نگاهی به مجموعه دریچه گاز خودرو و انواع آن +تصاویر

پدال نیوز- پدال گاز، وسیله‌ای است که همگی ما به خوبی با آن آشنایی داریم؛ پدالی که تنها راه برقراری ارتباط راننده با پیشرانه و دستور دادن به آن است. عملکرد این عضو حیاتی در حقیقت در زیر کاپوت و در ابتدای منیفولد هوا تکمیل می‌شود؛ جایی که پدال گاز توسط فرمان‌بر خود، حجم هوای ورودی را کنترل می‌کند.

به گزارش پدال نیوز، این فرمان‌بر چیزی نیست جز مجموعه دریچه گاز؛ عضوی که در خصوص آن و شیوه‌های نگهداری و شست‌وشوی آن بسیار نوشته‌ایم اما در این نوشتار می‌خواهیم به اساس کار و انواع آن بپردازیم.

نفس کشیدن پیشرانه، در اختیار راننده
یک پیشرانه درون‌سوز برای تولید قدرت مورد نیاز ناچار است به صورت پیوسته کار کند. بنابراین نیازمند یک دور کاری حداقل است که بتواند به کار خود ادامه دهد. طبیعتا این دور کاری استاندارد هیچگاه قدرت و گشتاور مورد نیاز ما را برای حرکت در شرایط گوناگون تامین نمی‌کند، بنابراین نیازمند یک مجموعه کنترلی هستیم که راننده توسط آن بتواند پیشرانه را در دور دلخواه قرار دهد. مجموعه دریچه گاز توسط یک پدال، به‌سادگی این کار را برای ما انجام می‌دهد.
وظیفه اصلی دریچه گاز، کنترل حجم هوای در حال مکش به پیشرانه در هر لحظه است. به عبارتی این دریچه حجم هوایی که پیشرانه می‌تواند مکش کند را دستکاری می‌کند. طبیعتا پیشرانه به ازای دریافت حجم هوای کمتر، سوخت کمتری هم در تناسب با آن دریافت کرده و بالعکس. بنابراین سرعت دوران آن نیز به ازای این حجم از سوخت و هوای دریافتی تغییر می‌کند. هرچقدر پیشرانه بتواند هوا و سوخت بیشتری مکش کند، سریع‌تر خواهد چرخید. وظیفه تنظیم میزان سوخت پاشش شده بر اساس زاویه دریچه گاز نیز بر عهده سیستم سوخت‌رسانی است که در ادامه به چگونگی آن خواهیم پرداخت.

مجموعه دریچه گاز از چه اجزایی تشکیل شده است؟
فارغ از نوع، تمامی دریچه گازها ساختار کلی ثابتی دارند. این ساختار شامل یک بدنه (که به سبب داشتن مجاری مختلف هوزینگ نیز نامیده می‌شود)، یک محور و یک دریچه سوار شده ‌روی آن است. کورس حرکتی محور تمامی دریچه‌ گازها 90 درجه یا ربع دایره است که در حالت زاویه صفر یا حداکثر، دریچه گاز تخت بوده و مسیر کاملا آزاد است و در حالت 90 درجه یا حداقل، دریچه عملا مسیر را مسدود می‌کند. لازم به ذکر است که هیچگاه دریچه گاز نسبت به بدنه خود به صورت کامل آب‌بندی نمی‌شود بنابراین حتی در هنگامی که کاملا بسته است، مقدار جزئی هوا می‌تواند از آن عبور کند.
بدنه دریچه گاز بسته به طراحی منیفولد و اینتیک خودرو و مدل سیستم سوخت‌رسانی، مجراهای مختلفی می‌تواند داشته باشد و یا فاقد مجراهای جانبی بوده و صرفا یک لوله ساده باشد. همچنین اجزای جانبی نظیر غلاف سنسورهای دما و فشار، مجموعه گرمکن و ... عموما ‌روی بدنه دریچه سوار می‌شود. برخی از خودروها می‌توانند چندین دریچه گاز داشته باشند که ‌روی یک بدنه دریچه گاز واحد سوار شده است. این مدل طراحی را بیشتر می‌توان ‌روی کاربراتورهای چند‌دهانه و یا پیشرانه‌هایی که بیش از یک کاربراتور دارند، مشاهده کرد.

انواع دریچه گاز
تقسیم‌بندی کلی انواع دریچه گاز بر اساس مکانیسم محرک محور آن صورت می‌گیرد و عملا به 2 نوع کلی می‌توان آنها را تقسیم‌بندی کرد.

