Дроссельная заслонка: функции, принцип работы и регулировка

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.

История создания

Система для смешивания паров бензина с воздухом, включающая механическую дроссельную заслонку, была изобретена в 1872 году инженерами Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом. В таком виде система просуществовала более века, пока немецкая компания Bosch не разработала электронный вариант дросселя.

Механизм заслонки электронного дроссельного узла нуждается в периодической чистке, так как в него попадает мелкая пыль, которую не способен отсеять даже очень качественный фильтр

Впервые, электронный дроссель применили для гоночного автомобиля. В далеком 1985 году, компания Volkswagen экспериментировала над вторым поколением Golf, пытаясь сделать из него автомобиль для гонок. Для этого Golf оснастили сразу двумя двигателями, а для синхронизации их мощностей использовали систему E-Gas. Дроссель на одном из них управлялся механически, а для другого применили электропривод, который синхронизировал положение заслонки. В результате удалось добиться суммарной мощности двигателя в 500 лошадиных сил, а разгон до сотни занимал 3,4 секунды. Неплохой результат для 1985 года!

Для гражданских автомобилей электронный дроссель стал доступен практически в то же время. Такие производители как Saab, Mercedes-Benz и BMW оснащают свои автомобили заслонками с электроприводом. Тем не менее, полностью вытеснить простой и дешевый в производстве механический привод им не удалось до сих пор.

Регулятор холостого хода

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.

Наиболее часто встречающиеся неисправности

Основную неисправность дроссельной заслонки

вызывает сам атмосферный воздух проходящий через неё при работе ДЗ. Во время движения мельчайшие частицы пыли могут проникать даже через превосходный воздушный фильтр. Также загрязнение может вызывать и масляная пыль, проникающая через систему вентиляции картера. Пыль и масло смешиваются и образуют на ДЗ достаточно твёрдый налет. Со временем этот налёт покрывает края пластины, и ДЗ перестает закрываться до конца. По причине
загрязнения дроссельной заслонки
автомобили наиболее часто попадают в ремонт.

Типичные признаки загрязнения ДЗ:

загрязнение заслонки

трудности запуска двигателя;
нестабильный холостой ход;
рывки при движении, когда скорость меньше 20 км/ч.

Как устранить проблему

Если вы заподозрили, что дроссельная заслонка неисправна — нужно проверить весь узел, куда она крепится. Для этого точно соблюдайте следующий алгоритм:

Отсоединить аккумуляторную минусовую клемму.
Необходимо слить жидкость из системы охлаждения.
Откинуть шланги от дроссельного узла.
Убрать трос привода заслонки.
Освободить потенциометр от колодок и регулятора холостого хода.
Снять дроссельный узел.
Проверить в каком состоянии прокладка дроссельной заслонки и остальные элементы узла.
При необходимости заменить некоторые составляющие или же весь узел.
Собрать конструкцию в обратном порядке.

После того, как вы установили узел на место, необходимо проверить герметичность системы охлаждения, куда вы снова залили жидкость. Не должно быть капель и потеков.

Бывают фразы, которые на первый взгляд не требуют дополнительных пояснений, а если вдуматься – без пояснений они совершенно ничего не значат. В числе таких фраз – «ошибка по дросселю». Услышишь этакое – вроде бы все понятно. Но на самом деле непонятно ничего. В сегодняшней статье мы исправим это – станет понятно, какие ошибки по дросселю бывают, что их вызывает и какими последствиями грозят.

Что такое дроссельная заслонка и зачем она нужна

Дроссельная заслонка – это механизм, стоящий во впускном воздуховоде двигателя. Задача этого механизма – регулировать количество воздуха, попадающего в двигатель. Дроссельная заслонка обязательно есть на бензиновом двигателе и часто встречается на дизелях. Несмотря на одинаковый принцип работы, задачи в бензиновых и дизельных двигателях принципиально разные.

