Дроссельные устройства, назначение, принцип действия и характеристики. Фильтры
Дроссельные устройства в гидроприводах применяются для ограничения или регулирования расхода жидкости и представляют собой гидравлические сопротивления. Дроссельными устройствами могут быть нерегулируемые гидравлические сопротивления, или гидравлические демпферы, и регулируемые гидравлические сопротивления (дроссели). Гидравлические демпферы применяются для стабилизации работы аппаратуры и механизмов гидроприводов за счет дросселирования жидкости при колебаниях давления в нестационарных процессах.
При прохождении жидкости через щель дросселя часть располагаемой энергии жидкости теряется на преодоление сопротивления щели, что приводит к снижению скорости гидродвигателя. При дроссельном регулировании располагаемая энергия, получаемая от насоса, должна всегда превышать потребную энергию, необходимую для движения гидродвигателя с заданной скоростью. По форме регулируемой щели дроссели разделяют на щелевые и канавочные.
На рис. 5.13 показан дроссель типа Г-77, который состоит из корпуса 1, передней крышки 2, задней крышки 3, дросселя 4, лимба 5, уплотнителя б, шкалы 7, гайки 8. Жидкость в дроссель подводится через отверстие 9 и, пройдя щель 10, отводится через отверстие 11.
В зависимости от углового положения щели дросселя 4 относительно оси 0-0 проходное сечение щели изменяется, что соответственно увеличивает или уменьшает расход жидкости, проходящей через дроссель. При настройке гайка 8 отжимается для свободного поворота дросселя 4. Отрегулированное и установленное необходимое сечение щели фиксируется гайкой 8, которая поджимается к лимбу 5.
В качестве дроссельных устройств применяют также специальные управляющие дроссельные золотники, рис.5.14, позволяющие плавно изменять скорость жидкости в трубопроводах за счет изменения площади рабочего окна.
В управляющем золотнике 2 жидкость подвергается двойному дросселированию. Из насоса 1 жидкость под давлением поступает в золотник. При смещении золотника от нейтрального положения в золотнике образуется два проходных окна: на входе в гидродвигатель 3 и на выходе из него. Дросселирование жидкости через эти окна сопровождается потерей энергии, которая обуславливает потерю давления.
В идеальном управляющем золотнике ширина пояска плунжера должна быть равна ширине дросселирующего окна, рис. 5.15а. Однако на практике для повышения чувствительности часто делают золотники с протоком жидкости, рис. 5.15б. Ширина пояска плунжера этих золотников меньше ширины окна на несколько микрометров. Применяются управляющие золотники и с перекрытием в несколько микрометров. Золотники с перекрытием, в нейтральном положении имеют значительно меньшую утечку, но зона чувствительности такого золотника увеличивается.
Фильтры предназначены для предохранения масла от засорения и его очистки от посторонних твердых примесей. Обычно в резервуарах сброса масла устанавливают два фильтра: воздушный и масляный.
Системы гидропередач имеют большое количество устройств, в которых каналы для прохода жидкости (щели, зазоры) имеют малые размеры. В узких щелях происходит облитерация, т.е. задержка молекул гидравлической жидкости на стенках канала, которая приводит к увеличению гидравлического сопротивления и уменьшению скорости течения. Если в жидкости имеются посторонние примеси, то такие каналы чаще засоряются, причем твердые частицы, попадая вместе с маслом в узкие пространства между перемещающимися друг относительно друга поверхностями (например в зазор между штоком и стенками цилиндра, который составляет 4¸6 мкм), вызывают абразивный износ поверхностей, что приводит к ухудшению работы системы.
Частицы, загрязняющие рабочую жидкость, обычно имеют размер не более 10 мкм, поэтому они двигаются вместе с потоком не оседая. Для их удаления используют фильтры.
Воздушный фильтр представляет собой сетку, свернутую в цилиндр, с числом отверстий, приходящихся на 1 см 2 равным 1000. Поверхность сетки покрыта пленкой масла и пылевидные частицы оседают на ней. Как воздушный, так и масляный фильтры требуют периодической очистки или смены фильтрующего элемента. Время работы фильтра зависит от запыленности атмосферы, в которой работает машина.
