دریچه گاز (تراتل)

دریچه گاز (تراتل)، مکانیزمی است که با استفاده از آن، جریان سیال با انقباض یا با انسداد مدیریت و کنترل می‌شود.

با محدودسازی مقدار گازهای ورودی (با استفاده از یک دریچه گاز) می‌توان توان موتور را افزایش یا کاهش داد، اما این کار معمولاً در جهت کاهش است. واژه تراتل اساساً به صورت غیر رسمی به هر مکانیزمی گفته می‌شود که با آن، قدرت یا سرعت یک موتور تنظیم می‌شود که از آن جمله می‌توان به پدال گاز هم اشاره کرد. آن چیزی که برای دریچه گاز (در زمینه هوایی) شهرت دارد، همان اهرم تراتل است که به طور خاص، برای موتورهای جت مورد استفاده قرار می‌گیرد. در لوکوموتیوهای بخار، شیری که مقدار بخار را کنترل می‌کند را رگولاتور می‌نامند.

موتورهای احتراق داخلی

در موتور احتراق داخلی، دریچه گاز در واقع ابزاری برای کنترل قدرت موتور به حساب می‌آید که میزان سوخت یا هوای ورودی به موتور را تنظیم می‌کند. در وسایل نقلیه موتوری، کنترلی که راننده با استفاده از آن قدرت موتور را تنظیم می‌کند، دریچه گاز، شتاب‌دهنده یا پدال گاز نامیده می‌شود. در موتورهای بنزینی، دریچه گاز باید مقدار هوا یا سوخت ورودی به موتور را تنظیم کند. اخیراً در یکی از موتورهای GDI، دریچه گاز مقدار هوای مجاز ورودی به موتور را تنظیم می‌کند. در صورتی که در موتورهای دیزلی دریچه گاز وجود داشته باشد، این دریچه گاز جریان هوای ورودی به موتور را تنظیم می‌کند.

در گذشته پدال‌های گاز از طریق یک اتصال مکانیکی کار می‌کرده‌اند. در شیرهای پروانه‌ای در دریچه گاز، از یک بازویی استفاده می‌شود که نیروی آن را یک فنر تأمین می‌کند. این بازویی به صورت مستقیم به کابل پدال وصل است و بسته به تصمیم راننده که آن را فشار می‌دهد، کار می‌کند. هر چه پدال گاز بیشتر فشار داده شود، شیر تراتل هم بیشتر باز می‌شود.

در موتورهای امروزی از هر دو نوع (بنزینی و دیزلی)، معمولاً سیستم‌های سیمی وجود دارند که در آن‌ها، سنسور کنترل‌های راننده را پایش می‌کند و در پاسخ، یک سیستم کامپیوتری هم وجود دارد که جریان سوخت و هوا را کنترل می‌نماید. این بدان معنا است که اپراتور هیچ کنترل مستقیمی بر روی جریان سوخت و هوا ندارد؛ و واحد کنترل موتور (ECU) است که می‌تواند کنترل را به شکل بهتری انجام دهد تا میزان آلاینده‌ها کمتر شده و عملکرد موتور به بیشترین مقدار ممکن برسد. ECU همچنین حالت در جای موتور را تنظیم می‌کند تا موتور سرد سریع‌تر گرم شود و بارهای اضافی و تصادفی روی موتور، مثلاً در حین استفاده از سیستم تهویه مطبوع نیز تنظیم شوند تا از واماندگی موتور جلوگیری شود.

بیشتر بخوانید:سنسور دریچه گاز(تراتل)

دریچه گاز در موتورهای بنزینی معمولاً به صورت یک شیر پروانه‌ای است. در موتورهای انژکتوری، شیر دریچه گاز در ورودی منیفولد هوا قرار گرفته یا در بدنه دریچه گاز جای داده شده است. در موتورهای کاربراتوری نیز می‌توان آن را در درون کاربراتور مشاهده کرد. زمانی که دریچه گاز کاملاً باز است، منیفولد هوا معمولاً فشاری برابر با فشار محیط اطراف خود را دارد. وقتی که بخشی از دریچه گاز بسته می‌شود، همزمان با افت در مکش تا مقداری کمتر از فشار محیط، خلأ در منیفولد ایجاد می‌شود.

