スロットル

科目：

一般
モノポイントインジェクションシステム用スロットルバルブ
マルチポイントインジェクションシステムのスロットルバルブ
アイドル制御
大型エンジンのスロットルバルブ制御
スロットルポジションセンサー
電子アクセルペダル（スロットルバイワイヤー）

一般：
すべてのガソリンエンジンにはスロットルバルブが付いています。スロットルバルブはシリンダーに入る空気の量を調整できます。ディーゼルエンジンにもスロットルバルブはありますが、エンジン運転中は常に全開になっています。これは、ディーゼルエンジンが余剰空気で動作するためです。ディーゼルエンジンのスロットルバルブは、エンジンをスムーズに停止できるようにするためにのみ機能します。バルブが閉じると空気の供給が遮断されます。その後、エンジンがすぐに停止します。したがって、燃料供給は停止される。ディーゼルエンジンではスロットルバルブではなくスロットルバルブとも呼ばれます。実際、ガソリンエンジンのスロットルバルブはスロットルバルブでもあり、全負荷時を除くすべての条件下で空気が絞られます。

モノポイントおよびマルチポイント噴射システムに関する次の章は、もちろんガソリンエンジンに関するものです。

モノポイント噴射システムを備えたスロットルバルブ:
シングルインジェクションエンジンの場合 (モノポイント噴射システム) スロットルバルブの前にインジェクターが 4 つ取り付けられています。このインジェクターは燃料をスロットルバルブに直接噴射します。この技術は古いもので、新車にはもう使用されていません。なぜなら、このシステムには多くの欠点があるからです。インジェクターはスロットルバルブに噴射するため、そこで空気と混合します。インテークマニホールドは1気筒以上に分かれています。燃料量はすべてのシリンダーで常に正確に同じであるとは限りません。たとえば、シリンダー 4 は空気中の燃料を最も多く受け取りますが、シリンダー XNUMX ははるかに少ない燃料を受け取ります。したがって、システムは調整できないか、ほとんど調整できません。したがって、モノポイントの使用は、現在の環境要件を満たすには不適切です。
現在では、シリンダーごとにまったく同じ量の燃料を噴射する複数のインジェクターが使用されています。シリンダーごとに量を調整することもできます。これを私たちはそう呼んでいます多点噴射システム.

マルチポイントインジェクションシステムを備えたスロットルバルブ:
マルチインジェクション（多点噴射システム）を備えたエンジンでは、間接噴射用のインジェクターがスロットルバルブの後のインテークマニホールドに取り付けられます。インジェクターはエンジンの吸気バルブに噴射します。直接噴射では、インジェクターが燃焼室に直接噴射します。間接噴射エンジンと直噴エンジンの両方に、以下に示すようにスロットルボディが取り付けられています。例外は、バルブトロニック (BMW) およびマルチエア (フィアット) を備えたエンジンです。スロットルボディはインテークマニホールドとエアマスメーター付きチューブの間に取り付けられています。これは、電子アクセルペダル (ドライブバイワイヤー) またはスロットルケーブル (ボーデンケーブル) を使用して電気的に制御できます。

現在使用されているエンジン管理システムでは、スロットル位置制御が使用されています。スロットルバルブの調整モーターにより、スロットルバルブの位置を確実に変更できます。これはクルーズコントロールまたはアイドルコントロール用です。ポテンショメータースロットルバルブの位置を測定します。エンジンコントロールユニット (ECU) はポテンショメータから値を受け取り、作動モーターを制御してスロットルバルブをさらに開閉します。

アイドル制御:
加速するにはアクセルペダルを踏みます。スロットルバルブが開き、より多くの空気を吸入できるようになります。減速時またはアイドリング時はアクセルペダルを操作しません。ここではスロットルが閉じられています。空気の通り道を確保するためにアイドルコントロールが使用されます。アイドリング回転数は、エンジン管理システムによって可能な限り低く維持されます。アイドリング速度が低いほど、燃料消費量とエンジンの摩耗が少なくなります。アイドル速度が低すぎてはなりません。これにより、エンジンが不規則に回転し、エンストする可能性があります。望ましいアイドル速度は常に同じであるとは限りません。アイドル制御は、吸入空気の温度、エアコンのスイッチ、クラッチペダルやオートマチックトランスミッションのセレクターレバーの位置などに影響されます。速度制御の安定化は、さまざまな方法で実現できます。

充填レベル制御。点火時期の調整と組み合わせて使用することが最も一般的です。
混合物の組成を変更します。これは排気ガスに悪影響を及ぼし、制御範囲が制限されます。
点火時期を調整します。これも排出ガスに悪影響を及ぼしますが、非常に高速な制御が可能になります。
バルブタイミングを調整します。これにより、既存の充填レベル制御に加えて追加の制御オプションが提供されます。