دریچه گاز مکانیکی
دریچه گاز مکانیکی، دریچه گازی است که ارتباط آن با پدال گاز به صورت مکانیکی بر‌قرار بوده و تغییر وضعیت محور آن توسط مکانیسم‌های مکانیکی صورت می‌گیرد. مهم‌ترین ویژگی دریچه گاز مکانیکی این است که هنگام رها کردن پدال گاز به صورت کامل مسیر را می‌بندد بنابراین برای تامین هوای مورد نیاز پیشرانه در دور آرام نیازمند یک مجرای کمکی خواهیم بود. دریچه گاز مکانیکی خود به دو نوع اهرمی و کابلی تقسیم‌بندی می‌شود.
دریچه گازهای اهرمی بر اساس ارتباطات میله‌بندی با گاز کار می‌کنند. این مدل دریچه‌ها بسیار قدیمی بوده و بیشتر در خودروهای کلاسیک مشاهده می‌شود. در سیستم‌های کاربراتوری مدرن‌تر، سیم گاز مسئولیت حرکت دادن دریچه گاز را بر عهده دارد. بسیاری از کاربراتورها از مکانیسم ترکیبی سیم گاز و میله‌بندی بهره می‌برند به این صورت که مجموعه میله‌بندی ‌روی کاربراتور سوار شده و این میله‌بندی با سیم به پدال گاز متصل است.
در سیستم سوخت‌رسانی کاربراتوری، دریچه گاز اصولا جزئی از خود کاربراتور بوده و فاقد بدنه مستقل است. دریچه گاز، ورودی دهانه کاربراتور بوده و با هر زاویه‌ای که باز شود، مقدار سوخت مناسب که از سر ژیگلورها در حال شره است به درون هوای درحال مکش پودر می‌شود. در بسیاری از کاربراتورها مقدار سوخت خروجی از ژیگلورها توسط سوزن ژیگلور کنترل می‌شود که خود سوزن ژیگلور توسط میله‌بندی به دریچه گاز متصل است. برخی از کاربراتورها فاقد سوزن ژیگلور بوده و مقدار سوخت از شیپوره‌های فلوت مانندی که دارای سوراخ‌های مختلف است، مکش می‌شود. در بسیاری از کاربراتورها، یک مسیر جانبی برای هوا در کارکرد دور آرام درنظر گرفته می‌شود که ممکن است توسط یک شیر برقی و یا پیچ قابل تنظیم یا دریچه خلأ کنترل شود. برخی از کاربراتورها نیز دارای دریچه گاز قابل رگلاژ هستند که در هنگام رها کردن گاز، دریچه گاز را به صورت جزئی باز می‌گذارند.
دریچه گازها روی کاربراتور در تعامل با دریچه ساسات کار می‌کنند. ساسات می‌تواند از نوع حرارتی یا دستی (کنترل توسط راننده) باشد. در ساسات‌های حرارتی یک مجرای آب (و یا دود اگزوز) ‌روی مجموعه دریچه گاز تعبیه می‌شود. ساسات با بستن مسیر به صورت آب‌بندی‌نشده، خلأ شدیدی ایجاد می‌کند که موجب فوران سوخت و غنی‌شدن نسبت سوخت به هوا می‌شود تا پیشرانه سرد بتواند روشن بماند.
دریچه گازهای مکانیکی در خودروهای انژکتوری نیز وجود دارند و از نوع سیمی هستند. زاویه دریچه گاز، تقریبا حیاتی‌ترین پارامتری است که واحد کنترل سیستم سوخت‌رسانی یا ECU آن را زیر نظر دارد چرا که ECU به کمک سه پارامتر اصلی دمای هوا، فشار هوا و زاویه دریچه گاز مقدار پاشش سوخت و نسبت استوکیومتری آن را تعیین می‌کند و دور پیشرانه را تغییر می‌دهد. بنابراین ‌ روی محور دریچه گاز، پتانسیومتری کوپل می‌شود که زاویه دریچه گاز را بر اساس ولتاژ برگشتی گزارش می‌کند. اگر این پتانسیومتر به هر علتی درست کار نکند، ECU سعی می‌کند زاویه دریچه گاز را بر اساس اطلاعات سنسور فشار هوا حدس بزند.
از آنجایی که دریچه گاز مکانیکی با رها شدن گاز کاملا بسته می‌شود، یک مسیر فرعی ‌روی هوزینگ دریچه گاز تعبیه می‌شود که کنترل آن بر عهده موتور دور آرام یا استپر است. موتور استپر یا به عبارت بهتر استپ موتور، نوعی سروو موتور است که به ازای دریافت هر سیگنال، یک حرکت دورانی قفلی شکل انجام می‌دهد (مشابه حرکت قفلی شکل ثانیه شمار ساعت). از آنجایی که محور استپر درون یک حلزونی قرار دارد، این چرخش‌های قفلی شکل موجب برداشتن گام‌های طولی سوزن استپر خواهد شد که حجم هوای عبوری مجرا و عملا دور آرام را کنترل می‌کند. گام‌های سوزن استپر بسیار ظریف و دقیق است به طوری که ممکن است در یک سانتی‌متر کورس حرکت طولی خود بتواند صدها گام بردارد. استپر از ECU مستقیما دستور گرفته و نقشی بسیار حیاتی دارد چرا که علاوه بر کنترل دور آرام، وظیفه عملیات ساسات کردن هم برعهده آن است. در واقع ECU با توجه به دمای هوا و آب پیشرانه، استپر و مقدار پاشش سوخت را در شرایطی قرار می‌دهد که پیشرانه با اولین استارت روشن شود. در هنگامی که پیشرانه موقع درجا کار کردن تحت بارگذاری اضافه قرار می‌گیرد (مثلا روشن کردن کولر یا زیر بار رفتن پمپ هیدرولیک)، استپر اندکی مسیر را بازتر می‌کند تا دور آرام دچار افت نشده و ثابت بماند. استپر در حین حرکت با رها کردن پدال گاز نیز عمل کرده و تا انتها باز می‌شود تا از غنی شدن مخلوط هوا و سوخت به صورت لحظه‌ای جلوگیری کند و بنابراین با رها کردن پدال گاز خودرو دچار خام‌سوزی و دود‌کردن لحظه‌ای نشود. این موضوع خصوصا در سیستم‌های انژکتوری‌ای که پاشش نیمه ترتیبی یا جفت دارند بسیار با اهمیت است.
برخی از دریچه گازها المنت گرمکن دارند. المنت گرمکن با باز کردن سوئیچ، محیط دریچه گاز را گرم می‌کند. بنابراین موتور استپر می‌تواند در هوای بسیار سرد هم روان حرکت کند و اورینگ‌های آن آسیب نبیند. همچنین هوای گرم محیط دریچه گاز برای پیشرانه نیز بهتر بوده و استارت راحت‌تری خواهد داشت.

