Как работает электронная дроссельная заслонка

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:

Корпус
Заслонка с осью
Механизм привода

дроссельная заслонка

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:

С механическим приводом
Электромеханический
Электронный

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

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

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.

регулятор холостого хода

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.

графика дроссельной заслонки

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.

полуэлектронная дроссельная заслонка

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.

устройство электронной дроссельной заслонки

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.

схема работы электронной дроссельной заслонки

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

Электронное управление дроссельной заслонкой позволяет ECM (Engine Control Module) регулировать крутящий момент, подстраивая режим работы двигателя под условия движения. Благодаря этому удается снизить расход топлива и количество вредных выбросов в атмосферу. Давайте рассмотрим, как работает электронная дроссельная заслонка, устройство и принцип работы элементов управления.

Компоненты системы

Блок управления двигателем (ECM). Определяет по входным сигналам от датчиков положения педали акселератора запрашиваемую водителем мощность двигателя. В соответствии с вычислениями и учетом других параметров управления ДВС (к примеру, требования тормозной системы, АКПП) блок управляет электродвигателем модуля дроссельной заслонки (ДЗ). Основой ECM являются функциональный вычислительный и контрольный вычислительный модули.
Модуль педали газа с основным и резервным датчиком положения.
Датчик выжима педали сцепления.
Датчик нажатия педали тормоза.
Дроссельная заслонка с электродвигателем и датчиками положения.

Принцип работы электронной педали газа

До появления электронной педали акселератора нажатие на педаль через систему тяг и тросов приводило к повороту оси ДЗ. Следующим этапом развития инжекторных двигателяей стало отслеживание угла открытия ДЗ с помощью резистивных датчиков положения. В работу двигателя электроника вмешивается только в режиме холостого хода и при активации круиз-контроля.

В системе с электронным перемещением ДЗ механическая связь между заслонкой и педалью отсутствует. Угол нажатия педали отслеживается с помощью датчиков двух типов:

контактные измерители. Построены на основе потенциометра со скользящим контактом. Перемещение ползунка по резистивной дорожке ведет к изменению сопротивления в цепи. ЭБУ посылает на датчик опорное напряжение в 5 В. Изменение сопротивления ведет к падению или возрастанию напряжения на сигнальном проводе.

Бесконтактные датчики. На корпусе неподвижно закреплены два датчика (Hall IC). На вращающейся оси закреплены магниты. Смещение магнитов ведет к изменению интенсивности магнитного поля, что влияет на выходное напряжение датчика Холла.

Внутри корпуса педального узла всегда размещена пара потенциометров, следовательно, две выходные системы – основная и резервная. При нажатии на педаль меняются оба выходных напряжения. По соотношению уровней сигналов ЭБУ мониторит исправность датчиков. На графике ниже указаны уровни сигналов, используемые на автомобилях Mitsubishi с системой впрыска MPI. Уровни напряжения основного и резервного датчика отличаются в два раза.

На некоторых системах низкий уровень сигнала на резервном датчике будет соответствовать высокому уровню на основном. Соответственно, если на одном измерителе напряжение при нажатии педали падает, то на втором оно должно пропорционально возрасти.

Дроссельная заслонка с электронным управлением

Модуль дроссельного узла состоит из корпуса, дроссельной заслонки, датчиков положения и электродвигателя постоянного тока. Как и в электронной педали газа, для отслеживания положения ДЗ используется пара контактных либо бесконтактных датчиков на эффекте Холла.

Вращение от статора электродвигателя на ось ДЗ передается через пластиковые шестерни. На корпусе имеется механический ограничитель хода, упираясь в который дроссельная заслонка полностью закрывается. В штатном режиме заслонка полностью никогда не закрыта во избежание закусывания ее в корпусе при нагреве. Ограничитель необходим для адаптации ДЗ, в процессе которой ЭБУ запоминает крайнее положение заслонки в открытом и закрытом состоянии. В штатном режиме заслонка останавливается не доходя до нижнего механического ограничителя.

Функция самодиагностики

В случае отсутствия сигнала с датчиков положения ДЗ заслонка перемещается в аварийное положение, при котором двигатель работает только в режиме повышенного холостого хода (порядка 1500 об./мин). На приборной панели при этом может загореться Check Engine или контрольная лампа EPC.

В случае потери связи с датчиками либо любой аномалии в их показаниях в энергонезависимую память записывается соответствующий код неисправности. Считать ошибки можно через разъем OBD-II с помощью мультимарочного или специализированного сканера. В случае замены, ремонта, связанного с разборкой модуля ДЗ, или чистки узла, необходимо провести адаптацию дроссельной заслонки.

Управление холостым ходом

В системе с электронно-управляемой дроссельной заслонкой отсутствует регулятор холостого хода (РХХ). Его функцию на себя берет электродвигатель ДЗ. Поворачивая заслонку на определенный уровень, ЭБУ дозирует воздух для поддержания оборотов холостого хода. Повышенные обороты холостого хода при прогреве, а также возросшая на двигатель нагрузка (включение кондиционера, фар и прочих мощных потребителей) также компенсируется открытием заслонки.

Базовая частота холостого хода рассчитывается из базовой матрицы с использованием сигнала датчика температуры ОЖ.

Неисправности

Загрязнение ДЗ
Неисправность контактных датчиков положения. Из-за постоянного движения ползунка в местах контакта с дорожкой на резистивном слое появляются протиры. Характерно, что симптомы неисправности начинают проявлять себя в зоне частичной нагрузки. Также плохой контакт возможен из-за ослабления нажима ползунка, образования на резистивной дорожке отложений. Бесконтактные датчики на эффекте Холла такой особенности не имеют и выходят из строя намного реже.
Обламывание, слизывание зубов на пластиковых шестернях. Происходит при долгой эксплуатации авто с грязной дроссельной заслонкой, когда для ее перемещения электродвигателю приходится прилагать большее усилие.
Подсос воздуха в месте фиксации оси заслонки в корпусе модуля.
Износ щеток, коллектора электродвигателя.