充填レベル制御には、ガスバルブの外側の空気循環またはガスバルブの調整を可能にするバイパスバルブが使用されます。

バイパス弁：
バイパスバルブはスロットルバルブの外側の空気供給を開閉し、アイドル回転数を安定させます。下の画像は、左側に部分的に開いたスロットルバルブを示しています。右側では、開いたバイパスバルブにより、エンジンによって空気がバイパスダクトに引き込まれます。さらにスロットルバルブが開くとバイパスバルブが閉じます。結局のところ、バイパスはガスのバルブが閉じている場合にのみ必要です。エンジン管理システムは、バイパスバルブをどの程度開くべきかを決定します。スロットルバルブの開度を示すスロットルポジションセンサーは、気温センサーとともに必要な情報を提供します。

多くの場合使用されるバイパスは、パルス幅変調されたバネ式ソレノイドバルブです。モーター管理システムは、磁気コイルに PWM 信号を供給します。デューティサイクルを変更することで、バルブを開閉したり、その間の任意の位置に配置したりできます。バイパスバルブにはステッピングモーターを装備することもできます。

パルス幅変調バイパスソレノイドバルブ:
この図は、PWM 制御バイパスバルブの XNUMX つの図を示しています。プラグ接続の XNUMX つのピンから判断すると、これは多くの場合、XNUMX つのコイルを備えたバージョンです。 XNUMX つはバルブを開き、もう XNUMX つはバルブを閉じます。
下の図は XNUMX つのコイルの制御方法を示しています。「EFI メインリレー」（エンジンマネージメントコンピュータ用リレー）のスイッチがオンになると、マイクロプロセッサに電力が供給されます。 XNUMX つのトランジスタは ECU 内で制御されます。

このスイッチング方法により、下側のトランジスタが上側のトランジスタの PWM 信号を反転できます。 PWM 信号はミラーリングされます。これは、ISC1 と ISC2 (ECU の出力) に表示されるものです。 ECU は各コイルのデューティサイクルを変更します。 100 つの磁場の強さの違いにより、バルブの位置が決まります。周波数は 250 ～ XNUMXHz です。

De デューティサイクル制御オシロスコープで測定できます。下の画像では、バルブは半開状態（デューティキュクル 50%）です。 ISC1 と ISC2 では、正と負のパルスは等しくなります。

パルス幅変調スプリング式バイパスソレノイドバルブ:
XNUMX つのコイルを備えたアクチュエーターに加えて、XNUMX つのコイルを備えたアクチュエーターもよくあります。その場合、プラグ接続には PWM 制御用とアース線用の XNUMX つのピンが存在することがよくあります。休止時にはスプリングによりバルブが確実に閉じられます。これにより、XNUMX 番目のコイルが冗長になります。

ステッピングモーターを搭載したバイパス:
PWM 制御のバイパスバルブに加えて、ステッピングモーターによって調整されるバルブもあります。 ECUはコイルを制御します。ここをクリックするとステッピングモーターのページに移動します。

アクチュエーター付きスロットルボディ:
最新のエンジン管理システムは、アイドル速度を安定させるためにスロットル位置制御を使用します。別個のバイパスバルブを使用する必要はなくなりました。スロットル位置制御のすべてのコンポーネントはハウジング内にあります。二ポテンショメータ角度回転全体にわたってスロットルバルブの位置を登録します (画像の中央)。アイドリングを登録するアイドリングスイッチ（左）と合わせて信号がECUに送られます。スロットルバルブ内の DC または DC モーターは、スロットルバルブの位置を調整するために PWM 信号によって制御されます。ここでも、ステッピングモーターがスロットルバルブを回転させる可能性があります。

スロットルボディの内部は、スロットルバルブの角運動に応じてエアギャップが直線的に増加するように変更されています。これは非常に正確に聞こえます。したがって、スロットルバルブの交換または清掃後は、診断装置を使用してスロットル位置を基本設定に設定することが重要です。

大型エンジンのスロットルバルブ制御:
BMW の V12 エンジン (下の図を参照) などの大型エンジンでは、XNUMX つのスロットルバルブからの空気供給が少なすぎます。全負荷時、エンジンは非常に多くの空気を必要とするため、XNUMX つのスロットルバルブの直径では小さすぎます。したがって、スロットルボディは XNUMX つ取り付けられています。各シリンダー列に XNUMX つ。このバージョンには、エアフィルターハウジングが XNUMX つ、エアマスメーターが XNUMX つ、サクションパイプが XNUMX つあります。