В бензиновых двигателях заслонка – основной инструмент, управляющий оборотами двигателя. Именно положением заслонки управляет водитель, нажимая на педаль газа. Чем больше она открыта – тем больше воздуха попадает в цилиндры в единицу времени, тем выше обороты, тем выше развиваемая мощность. Состав смеси при этом всегда примерно одинаковый и близок к стехиометрическому – это соотношение воздуха и топлива 14.7:1. При других составах смесь будет гореть неоптимально. Если заслонку убрать из бензинового двигателя, то будет невозможно нормально управлять оборотами.

Другая ситуация в дизельном двигателе. Для нормальной работы дизельного двигателя в общем случае заслонка не нужна. Воздух поступает в дизель без препятствий, а обороты и развиваемая мощность зависят исключительно от количества топлива, подаваемого в цилиндры. И водитель, нажимая на педаль газа в дизельном автомобиле, управляет не положением дроссельной заслонки, а количеством подаваемого топлива. При этом заслонки на дизелях все же бывают, но выполняют совершенно другие функции. Очень упрощенно, их две: во-первых, блок управления может полностью закрывать заслонку, чтобы заглушить двигатель (штатно или в аварийном режиме – не столь важно); во-вторых, если прикрыть заслонку, то в пространстве между заслонкой и цилиндром возникнет разрежение, которое будет способствовать улучшению рециркуляции отработавших газов (EGR).

Все, что будет сказано ниже, касается только бензиновых двигателей. О заслонках в дизельном двигателе будет выпущена отдельная статья и сопровождающее видео.

Конструкция заслонки

Вот как выглядит заслонка, если не обращать внимания на обвязку и привод. Это просто пластина (чаще всего металлическая, но на многих современных авто бывает и пластиковая), поворачивающаяся внутри воздуховода на оси:

Конструкция заслонки за годы эволюции автомобилей претерпела немало изменений, но касались они в основном ее привода.
Заслонки с механическим приводом
Изначально педаль газа была соединена с заслонкой тросиком. Так было сделано задолго до появления инжекторных систем, электронного управления и прочих современных достижений современной конструкторской мысли. С появлением электронного-управляемого впрыска привод заслонки остался механическим, но заслонка была дополнена датчиком положения, показания которого стал учитывать блок управления, а сам впускной тракт дополнили регулятором холостого хода (РХХ) – механизмом, пускающим воздух в обход заслонки, когда она полностью закрыта. Принципиальная схема такой системы выглядит так:

В таких системах сигнал с датчика положения заслонки используется в двух целях. Во-первых, это признак холостого хода двигателя – по нему блок управления понимает, нужно ли открывать РХХ. Во-вторых, по скорости нажатия на педаль газа блок управления понимает, хочет ли водитель ускориться резко – и если да, то дополнительно обогащает смесь.

Ключевой роли датчик положения заслонки в таких системах не играет. Его можно вовсе отключить, и почти не почувствовать разницы. Блок управления зарегистрирует код ошибки (например, P0120), но в целом двигатель продолжит работать штатно, хотя возможно, по ощущениям мотор станет чуть «тупее» — как раз из-за того, что блок управления перестанет понимать, насколько быстро необходимо ускориться, и не будет дополнительно обогащать смесь. Возможны и дополнительные эффекты, например, на автомобиле Jeep Grand Cherokee поколения WJ (1999-2005 год выпуска) с двигателем 4.0 отсутствие сигнала с датчика положения заслонки приводило к тому, что АКПП переводилась в аварийный режим и не переключалась выше третьей передачи. Тем не менее, самому двигателю этот датчик был не слишком важен.

Заслонки с электроприводом

Со временем экологические нормы ужесточались. Одна из особенностей механического привода заслонки с этими нормами не уживалась. При резком нажатии на педаль газа заслонка также открывалась очень быстро. Это приводило к резкому повышению давления во впуске. Из-за этого бензин из топливовоздушной смеси конденсировался и не сгорал, фактически «вылетая в трубу» — что не слишком хорошо с точки зрения экологии. Кроме того, заслонку с механическим приводом сложнее увязать с электронно-управляемыми АКПП и другими системами. По совокупности причин автопроизводители перешли на заслонку с электроприводом. В этом случае прямой механической связи между заслонкой и педалью акселератора нет, блок управления сам открывает заслонку на нужный угол, исходя из показаний датчика положения педали акселератора. Такой механизм сделал ненужным РХХ, несколько упростив конструкцию.