Также не стоит забывать о стандартных проблемах с электропроводкой, окислах в разъемах питания.

Дроссельная заслонка – как обеспечить ее оптимальную работу?

Дроссельная заслонка — это конструктивный элемент топливной системы автомобиля с бензиновым двигателем внутреннего сгорания, регулирующий поступление воздушных масс и образование воздушно-топливной смеси. Этот элемент впускной системы находится между коллектором и воздушным фильтром. Дроссель — одна из основных составляющих системы питания автомобиля.

Дроссельная заслонка

Дроссельная заслонка — своего рода воздушный клапан, позволяющий контролировать давление в системе. Если клапан открыт — уровень давления стремится к атмосферному, а при закрытом, — снижается, приближаясь к вакууму. Таким образом, дроссельная заслонка регулирует еще и работу вакуумного усилителя тормозной системы. А это значит, что чем меньше угол открытия клапана, тем ниже обороты.

Устройство дроссельной заслонки

Дроссельная заслонка — круглая пластина, имеющая способность вращаться на 90 градусов вокруг себя — это цикл от открытия и до закрытия. Находится она в корпусе, содержащим:

Привод — механический или электрический;
Датчик положения — потенциометр дроссельной заслонки;
Регулятор холостого хода.

В совокупности все эти составляющие образуют дроссельный узел или блок дроссельной заслонки.

Корпус заслонки устроен довольно непросто. Ведь сам он входит в состав системы охлаждения. Именно дроссельный узел открывает каналы, по которым циркулирует охлаждающая жидкость. Оснащение корпуса специальными патрубками, связанными с вентиляционной системой и системой улавливания паров топлива, делает конструкцию еще более сложной. Следует подробнее изучить эту систему.

Механизм электронной дроссельной заслонкии2.jpg Электромеханическая дроссельная заслонка Механизм дроссельной заслонки Дроссельная заслонка: типы устройств и особенности их обслуживания

Устройство и работа дроссельной заслонки

В системе создается пониженное давление, и его изменение зависит от того, насколько у двигателя высоки обороты. В результате открывания дроссельная заслонка

регулирует приход воздуха и суммарный объём смеси, поступающие в цилиндры. Когда
ДЗ
открывается, в коллектор приходит большее количество воздуха, а форсунки, срабатывающие от сигналов устройства контроля, впрыскивают большее количество топлива.

В реальности ДЗ — это клапан, повышающий давление в системе до атмосферного, когда он открыт, и понижающий до вакуума, когда закрыт. Дроссельный узел

устроен следующим образом: в корпусе-трубе смонтирована ось, а за её середину крепится заслонка округлой формы. ДЗ вращается на оси от привода. Поэтому поперечный разрез трубы, открытый для прохождения воздуха периодически возрастает и уменьшается.

В двигателях дизельного типа ДЗ отсутствуют. В них используется другой принцип – регулируемое поступление топлива.

В той конструкции, которая была изобретена для работы карбюраторных двигателей, привод ДЗ был механическим. Ось приводилась в движение тросом, прикреплённым к педали акселератора. Когда появились инжекторы, такая конструкция очень долго не претерпевала никаких изменений. И когда конструкторы разработали привод с электрическим двигателем, место педали заменила электронная система управления, которая подаёт в блок ДЗ управляющий сигнал.

Устройство дроссельного узла

ДЗ с механическим приводом довольно часто используется в недорогих авто, например, автомобили выпусков до 2003 года. Механическая дроссельная заслонка проста и дешева в изготовлении, и это гарантирует её применение почти уже 150 лет. Но современный электронный блок уже не повинуется воле водителя в полном объем, подобно в случае с механической ДЗ. Водитель может регулировать количество бензина и воздуха, попадающих в двигатель при помощи несколько датчиков:

положения ДЗ;
положения педали газа;
датчик-выключатель на педалях сцепления и газа и т.п.

Датчики и устройство электронного контроля вместе с электроприводом ДЗ дают возможность оптимально управлять расходом топлива в различных режимах движения, а также и поддерживать на определённом уровне холостой ход двигателя.

Регулятор холостого хода

Дроссельная заслонка на автомобиле

Дроссельная заслонка на автомобиле
При помощи регулятора холостого хода, поддерживается необходимая частота вращения коленчатого вала, при абсолютно закрытой заслонке. К примеру, если мотор нагревается или увеличивается нагрузка, к процессу подключается дополнительное оборудование.

Устроен регулятор следующим образом: корпус, куда крепится шаговый электрический мотор, соединенный с конусной иглой. Во время работы мотора на холостых оборотах, игла как поршень, регулирует площадь сечения воздушного канала.

Потенциометр

Иными словами, потенциометр изменяет угол открытия заслонки и тем самым воздействует на контроллер. При закрытой заслонке напряжение не превышает 0,7 В, а при полном открытии достигает 4В. Так и происходит контроль подачи топлива.

Если дроссельная заслонка перестала реагировать на импульсы, исходящие от датчика положения, могут возникнуть такие поломки как:

Плавающие обороты при работе двигателя. Повышенные обороты холостого хода;
Глохнет двигатель, при переключении на нейтральную передачу;
Неконтролируемый расход топлива;
Двигатель работает вполсилы;
Горит лампочка CHEK- проверьте, правильно ли работает дроссельная заслонка.