توان خروجی در موتورهای دیزلی با تنظیم مقدار سوختی که به درون سیلندر تزریق می‌شود، کنترل می‌شود. با توجه به این‌که در موتورهای دیزلی نیازی به کنترل حجم هوا وجود ندارد، بنابراین معمولاً شیر پروانه‌ای را نمی‌توان در قسمت مکش آن‌ها مشاهده کرد. استثنایی در این زمینه، موتورهای دیزلی جدیدی هستند که استاندارهای سخت‌گیرانه‌تری را برای آلاینده‌ها رعایت کرده‌اند. در این موتورها، از چنین شیری به منظور تولید خلأ در منیفولد ورودی (منیفولد هوا) استفاده شده است و بدین ترتیب، گازهای خروجی به دمای احتراق کمتری رسیده و بنابراین، مقدار NOx کمینه می‌شود.

در هواپیماهای دارای موتورهای رفت و برگشتی، کنترل دریچه گاز معمولاً توسط یک اهرم دستی انجام می‌شود. با استفاده از این اهرم می‌توان توان خروجی موتور را کنترل نمود که ممکن است تغییر در RPM را نشان بدهد یا ندهد. این امر بستگی به نصب ملخ (به صورت گام ثابت یا سرعت ثابت) دارد.

در بعضی از موتورهای احتراق داخلی جدید (مانند برخی از موتورهای BMW)، از دریچه‌گاز‌های سنتی استفاده دریچه‌گاز نمی‌شود و در عوض، برای این کار از سیستم متغیر برای زمان‌بندی شیر مکش به منظور تنظیم جریان هوای ورودی به سیلندرها استفاده شده است. هر چند نتیجه در نهایت، یکی است اما افت در پمپ کاهش یافته است.

بدنه سوپاپ

در موتورهای انژکتوری، بدنه دریچه‌گاز بخشی از سیستم مکش هوا است که مقدار هوای ورودی به موتور را بر اساس میزان فشاری که راننده بر روی پدال وارد می‌کند، تنظیم می‌نماید. بدنه دریچه‌گاز معمولاً بین باکس فیلتر هوا و منیفولد هوا قرار گرفته و معمولاً به سنسور جریان هوای جرمی (سنسور ایرمس/سنسور ماف) چسبیده یا نزدیک به آن قرار گرفته است. معمولاً لوله‌های خنک‌کاری نیز در اطراف آن تعبیه می‌شوند تا هوای ورودی به موتور در دمایی مشخص باشد (که همان دمای خنک‌کننده فعلی برای موتور است و ECU آن را از طریق سنسور مربوط دریافت می‌کند) و بنابراین، چگالی مشخصی هم دارد.

اجزای مختلف در یک نمونه بدنه دریچه‌گاز

بزرگ‌ترین قطعه در بدنه دریچه‌گاز همان صفحه دریچه‌گاز است که یک شیر پروانه‌ای است که جریان هوا را تنظیم می‌نماید.

در بسیاری از خودروها، حرکت پدال گاز از طریق یک کابل دریچه‌گاز با آن ارتباط دارد و به صورت مکانیکی به اتصالات دریچه‌گاز وصل است و بدین ترتیب، صفحه دریچه‌گاز را می‌چرخاند. در خودروهایی که کنترل دریچه‌گاز به صورت برقی است (که با نام «حرکت با سیم» مشهور هستند)، یک اکچواتور برقی وجود دارد که اتصالات دریچه‌گاز را کنترل می‌کند و پدال ترمز به بدنه دریچه‌گاز وصل نیست و در عوض به یک سنسور متصل شده است. این سنسور، سیگنالی را متناسب با موقعیت فعلی پدال تولید کرده و به ECU ارسال می‌کند. سپس، ECU بر اساس موقعیت پدال گاز و سایر مقادیر ورودی از سنسورهای دیگر موتور مانند سنسور دمای خنک‌کاری موتور، میزان بازشدن دریچه‌گاز را تعیین می‌کند.

بدنه دریچه‌گاز که سنسور موقعیت دریچه‌گاز را نشان می‌دهد. کابل دریچه‌گاز نیز به بخش منحنی‌شکل و مشکی در سمت چپ وصل شده است. زمانی که پدال گاز آزاد می‌شود، کویل مسی‌رنگی که در کنار آن دیده می‌شود، دریچه‌گاز را به حالت خنثی (بسته) خود برمی‌گرداند. 

