K čemu slouží škrticí klapka?

Existují fráze, které na první pohled nevyžadují další vysvětlení, ale pokud se nad tím zamyslíte, bez vysvětlení neznamenají absolutně nic. Mezi těmito frázemi je „chyba plynu“. Když něco takového slyšíte, zdá se vám vše jasné. Ale ve skutečnosti není nic jasné. V dnešním článku to napravíme – bude jasné, jaké chyby plynu existují, co je způsobuje a jaké důsledky jim čelí.

Co je to škrticí klapka a proč je potřeba?

Škrtící klapka je mechanismus umístěný v sacím potrubí motoru. Účelem tohoto mechanismu je regulovat množství vzduchu vstupujícího do motoru. Škrtící ventil je vyžadován u benzínového motoru a často se vyskytuje u dieselových motorů. Navzdory stejnému principu fungování jsou úkoly v benzínových a naftových motorech zásadně odlišné.

U benzínových motorů je škrticí klapka hlavním nástrojem, který řídí otáčky motoru. Je to poloha tlumiče, kterou řidič ovládá sešlápnutím plynového pedálu. Čím více je otevřená, tím více vzduchu vstupuje do válců za jednotku času, čím vyšší jsou otáčky, tím vyšší je vyvinutá síla. Složení směsi je vždy přibližně stejné a blízké stechiometrickému – to je poměr vzduchu a paliva 14.7:1. S jinými kompozicemi nebude směs optimálně hořet. Pokud je plyn z benzínového motoru odstraněn, nebude možné normálně ovládat rychlost.

U dieselového motoru je situace jiná. Obecně platí, že pro běžný provoz naftového motoru není tlumič potřeba. Vzduch vstupuje do vznětového motoru bez překážek a vyvinutá rychlost a výkon závisí pouze na množství paliva dodávaného do válců. A řidič při sešlápnutí plynového pedálu u dieselového auta neřídí polohu škrticí klapky, ale množství dodávaného paliva. Na dieselových motorech přitom stále existují tlumiče, které ale plní zcela jiné funkce. Velmi zjednodušeně jsou dva: za prvé může řídící jednotka úplně uzavřít klapku, aby zastavila motor (normálně nebo v nouzovém režimu – není tak důležité); za druhé, pokud zavřete klapku, objeví se v prostoru mezi klapkou a válcem podtlak, který pomůže zlepšit recirkulaci výfukových plynů (EGR).

Vše, co bude řečeno níže, platí pouze pro benzínové motory. O tlumičích vznětových motorů vyjde samostatný článek a doprovodné video.

Konstrukce tlumiče

Takhle vypadá tlumič, když ignorujete trim a jedete. Toto je prostě deska (nejčastěji kovová, ale na mnoha moderních autech je také plastová), která se otáčí uvnitř vzduchového potrubí na ose:

Konstrukce tlumiče prošla za léta automobilové evoluce mnoha změnami, které se však dotkly především jeho pohonu.

Mechanické tlumiče

Zpočátku byl plynový pedál spojen s tlumičem kabelem. To bylo provedeno dávno před příchodem vstřikovacích systémů, elektronického řízení a dalších moderních výdobytků moderního designového myšlení. S příchodem elektronicky řízeného vstřikování zůstal pohon klapky mechanický, ale klapka byla doplněna o snímač polohy, jehož načítání zohlednila řídící jednotka, a samotný sací trakt byl doplněn o ovládání volnoběhu ( IAC) – mechanismus, který umožňuje vzduchu obtékat klapku, když je zcela uzavřena. Schéma takového systému vypadá takto:

V takových systémech se signál ze snímače polohy klapky používá ke dvěma účelům. Za prvé je to známka toho, že motor běží naprázdno – pomocí něj řídicí jednotka pochopí, zda je třeba otevřít IAC. Za druhé, podle rychlosti sešlápnutí plynového pedálu řídící jednotka pochopí, zda chce řidič prudce zrychlit – a pokud ano, směs dále obohatí.

Snímač polohy klapky nehraje v takových systémech klíčovou roli. Můžete jej úplně vypnout a rozdíl téměř necítíte. Řídící jednotka zaregistruje chybový kód (například P0120), ale obecně bude motor nadále fungovat normálně, i když je možné, že se motor bude cítit trochu „hloupěji“ – právě proto, že řídicí jednotka již nebude rozumět jak rychle potřebuje zrychlit, a nebude dále obohacovat směs. Dodatečné efekty jsou možné také např. u Jeepu Grand Cherokee generace WJ (1999-2005) s motorem 4.0, nedostatek signálu ze snímače polohy plynu vedl k uvedení automatické převodovky do nouzového režimu a nepřeřazení výše třetí rychlostní stupeň. Pro samotný motor však tento senzor nebyl příliš důležitý.