دریچه گاز برقی
دریچه گاز برقی توسط یک سروو موتور با عملکرد کاملا مشابه استپر کار می‌کند با این تفاوت که در دریچه گاز برقی دیگر گام‌های زاویه‌ای موتور به حرکت خطی تبدیل نمی‌شود و در واقع خود دریچه گاز گام‌های زاویه‌ای برمی‌دارد. بنابراین دیگر نیازی به مجرای کمکی برای کنترل دور آرام نداریم و تمامی عملیات توسط خود دریچه گاز کنترل می‌شود. دریچه گاز برقی مستقیما از ECU فرمان گرفته و ECU نیز برای تنظیم زاویه آن از اطلاعات پتانسیومتر پدال گاز استفاده می‌کند. بنابراین ارتباط مکانیکی خاصی میان پدال گاز و دریچه گاز وجود نخواهد داشت و کل پروسه توسط واحدهای کنترل الکترونیکی، کنترل می‌شود.

مزایا و معایب دریچه گازهای برقی و مکانیکی
هر کدام از این مدل دریچه‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند. به صورت کلی دریچه گاز مکانیکی به دلیل وجود همین ارتباط مکانیکی عملا هیچ تاخیری ندارند. این موضوع بدیهی است چرا که اصولا در انتقال نیرو، چیزی به نام تاخیر زمانی مفهوم ندارد و اعمال نیرو و دریافت عکس‌العمل آن همزمان رخ می‌دهد. بنابراین در دریچه گاز مکانیکی ریسپانس آنی خواهیم داشت و این مزیتی بزرگ است. ضمن آنکه هیچ سیستم دیگری در ارتباط دریچه گاز و پدال گاز دخالت ندارد بنابراین دستور ما عینا به دریچه گاز منتقل شده و شاهد پاسخ آنی خواهیم بود. این مزیتی است که دریچه گاز برقی از آن محروم است چرا که همواره در کارکرد آن سرعت پاسخ ECU به پتانسیومتر پدال و سرعت پاسخ موتور کنترل دریچه گاز مطرح است. ضمن آنکه همواره در تعیین زاویه دریچه گاز محاسبات ECU و پارامترهای جانبی‌ای که در نظر می‌گیرد دخیل است بنابراین هیچگاه زاویه دلخواه ما به آن اعمال نمی‌شود. به همین دلیل هم هست که همچنان در بسیاری از مسابقات نظیر انواع رالی از دریچه گاز سیمی استفاده می‌شود. اما در مقابل دریچه گاز برقی مزایای خاص خود را دارد. دریچه گاز برقی در کنترل حجم هوای ورودی بسیار دقیق‌تر از دریچه گاز مکانیکی عمل می‌کند. به دلیل نبود اتصال مکانیکی، دست طراح برای قرار دادن مجموعه در هر نقطه‌ای از محفظه پیشرانه کاملا باز است و می‌توان طراحی‌های بهتری انجام داد. دریچه گاز برقی به دلیل دخالت‌های ECU به ما امکان کنترل بهتر مصرف سوخت و آلایندگی را می‌دهد و همچنین بستری است برای دخالت بدون دردسر سایر سیستم‌ها نظیر کروز کنترل و محدود‌کننده سرعت، سیستم برنامه کنترل پایداری (ESP) و گیربکس اتوماتیک. به علت همین دخالت‌پذیری بیشتر دریچه گاز برقی نیز امروزه تمایل سازندگان بر دریچه گاز برقی بیشتر بوده تا بتوانند امکانات بیشتری به خودرو اضافه کنند. اما اگر صحبت از سرعت عمل بالا و یا کاهش هزینه ساخت باشد، برتری با دریچه گاز مکانیکی خواهد بود.