وقتی که راننده پدال گاز را فشار می‌دهد، صفحه دریچه‌گاز در درون بدنه دریچه‌گاز می‌چرخد و مجرای دریچه‌گاز باز می‌شود تا هوای بیشتری به منیفولد هوا وارد شود و سپس، بلافاصله به واسطه خلأ به درون کشیده می‌شود. معمولاً یک سنسور جریان هوای جرمی (سنسور ایرمس) این تغییر را حس می‌کند و آن را برای ECU ارسال می‌نماید. سپس، ECU مقدار سوخت تزریقی به وسیله انژکتورها را افزایش می‌دهد تا نسبت هوا و سوخت مورد نیاز به دست آید. معمولاً یک سنسور موقعیت سوپاپ (TPS) نیز به شفتِ صفحه دریچه‌گاز متصل است تا اطلاعاتی را در اختیار ECU قرار دهد و به آن بگوید که آیا دریچه‌گاز در وضعیت درجا قرار دارد، کاملاً باز است (WOT) یا این‌که در جایی بین این دو حد قرار گرفته است.

در بدنه دریچه‌گاز معمولاً شیرها و تنظیمات دیگری نیز وجود دارند که کمترین مقدار جریان هوا را در حین حالت درجا کنترل می‌کنند. حتی در تجهیزاتی که به صورت «حرکت با سیم» هم نیستند، باز هم یک شیر سولنوئیدی کوچک به نام شیر کنترل هوای درجا (IACV) وجود دارد که ECU از آن به منظور کنترل مقدار هوایی استفاده می‌کند دریچه دریچه‌گاز را دور می‌زند تا زمانی که دریچه‌گاز بسته است، باز هم موتور بتواند در حالت درجا کار کند.

در موتورهای اولیه کاربراتوری مانند موتورهای تک‌سیلندر ماشین‌های چمن‌زنی Briggs & Stratton یک صفحه سوپاپ کوچک بر روی کاربراتور به همراه یک ونتوری تکی قرار داشت. در این موتورها دریچه‌گاز می‌تواند حالت باز یا بسته داشته باشد (البته همیشه یک سوراخ کوچک یا یک شیوه دیگر برای دورزدن هم وجود دارد که مقداری هوا همواره جریان داشته باشد و زمانی که دریچه‌گاز بسته است، باز هم موتور بتواند در حالت درجا کار کند). دریچه‌گاز همچنین می‌تواند در یک موقعیت میانی هم قرار گیرد. با توجه به این‌که سرعت هوا برای کارکرد کاربراتور بسیار اهمیت دارد، برای آن‌که سرعت میانگین هوا بالا نگه داشته شود، در موتورهای کاربراتوری بزرگ‌تر لازم است که از کاربراتورهای پیچیده‌تر و دارای چندین ونتوری، معمولاً بین دو تا چهار ونتوری استفاده شود (معمولاً به این ونتوری‌ها «بشکه» گفته می‌شود). در یک کاربراتور «2-بشکه‌ای» نمونه از یک صفحه دریچه‌گاز بیضوی یا مستطیلی‌شکل استفاده می‌شود. این کاربراتور هم همانند همان کاربراتورهای تک‌ونتوری کار می‌کنند، اما به جای یک دریچه کوچک، دو دریچه دارد. در یک کاربراتور با 4 ونتوری، دو جفت ونتوری وجود دارد. زمانی که پدال گاز فشار داده می‌شود، صرفاً یکی از صفحات دریچه‌گاز (اصلی) باز می‌شود و هوای بیشتری وارد موتور می‌شود، اما باز هم سرعت کلی جریان هوا از کاربراتور زیاد است (و بنابراین، بازده بیشتر می‌شود). زمانی که صفحه اصلی باز شده و از مقدار معینی فراتر می‌رود، دریچه‌گاز «دوم» به صورت مکانیکی باز می‌شود یا ممکن است بر اساس موقعیت پدال گاز و بار موتور، به واسطه خلأ در موتور باز شود. در هر دو صورت، هوای بیشتری در RPM و بار بیشتر موتور به آن وارد می‌شود و بازده در RPM پایین نیز بهتر می‌شود. می‌توان از چند کاربراتور دارای 2 ونتوری یا 4 ونتوری به صورت همزمان در شرایطی استفاده نمود که توان بیشینه موتور به عنوان اولویت به حساب می‌آید.

تصویری از BMW S65 از E92 BMW M3 که در آن می‌توانید هشت بدنه دریچه‌گاز به صورت مجزا مشاهده کنید.

