуска, остановки и управления мощностью локомотива, хотя при устойчивой работе большинства локомотивов предпочтительнее держать дроссель полностью открытым и регулировать мощность, изменяя точку отсечки пара (что осуществляется с помощью реверсивного рычага), поскольку это более эффективно. Дроссельный клапан паровоза представляет собой сложную конструкторскую задачу, поскольку его необходимо открывать и закрывать при помощи мускульной силы, преодолевая значительное давление (обычно) пара в котле. Одной из основных причин появления более поздних многоступенчатых последовательных клапанов является то, что гораздо проще открыть небольшой золотниковый клапан, преодолевая разницу давлений, и открыть остальные, как только давление начнет выравниваться, чем открывать один большой клапан, особенно когда давление пара в конечном итоге превышает или даже. Примером может служить сбалансированный тип "двойного удара", использовавшийся на локомотивах Gresley A3 Pacific. Дросселирование ракетного двигателя означает изменение уровня тяги в полете. Это не всегда необходимо; тяга твердотопливной ракеты не регулируется после зажигания. Однако ракетные двигатели на жидком топливе могут дросселироваться с помощью клапанов, регулирующих подачу топлива и окислителя в камеру сгорания. Гибридные ракетные двигатели, такие как использовавшийся в Space Ship One, используют твердое топливо с жидким окислителем и, следовательно, могут дросселироваться. Дросселирование особенно необходимо для управляемых посадок и запуска в космос с использованием одной основной ступени (например, космического челнока), чем для запуска с многоступенчатыми ракетами. Они также полезны в ситуациях, когда необходимо ограничить скорость аппарата из-за аэродинамических нагрузок в плотных слоях атмосферы (например, космический челнок). Ракеты, как правило, становятся легче по мере горения, изменяя соотношение тяги к весу и приводя к увеличению ускорения, поэтому двигатели часто дросселируются (или выключаются), чтобы ограничить перегрузки к концу времени горения ступени, если на борту находится чувствительный груз (например, люди). В реактивном двигателе тяга регулируется изменением количества топлива, поступающего в камеру сгорания, подобно дизельному двигателю.

Steam locomotives normally have the throttle (North American English) or regulator (British English) in a characteristic steam dome at the top of the boiler (although not all boilers feature these). The additional height afforded by the dome helps to avoid any liquid (e. g. from bubbles on the surface of the boiler water) being drawn into the throttle valve, which could damage it, or lead to priming. The throttle is basically a poppet valve, or series of poppet valves which open in sequence to regulate the amount of steam admitted to the steam chests over the pistons. It is used in conjunction with the reversing lever to start, stop and to control the locomotive's power although, during steady state running of most locomotives, it is preferable to leave the throttle wide open and to control the power by varying the steam cut off point (which is done with the reversing lever), as this is more efficient. A steam locomotive throttle valve poses a difficult design challenge as it must be opened and closed using hand effort against the considerable pressure (typically ) of boiler steam. One of the primary reasons for later multiple sequential valves: it is far easier to open a small poppet valve against the pressure differential, and open the others once pressure begins to equalize than to open a single large valve, especially as steam pressures eventually exceeded or even Examples include the balanced "double beat" type used on Gresley A3 Pacifics. Throttling of a rocket engine means varying the thrust level in flight. This is not always a requirement; in fact, the thrust of a solid fuel rocket is not controllable after ignition. However, liquid propellant rockets can be throttled by means of valves which regulate the flow of fuel and oxidizer to the combustion chamber. Hybrid rocket engines, such as the one used in Space Ship One, use solid fuel with a liquid oxidizer, and therefore can be throttled. Throttling tends to be required more for powered landings, and launch into space using a single main stage (such as the Space Shuttle), than for launch with multistage rockets. They are also useful in situations where the airspeed of the vehicle must be limited due to aerodynamic stress in the denser atmosphere at lower levels (e. g. the Space Shuttle). Rockets characteristically become lighter the longer they burn, with the changing ratio of thrust:weight resulting in increasing acceleration, so engines are often throttled (or switched off) to limit acceleration forces towards the end of a stage's burn time if it is carrying sensitive cargo (e. g. humans). In a jet engine, thrust is controlled by changing the amount of fuel flowing into the combustion chamber, similar to a diesel engine.

Продолжительность службы газового пульта в автомобилях

Срок службы дроссельной заслонки не установлен, так как он сильно зависит от стиля вождения и конкретного транспортного средства. Дроссельная заслонка, как правило, сильно загрязняется после 100-150 тысяч километров, и её необходимо очищать. Неисправность дроссельной заслонки может быть указана загоревшимся предупреждающим индикатором EPC. Это обычно встречается на современных автомобилях Volkswagen Group. На автомобилях, не оснащенных индикатором EPC, о проблемах с дроссельной заслонкой сообщает загоревшийся индикатор Check Engine. Симптомы неисправности дроссельной заслонки могут варьироваться: неустойчивый холостой ход, снижение мощности двигателя, ухудшение экономичности, плохая динамика разгона и так далее. Эффективный способ продлить срок службы дроссельной заслонки – регулярное техническое обслуживание и очистка.