Кроме этого, чистка фильтров осуществляется сезонно: при переходе с зимнего на летний сезон и наоборот.
Материалом для фильтра служит бумага, прессованная и штампованная в виде колец, пластин и др., никелевая фольга, проволока из монель-металла, из которой готовится сетчатая ткань различных профилей, латунь и ряд других материалов.
На рис. 5.16 изображен фильтр простейшей пластинчатой конструкции. В последнее время начинают широко применяться металлокерамические фильтры, получаемые путем спекания шариков из соответствующих материалов. Выбор материала и крупности шариков зависит от химических свойств жидкости, предполагаемого характера загрязнений, температуры и давления. Широкое применение имеет бронза, углеродистая и нержавеющая стали, титан, карбиды титана, вольфрам. Такие фильтры способны отфильтровать частицы крупностью до 0,5 мкм. Максимальный диаметр частиц загрязнителя, которые могут пройти через такой зернистый фильтр, определяется по формуле:
,
Кроме указанных материалов в фильтрах тонкой очистки применяют фетр и металлическую сетку саржевого плетения. Из-за малости размеров пор фильтрующих элементов и, следовательно, малых значений чисел Рейнольдса для течений в этих порах, зависимость перепада давлений на фильтре тонкой очистки обычно является линейной, а коэффициент сопротивления такого фильтра обратно пропорционален числу Рейнольдса.
Надежность работы фильтров является одним из факторов, определяющих надежность работы гидравлических систем.
Дроссельные устройства служат для регулирования расхода жидкости на отдельных участках магистрали, а также для изменения скорости исполнительных механизмов. Дроссели бывают регулируемые и нерегулируемые.
Нерегулируемый дроссель может быть в простейшем виде представлен в виде шайбы, имеющей калибровальное отверстие. В дросселях этого типа потери энергии связаны с отрывом потока и вихреобразованием. Сопротивление этого типа дросселей мало зависит от вязкости и, следовательно, температуры масла. Недостатком этих дросселей является трудность подборки.
В гидроприводе чаще применяют дроссели, где сопротивление изменяют путем изменения длины или сечения проходного отверстия.
Нa рис. 74 показан регулируемый дроссель, состоящим из корпуса и помещенного в него плунжера с вращающейся рукояткой. Масло подводится к корпусу и но отверстию в плунжере подается к выходной конусной проточке регулирования дросселирования. При поворачивании плунжера рукояткой изменяются длина и сечение рабочей части конусной канавки и за счет этого расход.
Рассмотрим типовую схему работы систем управления на примере управления гидроцилиндром (рис. 75). При включении золотника на опускание штока
Рис. 75. Схема управления гидроцилиндром
1, 2 – клапаны; 3 – распределитель
Масло проходит через редуктор и дроссель. Верхний обратный клапан закрыт, масло из нижней части полости уходит через нижний обратный клапан. При ходе вверх масло поступает через дроссель, нижний обратный клапан закрыт. Из верхней полости масло возвращается через обратный клапан. Таким образом достигается независимое регулирование движением штока в двух направлениях. Как видно из схемы, линия управления на редуктор врезана после дросселя. Таким образом редуктор поддерживает постоянный перепад давления на дросселе, который зависит от скорости движения жидкости и не зависит от давления. Скорость движения поршня вперед не будет зависеть от нагрузки.
Все золотники установлены с зазорами, поэтому они не обеспечивают надежную фиксацию поршня в промежуточных положениях. Для этих целей применяют гидрозамки, которые при отсутствии давления после золотника запирают полости цилиндра клапанами 1 и 2. При подводе давления к одной из полостей клапаны отжимаются: один – потоком жидкости под седло клапана, второй – по линии управления встроенным в клапан поршнем. При снятии давления клапаны поджимаются к седлам пружинами и дополнительным давлением из полостей цилиндра. Односторонние замки представляют собой управляемые обратные клапаны. При движении поршня назад масло поступает через дроссель.
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.
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.
,