بدنه دریچه‌گاز، چیزی شبیه به همان کاربراتور در یک موتور غیرانژکتوری است، اما باید توجه داشته باشید که بدنه دریچه‌گاز با خود دریچه‌گاز یکی نیست و این‌که در موتورهای کاربراتوری نیز دریچه‌گاز وجود دارد. بدنه دریچه‌گاز اساساً مکانی مناسب را برای نصب دریچه‌گاز، در صورت عدم وجود ونتوری کاربراتور فراهم می‌نماید. کاربراتورها فناوری قدیمی‌تری هستند که مقدار هوای ورودی را به صورت مکانیکی (با استفاده از یک صفحه دریچه‌گاز داخلی) تنظیم می‌کردند و سوخت و هوا را با هم ترکیب می‌نمودند (ونتوری). در خودروهای انژکتوری، دیگر نیازی نیست تا از یک دستگاه مکانیکی به منظور اندازه‌گیری جریان سوخت استفاده شود، زیرا این وظیفه بر عهده انژکتورها در مسیر مکش (در سیستم‌های انژکتوری چندنقطه‌ای) یا بر عهده سیلندرها (در سیستم‌های تزریق مستقیم) قرار گرفته است. در این موتورها یک سری سنسور الکترونیکی و کامپیوتر وجود دارند که دقیقاً مشخص می‌کنند که هر انژکتور به چه اندازه باید باز بماند و چه مقدار سوخت نیز در هر پالس تزریق باید وارد شود. در هر صورت، همچنان باید یک دریچه‌گاز وجود داشته باشد تا بتواند جریان هوای ورودی به موتور را کنترل کند. همچنین باید یک سنسور وجود داشته باشد که بتواند زاویه بازماندن را کنترل کند تا در نهایت، نسبت صحیح برای سوخت و هوا در هر مقدار RPM و در هر ترکیبی از بار موتور مشخص شود. ساده‌ترین روش برای انجام این کار، آن است که واحد کاربراتور را خارج نموده و به جای آن، یک تجهیز ساده شامل یک بدنه دریچه‌گاز و انژکتورهای سوخت نصب نمایید. این کار «تزریق بدنه دریچه‌گاز» نام دارد (که جنرال موتورز آن را TBI و فورد، آن را CFI می‌نامد). با این کار می‌توان موتور خودروهای قدیمی کاربراتوری را بدون نیاز به تغییرات عمده در طراحی منیفولد هوا به موتورهای انژکتوری تبدیل نمود. در مدل‌های پیچیده‌تر از منیفولدهای هوا و حتی سرسیلندرهایی استفاده می‌شود که به نحوی طراحی شده‌اند که بتوان انژکتورها را در آن‌ها جای داد.

بدنه دریچه‌گاز پروانه‌ای در بالای محل تزریق سوخت در یک خودروی سوپرشارژ مسابقه درگ

بدنه با چند دریچه‌گاز

در بیشتر خودروهای انژکتوری، فقط یک دریچه‌گاز وجود دارد که در داخل بدنه دریچه‌گاز تعبیه شده است. در وسایل نقلیه، همچنین ممکن است بیش از یک بدنه دریچه‌گاز وجود داشته باشد که با استفاده از یک سری اتصالات به هم متصل می‌شوند تا به صورت همزمان با هم کار کنند. این کار باعث می‌شود تا پاسخ دریچه‌گاز بهتر شده و مسیر مستقیم‌تری برای جریان هوا به سرِ سیلندرها فراهم شود. علاوه بر این، فاصله بین مکش‌ها برابر شده و در زمان کوتاه‌تر انجام می‌شود. اما در عوض، پیچیدگی و طراحی دشوارتر می‌شود. در خودروهایی مانند E92 BMW M3 یا خودروهای فراری یا موتورسیکلت‌هایی مانند یاماها R6 که عملکرد بسیار بالایی دارند، می‌توان از یک بدنه دریچه‌گاز مجزا برای هر سیلندر استفاده نمود که به آن «بدنه دریچه‌گازهای انفرادی» یا ITB گفته می‌شود. هر چند از این روش در خودروهای معمولی به ندرت استفاده می‌شود، اما استفاده از آن‌ها در بسیاری از خودروهای مسابقه‌ای و خودروهای خیابانی اصلاح‌شده بسیار مرسوم است. این شیوه به روزهایی بر می‌گردد که در آن زمان، در خودروهای عملکرد بالا، یک کاربراتور تک‌ونتوری کوچک برای هر سیلندر یا برای جفت سیلندرها وجود داشت (مانند کاربراتورهای Weber یا SU) که در هر یک از آن‌ها، یک صفحه دریچه‌گاز کوچک تعبیه می‌شد. در یک کاربراتور، هر چه دریچه دریچه‌گاز کوچک‌تر باشد، پاسخ کاربراتور سریع‌تر و دقیق‌تر است و وقتی موتور در سرعت پایین کار می‌کند، میزان مصرف سوخت نیز بهتر می‌شود.