Motorizované tlumiče

Postupem času se ekologické předpisy zpřísnily. Jedna z vlastností mechanického pohonu tlumičů těmto normám nezapadala. Při prudkém sešlápnutí plynového pedálu se velmi rychle otevře i plyn. To vedlo k prudkému zvýšení tlaku v sání. Benzín ze směsi vzduch-palivo kvůli tomu kondenzoval a nehořel, vlastně „vylétl komínem“ – což z hlediska životního prostředí není příliš dobré. Mechanicky poháněný tlumič se navíc obtížněji integruje s elektronicky řízenými automatickými převodovkami a dalšími systémy. Automobilky z kombinace důvodů přešly na elektricky ovládaná tělesa škrticí klapky. V tomto případě neexistuje přímé mechanické spojení mezi tlumičem a plynovým pedálem, samotná řídicí jednotka otevře tlumič do požadovaného úhlu na základě údajů snímače polohy plynového pedálu. Tento mechanismus učinil IAC zbytečným, což poněkud zjednodušilo design.

Řídící jednotka přijímá údaje ze snímače polohy plynového pedálu, přijímá „požadovanou“ hodnotu tlumiče, přijímá údaje ze snímače polohy tlumiče, přijímá aktuální polohu a na základě toho rozhoduje, jaká řídicí akce má být aplikována na elektrický pohon tlumiče. Na základě stejného souboru faktorů se rozhoduje o otázce potřeby dodatečného obohacení směsi. Pokud je plynový pedál uvolněn, řídící jednotka v případě potřeby samostatně otevře plyn do úhlu potřebného pro udržení stabilních volnoběžných otáček.

Každý z polohových snímačů v takovém systému je duplikován, a to je kriticky důležitá skutečnost, protože při absenci spolehlivého signálu z plynového pedálu řídicí jednotka jednoduše nepochopí, v jakém úhlu by měla být klapka otevřena a při absenci spolehlivého signálu ze snímače polohy klapky nerozumí aktuálnímu stavu. Proto v situaci s chybou v jednom ze snímačů má řídicí jednotka obecně právo přejít do nouzového režimu – je možné, že za účelem motivace řidiče k rychlému vyřešení problému.

„Hybridní“ pohon

U některých vozů, například Chevrolet Lacetti, je tlumič poháněn lankem, ale při úplném uvolnění plynového pedálu je tlumič ovládán elektricky, aby se udržely volnoběžné otáčky. Schéma takového systému vypadá takto:

Těžko říci, jaké výhody použití takového provedení přináší – IAC je konstrukčně jednodušší než tlumič s elektrickým pohonem. Dá se předpokládat, že toto provedení je nakonec levnější díky sjednocení sacího traktu, ale o této věci neexistují žádné spolehlivé informace.

Diskutovat budeme pouze o plně elektronickém provedení pohonu, jaké se používá u všech moderních vozů splňujících současné ekologické normy.

Ačkoli, jak bylo uvedeno výše, údaje snímačů polohy v takovém systému jsou duplikovány, přesto se údaje jednoho snímače neshodují s druhým, ale jsou v určitém vztahu. Obvykle se používá jedno ze dvou schémat.

Úroveň signálu jednoho snímače je přesně dvojnásobkem úrovně signálu druhého snímače. To se provádí například pomocí snímačů polohy plynového pedálu na vozech Nissan:

2. Úrovně signálu ze dvou snímačů se sčítají až o 5 V, bez ohledu na polohu. Takto jsou uspořádány snímače polohy tlumičů na vozech VAG:

Nyní se pomocí MotorData OBD podívejme, jak je to implementováno v Mitsubishi Outlander XL s motorem 6B31 (benzínový třílitr V6). Je zde instalována klapka s plně elektronickým pohonem.

Takto vypadají signály ze snímačů polohy klapek. Je vidět, že jejich součet v každém časovém okamžiku je 5 V

Takto vypadají signály ze snímačů polohy pedálů. Je vidět, že v každém okamžiku je signál z jednoho senzoru přesně dvakrát vyšší než signál z druhého senzoru.

A nastartujeme auto. Kupodivu startuje úplně normálně a dokonce i naprosto normálně reaguje na sešlápnutí plynu – do 2500 ot./min., kdy se začne „dusit“. Je snadné si myslet, že se Japoncům podařilo implementovat bezdrátové ovládání tlumiče. Ale ve skutečnosti je vše samozřejmě jednodušší – pokud nelze ovládat tlumič, řídící jednotka směs dále obohacuje, o čemž jasně svědčí charakteristický zápach výfuku.

Nyní auto vypneme a znovu se připojíme přes MotorData OBD. Je vidět, že řídící jednotka registrovala chyby P0123 a P0222 v obvodech snímače polohy klapky. Nebo snímače polohy pedálu – norma OBD je v tomto smyslu nemilosrdná a chybu konkrétněji nepopisuje:

V tomto případě jsme ji vytvořili – odstraníme ji, nejprve odstraníme příčinu, to znamená nasazením konektoru. Obecně však platí, že hledání příčin takové chyby je jednou z nejjednodušších poruch – musíte důsledně kontrolovat integritu kabeláže od řídicí jednotky k klapce, přítomnost uzemnění a napájení (+5V) na snímači konektor a poté zkontrolujte samotný signál. V ideálním případě se to samozřejmě provádí pomocí osciloskopu, který zajistí, že nedojde k žádnému „šumu“, ale ve většině případů stačí multimetr. I když v podstatě kontrola spočívá pouze v nutnosti ujistit se, že chyba není v kabeláži – nejčastěji není možné vyměnit snímač samostatně a sestava klapky je příliš drahá na to, aby se změnila pouze na základě na chybovém kódu. Totéž platí pro snímač polohy plynového pedálu.