スロットルポジションセンサー:
スロットルボディの中に、スロットルポジションセンサースロットルバルブの位置をエンジンマネジメントシステムのECUに送信します。スロットルバルブの位置により、吸入される空気の量が決まり、したがって噴射される燃料の量も決まります。 ECU は、スロットル位置に基づいて、動作条件に合わせてアイドル速度制御を調整できます。エンジンが冷えている場合、またはエアコンがオンになっている場合は、アイドル速度をわずかに上げる必要があるため、スロットルバルブをもう少し開く必要があります。「アイドル制御」のセクションを参照してください。

次の図では、XNUMX 本のワイヤで相互に接続されている ECU とポテンショメータが示されています。ポテンショメータはスロットルバルブに機械的に接続されています。スロットルバルブをひねるとランナーがずれます。

ピン 3 でポテンショメータは 5 ボルトの電源電圧を受け取ります。
ポテンショメータはピン 1 でグランドに接続されています。
ポテンショメータからの信号はピン 2 を介して ECU に送信されます。ワイパー (矢印) はこのワイヤに接続されています。

のカーボントラック上のランナーの位置ポテンショメーター出力電圧を決定します。ランナーが左端に配置されている場合、出力電圧は高くなります。電流は抵抗を横切って短い距離を移動するだけでよいため、吸収される電圧は少なくなります。ランナーが右に移動するほど、信号電圧は低くなります。ページ上: ポテンショメーター操作についてはさらに詳しく説明します。

マルチメータを使用すると、電源電圧と接地電圧を測定できます。これは 5,0 ボルトの安定化された電圧でなければなりません。オシロスコープを使用して信号電圧を測定することをお勧めします。マルチメータ測定では確認できない妨害が AM 信号で発生する可能性があります。以下の XNUMX つの図は、正しい信号 (滑らかな線) と干渉のある信号を示しています。信号は非常に短い時間内に独特の電圧降下を示します。

英語だけでなく、時にはオランダ語の文献でも、「TPS」という略語が使用されているのをよく目にします。これは「スロットルポジションセンサー」の略で、オランダ語の「スロットルポジションセンサー」を翻訳したものです。

電子アクセルペダル (スロットルバイワイヤー):
現在、スロットルバルブは電子制御されており、アクセルペダルとスロットルバルブの間に (機械的な) ケーブルは見当たりません。アクセルペダルの位置は XNUMX つの位置センサーによって記録され、エンジンマネジメントシステムの ECU に送信されます。 ECUは信号を比較することで信号の妥当性をチェックし、バルブが所定の位置になるようにスロットルアクチュエーター（調整モーター）を制御します。これをオランダ語で「スロットルバイワイヤ」と呼びます。配線によるスロットル制御です。

アクセルペダル位置センサーは、ハウジングまたはアクセルペダルの上部に取り付けられています。これらのセンサーからの信号は非常に正確で信頼性が高くなければなりません。信号の干渉によって、いかなる状況下でも意図しない加速やエンジン停止が発生することは望ましくありません。信頼性を確保するために、メーカーは次の XNUMX つの条件を満たしています。位置センサー追加：

メーカーは、両方のセンサーからの信号を異なる電圧レベルで送信することを選択できます。センサー 1 の信号電圧が 1,2 ボルトから 1,6 ボルトに増加すると、センサー 2 の信号電圧も 400 mV 増加しますが、2,2 ボルトから 2,6 ボルトに増加します。
もう 800 つのオプションは、2,9 つの同一の信号をミラーリングすることです。以下のスコープ画像は、この戦略を示しています。アクセルペダルを操作すると、チャンネル A (青) の信号が 4,3 mV から 2,2 ボルトに増加し、チャンネル B (赤) の信号が XNUMX ボルトから XNUMX ボルトに減少します。振幅の信号進行 (AM信号) 全く同じですが、鏡像になります。

XNUMX つの信号のうちの XNUMX つに誤動作がある場合、つまり信号が一時的にグランドに落ちたり、ノイズが発生したりすると、両方の信号に違いが見られます。その後、ECU はリンプモードに移行することを決定する場合があります。つまり、アクセルペダルの位置は信頼できなくなります。緊急モードでは、限られた電力しか利用できないため、速度を落として道路沿いの安全な場所、または場合によってはガレージまで運転することができます。

スロットルは直流電動機開いたり閉じたり。スロットル調整モーターは、 Hブリッジ制御されている。アクチュエータには、アクセルペダルと同様に 3 つのポテンショメータが装備されています。以下の XNUMX つの画像は、ダブルポテンショメータの XNUMX つのオプションを備えたスロットルコントロールモーター (XNUMX) を示しています。

ワイパーを上向きにしたポテンショメータ: 両方の信号は同一ですが、電圧レベルが異なります。
ランナーが互いに反対側にあるポテンショメータ: 信号は鏡像です。スロットルバルブが開いたときに一方の信号が High になると、もう一方の信号が減少します。

ページ上で Hブリッジ電動機の制御方法について説明します。ページ上でポテンショメーター位置センサーの動作と測定について詳しく説明します。