Блок управления получает показания с датчика положения педали акселератора, получая «желаемое» значение заслонки, получает показания с датчика положения заслонки, получая фактическое положение, и на основании этого решает, какое управляющее воздействие надо подать на электропривод заслонки. Исходя из этой же совокупности факторов решается и вопрос о необходимости дополнительного обогащения смеси. Если педаль газа отпущена, блок управления при необходимости самостоятельно приоткрывает заслонку на угол, необходимый для поддержания стабильных оборотов ХХ.

Каждый из датчиков положения в такой системе дублируется, и это критически важный факт, так как при отсутствии достоверного сигнала с педали акселератора блок управления просто не поймет, на какой угол надо открывать заслонку, а при отсутствии достоверного сигнала с датчика положения заслонки – не поймет ее текущего состояния. Поэтому в ситуации с ошибкой по одному из датчиков блок управления, в целом, вполне имеет право перейти в аварийный режим – не исключено, что для того, чтобы мотивировать водителя поскорее решить возникшую проблему.

«Гибридный» привод

На некоторых автомобилях, например, Chevrolet Lacetti, привод заслонки осуществляется тросиком, однако при полностью отпущенной педали газа заслонка управляется электроприводом для поддержания холостого хода. Принципиальная схема такой системы выглядит так:

Сложно сказать, какие выгоды несет в себе использование такой конструкции – РХХ конструктивно проще, чем заслонка с электроприводом. Можно предположить, что в конечном итоге такая конструкция получается дешевле за счет унификации впускного тракта, но достоверной информации на этот счет нет.

Практика

Мы будем обсуждать только конструкцию с полностью электронным приводом, как используемую во всех современных автомобилях, отвечающих актуальным экологическим нормам.

Хотя, как уже говорилось выше, показания датчиков положения в такой системе и дублируются, тем не менее, показания одного датчика не совпадают с другим, а находятся в определенной зависимости. Как правило, применяется одна из двух схем.

Уровень сигнала одного датчика ровно в два раза выше уровня сигнала со второго датчика. Так, например, сделано у датчиков положения педали акселератора на автомобилях Nissan:

2. Уровни сигналов с двух датчиков в сумме равны 5 В, независимо от положения. Так устроены датчики положения заслонки на автомобилях VAG:

Теперь с помощью MotorData OBD посмотрим на то, как это реализовано в автомобиле Mitsubishi Outlander XL с двигателем 6B31 (трехлитровый бензиновый V6). Здесь установлена заслонка с полностью электронным приводом.

Вот так выглядят сигналы с датчиков положения заслонки. Видно, что их сумма в каждый момент времени равна 5 В

Вот так выглядят сигналы с датчиков положения педали. Видно, что в каждый момент времени сигнал с одного датчика ровно в два раза выше сигнала с другого датчика.

И заведем автомобиль. Как ни странно, он заводится совершенно штатно, и даже абсолютно нормально реагирует на прогазовку – вплоть до 2500 об./мин, когда начинает «захлебываться». Впору подумать, что японцы умудрились реализовать беспроводное управление заслонкой. Но на самом деле, конечно, все проще – при невозможности управлять заслонкой, блок управления дополнительно обогащает смесь, о чем наглядно свидетельствует характерный запах выхлопа.

Теперь глушим автомобиль и снова подключаемся через MotorData OBD. Видно, что блок управления зарегистрировал ошибки P0123 и P0222 по цепям датчиков положения заслонки. Или датчиков положения педали – стандарт OBD в этом смысле безжалостен и конкретнее ошибку не описывает:

В данном случае мы ее создали – мы ее и удаляем, предварительно устранив причину, то есть, надев разъем. А в целом, поиск такой причин такой ошибки относится к числу простых неисправностей – надо последовательно убедиться в целостности проводки от блока управления до заслонки, в наличии «земли» и питания (+5В) на разъеме датчика, а после – проверить сам сигнал. В идеале, конечно, это делается с помощью осциллографа, который позволит убедиться в отсутствии «шумов», но в большинстве случаев достаточно и мультиметра. Хотя в сущности проверка сводится лишь к необходимости убедиться, что виновата не проводка – поменять датчик отдельно чаще всего нельзя, а заслонка в сборе стоит слишком дорого, чтобы менять ее, опираясь только на код ошибки. Все то же самое применимо и к датчику положения педали акселератора.