Adaptace tlumiče

Je třeba říci několik slov o takové entitě, jako je adaptace. Ovládání elektrického pohonu klapky u benzínového motoru je netriviální úkol, protože je vyžadováno velmi přesné umístění klapky. V tomto případě je nutné vzít v úvahu řadu faktorů, které všechny znají pouze autoři řídicího softwaru v řídicí jednotce. Přesně se zohledňuje tuhost pružiny, která vrací tlumič do zavřené polohy. Tlumič je navíc ovlivňován prouděním vzduchu procházejícím do motoru – tato síla se také mění a také je třeba s ní počítat při ovládání elektrického pohonu.

Pro správnou funkci klapky musí řídící jednotka zohlednit parametry specifické pro konkrétní instanci klapky. Tomuto postupu se lidově říká „přizpůsobení klapky“, i když ve skutečnosti samozřejmě samotný tlumič není k ničemu přizpůsoben. Řídicí jednotka se naopak přizpůsobuje parametrům tlumiče. Například zavádí korekční faktor pro konstantu pružiny. Ten vyhodnotí „natažením“ klapky do plně otevřené polohy, vypnutím elektromotoru a měřením doby, za kterou se klapka vrátí z plně otevřené do plně zavřené polohy. Současně se pravděpodobně odebírají hodnoty snímačů odpovídající plně otevřené a plně zavřené poloze klapky.

Když motor běží, klapkou prochází nejen vzduch, ale také plyny z klikové skříně z ventilačního systému. Navzdory tomu, že nejprve projdou odlučovačem oleje, nějaké mikroskopické množství oleje v nich zůstane. To vše se usazuje na klapce a postupně mění průtokovou plochu vzduchového potrubí, když je klapka „téměř úplně“ uzavřena – jinými slovy v klidových režimech.

Špinavý škrticí ventil

Řídící jednotka s tím také počítá. Adaptační postup je tedy nutný nejen při výměně klapky, ale i po jejím vyčištění. U mnoha vozů lze adaptační postup provést bez použití skeneru s použitím určité sekvence akcí. Navíc u některých vozů je tento konkrétní postup standardní a oficiálně doporučený v technologických pokynech (zejména u Lada X-Ray).

Oprava škrtící klapky

Protože elektronická klapka je složitý mechanismus, může mít mnoho poruch. Pravděpodobně nejčastější je porucha snímačů polohy, obvykle z důvodu opotřebení dráhy potenciometru. Zuby na hnacích kolech se často opotřebovávají. Stává se také, že selže elektromotor.

Všechny tyto poruchy mají jednu věc společnou – výrobce nezajišťuje opravu jednotky, což vám umožní vyjít s „malou krví“. Oficiální servisní příručka vždy doporučí výměnu sestavy. To neznamená, že opravy jsou nemožné, ale k provedení této opravy budete určitě potřebovat rovné ruce, přesnost a ochotu být technicky kreativní. Vzhledem k nedostatku takových zkušeností nebudou v této části uvedena žádná konkrétní doporučení.

Běžné chyby u snímačů polohy

Mnoho článků na internetu obsahuje seznamy chyb, které jsou spojeny s pravděpodobnými příčinami jejich vzniku. Při vší úctě k práci autorů je však třeba poznamenat, že všechny tyto popisy jsou do značné míry nesmyslné z následujících důvodů:

1) Vše velmi závisí na konkrétních podmínkách, za kterých se chybový kód vyskytl, a tyto podmínky se mohou lišit výrobce od výrobce, a to i u standardních chybových kódů.

2) Chyby v systému ovládání škrticí klapky jsou často generovány s čísly specifickými pro konkrétního výrobce. Běžné chybové kódy pro Toyotu nepomohou při diagnostice chybových kódů například pro Renault.

Existuje však také zvláštnost – například mezi standardními chybovými kódy OBD2 nejsou samostatné chybové kódy pro snímač polohy pedálu a snímač polohy škrticí klapky. Typický název chyby bude: „P0120 Porucha obvodu snímače polohy/spínače A“. Důležitá je proto samozřejmě především schopnost číst chyby přesně podle továrního protokolu.

Obecně ale doporučení zůstává stejné. Pro plnou diagnostiku potřebujete dokumentaci a vhodný nástroj – čistou hlavu, multimetr a program MotorData OBD.

Bochkanov Jevgenij Alexandrovič
© Legion-Avtodata
Moskva, Zelenograd
[email protected]