Адаптация заслонок

Пару слов надо сказать о такой сущности, как адаптация. Управление электроприводом заслонки в бензиновом моторе – задача нетривиальная, так как необходимо очень точное позиционирование заслонки. При этом необходимо учитывать ряд факторов, все из которых известны только авторам управляющего ПО в блоке управления. Совершенно точно учитывается жесткость пружины, возвращающей заслонку в закрытое положение. Кроме того, на заслонку действует поток воздуха, проходящий в двигатель – это усилие также изменяется, и его также необходимо учитывать при управлении электроприводом.

Для корректной работы заслонки блок управления учитывать параметры, свойственные конкретному экземпляру заслонки. Эту процедуру в обиходе называют «адаптацией заслонки», хотя фактически, конечно, саму заслонку ни к чему не адаптируют. Наоборот, адаптируется блок управления к параметрам заслонки. Например, он вводит поправочный коэффициент для жесткости пружины. Его он оценивает, «взводя» заслонку в полностью открытое положение, отключая электродвигатель и замеряя время возвращения заслонки из полностью открытого в полностью закрытое положение. Тогда же, вероятно, снимаются значения датчиков, соответствующие полностью открытому и полностью закрытому положению заслонки.

При работе двигателя через заслонку проходит не только воздух, но также и картерные газы из системы вентиляции. Несмотря на то, что они предварительно проходят маслоотделитель, какое-то микроскопическое количество масла в них остается. Все это оседает на заслонке, постепенно изменяя проходное сечение воздуховода при «почти полностью» закрытой заслонке – иными словами, в режимах холостого хода.

Загрязненная дроссельная заслонка

Блок управления учитывает и это. Поэтому процедура адаптации требуется не только при замене заслонки, но также и после ее чистки. На многих автомобилях процедура адаптации может быть выполнена без использования сканера, с помощью определенной последовательности действий. Более того, на некоторых автомобилях именно такая процедура является штатной и официально рекомендуемой в технологических инструкциях (в частности, на Lada X-Ray).

Ремонт дроссельных заслонок

Поскольку электронная заслонка – механизм сложный, то и неисправностей у него может быть много. Вероятно, самая частая – выход из строя датчиков положения, как правило, из-за того, что протирается дорожка потенциометра. Нередко изнашиваются зубья на шестернях привода. Бывает и так, что из строя выходит и электродвигатель.

Все эти неисправности имеют одно общее качество – производитель не предусматривает ремонта узла, позволяющего обойтись «малой кровью». Официальный сервис-мануал всегда будет рекомендовать замену узла в сборе. Это не значит, что ремонт невозможен, но для проведения этого ремонта однозначно потребуется обладать прямыми руками, аккуратностью и готовностью к техническому творчеству. В силу отсутствия такового опыта, каких-то конкретных рекомендаций в этом разделе приведено не будет.

Часто встречающиеся ошибки по датчикам положения

Во многих статьях в интернете существуют перечни ошибок, в соответствие которым приводятся вероятные причины их возникновения. При всем уважении к труду авторов, однако, следует заметить – все эти описания в значительной степени бессмысленны по следующим причинам:

1) Все очень зависит от конкретного условия возникновения кода ошибки, а эти условия могут варьироваться в зависимости от производителя даже для стандартных кодов ошибок.

2) Ошибки по системе управления дросселем часто формируются с номерами, специфичными для конкретного производителя. Распространенные коды ошибок для Toyota никак не помогут в диагностике кодов ошибок для Renault, например.

Впрочем, есть и особенность – так, например, в числе стандартных кодов ошибок OBD2 не предусмотрено отдельных кодов для ошибок по датчику положения педали и по датчику положения заслонки. Характерное название ошибки будет звучать так: «P0120 Throttle Position Sensor/Switch A Circuit Malfunction». Поэтому, конечно, особо важной является возможность прочитать ошибки именно по заводскому протоколу.

А в общем рекомендация остается прежней. Для полноценной диагностики нужна документация и подходящий инструмент – светлая голова, мультиметр и программа MotorData OBD.

Москва, г. Зеленоград [email protected]

Профилактика использования

Сама по себе дроссельная заслонка рассчитана на весь срок эксплуатации автомобиля, то есть, не имеет периодичности замены. Поэтому ее замену выполняют при выходе узла строя по причине механической поломки, выхода из строя всего двигателя или по другим критическим причинам. Чаще из строя выходит упомянутый выше датчик положения дроссельной заслонки. Соответственно, он и подлежит замене.

Для нормальной эксплуатации двигателя дроссельную заслонку необходимо периодически чистить и перенастраивать. Делать это можно либо при появлении указанных выше признаков поломки, либо просто периодически с тем, чтобы не доводить ее до такого состояния. В зависимости от качества используемого топлива и условий эксплуатации машины чистить дроссельную заслонку рекомендуется при процессе замены моторного масла, то есть, через каждые 15…20 тысяч километров пробега.

Что лучше, механическая или электрическая заслонка?

Спорить о том, какая система лучше, занятие неблагодарное. Зависит от того, какие приоритеты у автовладельца.

К примеру, механический дроссель можно считать «прошлым веком», поскольку не ставится на современные автомобили, но в то же время он отлично выполняет свои функции. И имеет однозначные плюсы: меньше слабых мест (каждый дополнительный датчик или моторчик – дополнительная деталь, которая может поломаться) и простота ремонта или замены. Однако будем откровенны, с сегодняшними стандартами экономии топлива и экологической безопасности механической заслонке уже не справиться.

Электронный дроссель имеет больше шансов на поломку, даже чисто статистически, ведь в нём есть дополнительные элементы. Как только любой датчик выходит из строя, начинаются «танцы с бубном» и поиск ошибок. Однако представить современный автомобиль без точного и тонкого управления двигателем, для чего нужна именно электронная заслонка – просто невозможно. Поэтому механические дроссели потихоньку уходят в прошлое, а им на смену приходит электроника.

Симптомы неисправности электронного дросселя

Как и любая другая деталь автомобиля, система управления дроссельной заслонкой также может подвергаться повреждениям и износу. Есть признаки и симптомы, на которые следует обращать внимание, чтобы защитить автомобиль от дальнейших повреждений.

У машины могут быть рывки и провалы при ускорении, она может дергаться при разгоне. Возможны пропуски зажигания. Если вы заметили какие-либо из этих симптомов или резкое переключение передач, то возможно есть проблема с электронным дросселем.
Неисправности электронного управления дроссельной заслонкой могут вызывать проблемы при переключении передач. Это может быть ощущение залипания или медленное переключение между передачами. Возможна проблема с выходом из определенной передачи, как будто она застряла.
Ещё одним признаком неисправности ЭД являются проблемы с отображением силовых характеристик. Это означает, что автомобиль будет отображать неправильные данные или данные, которые невозможны в текущей ситуации.
Двигатель может глохнуть без какой-либо видимой причины. Это может быть признаком серьезной проблемы и даже привести к повреждению двигателя, поэтому эту проблему необходимо устранить как можно скорее.
Дополнительным признаком, который может указывать на необходимость проверки Е-газ, является то, что у вас появляются быстрые и непреднамеренные скачки скорости во время вождения. Это большая проблема безопасности, поскольку это может произойти, когда вы позади другой машины или на повороте.
На приборной панели может гореть лампочка Check Engine. Это является признаком какой-то неисправности, обнаруженной ЭБУ. Узнать ошибку и причину неисправности можно с помощью диагностического сканера или адаптера ELM327 с программой Torque.
И последний симптом неисправности электронного управления дроссельной заслонкой — это резкое увеличение расхода топлива. Если вы понимаете, что не можете проехать так же много километров на таком же объёме топлива как раньше, это явный признак того, что нужно сделать диагностику автомобиля.