سایر موتورها

در لوکوموتیوهای بخار به طور معمول، یک دریچه‌گاز (آمریکای شمالی و انگلیس) یا یک رگولاتور (در انگلیس) به شکل یک طاق بخار وجود دارد که در بالای بویلر قرار گرفته است (البته در تمامی بویلرها این‌چنین نیست). ارتفاع بیشتری که این طاق فراهم می‌کند، باعث می‌شود تا هیچ مایعی (که ناشی از حباب‌های تشکیل‌شده بر روی سطح بویلر هستند) بر روی شیر دریچه‌گاز نریزند. این مایعات می‌توانند آسیب بزنند یا این‌که منجر به بتونه شوند. این دریچه‌گازها اساساً به صورت دریچه‌گازهای بشقابی یا مجموعه‌ای از این دریچه‌گازها هستند که به ترتیب باز می‌شوند تا مقدار بخاری که باید بر روی پیستون وارد شود را تنظیم کنند. از این دریچه‌گازها به همراه اهرم معکوس‌کننده به منظور استارت، توقف و کنترل قدرت لوکوموتیو استفاده می‌شود، هر چند که در حین کارکرد بیشتر لوکوموتیوها در حالت ثابت، ترجیح آن است که دریچه‌گاز در حالت کاملاً باز قرار داشته باشد و مقدار قدرت با تغییر در نقطه قطع بخار (که با اهرم معکوس‌کننده انجام می‌شود) کنترل شود و دلیل آن هم این است که این کار بازده بیشتری دارد. شیر دریچه‌گاز لوکوموتیو بخار با یک چالش طراحی عمده روبرو است و آن این‌که این شیر باید با استفاده از دست در مقابل فشار زیادی (معمولاً در حدود 250 psi) از سوی بخار بویلر، باز و بسته شود. یکی از دلایل اصلی برای شیرهای چند ترتیبی به این شرح است: بازکردن یک شیر دریچه‌گاز بشقابی در برابر تغییرات فشار و باز کردن بقیه شیرها در زمانی که فشار در حال رسیدن به تعادل است، بسیار ساده‌تر از زمانی است که قرار باشد تا یک شیر بزرگ باز شود، به ویژه در حالتی که فشار بخار واقعاً از مقدار 200 یا حتی psi 300 بیشتر می‌شود. مثالی در این زمینه، همان نوع «دو ضربه‌ای» است که از آن در Gresley A3 Pacifics استفاده شده است.

تنظیم دریچه‌گاز در موتورهای راکت به معنای تغییر در میزان تراست در حالت پروازی است. این امر همیشه به عنوان یک الزام در نظر گرفته نمی‌شود؛ در واقع، مقدار تراست در یک راکت با سوخت جامد را نمی‌توان از نظر اشتعال کنترل نمود. اما در راکت‌های با پیشرانه مایع می‌توان با استفاده از شیرهایی که جریان سوخت و اکسیدکننده به دورن محفظه احتراق را تنظیم می‌کنند، عمل دریچه‌گاز را انجام داد. در موتورهای هیبریدی راکت، مانند آن‌چه در Space Ship One از آن استفاده شده است، از سوخت جامد به همراه اکسیدکننده مایع استفاده می‌شود و بنابراین، می‌توان عمل دریچه‌گاز را انجام داد. عمل دریچه‌گاز، بیشتر برای فرود و پرتاب به فضا با استفاده از یک مرحله اصلی (مانند شاتل‌های فضایی) مطرح است و کمتر در مورد راکت‌های چندمرحله‌ای کاربرد دارد. همچنین برای شرایطی مفید است که در آن، سرعت هوای وسیله نقلیه باید به دلیل تنش‌های آیرودینامیکی در جوهای چگال‌تر در سطوح پایین‌تر (مانند شاتل فضایی) محدودتر شود. هر چه سوخت بیشتری در راکت می‌سوزد، وزن آن کمتر می‌شود و نسبت وزن:تراست تغییر می‌کند و در نتیجه، شتاب راکت بیشتر می‌شود. بنابراین، معمولاً دریچه‌گاز بسته می‌شود (موتور خاموش می‌شود) تا در صورتی که وسیله نقلیه حامل بار (مثلاً انسان) هم باشد، نیروهای شتابی به سمت انتهای زمان سوختن در یک مرحله محدود شوند.

در موتورهای جت، تراست را با تغییر در مقدار سوختی که به محفظه احتراق وارد می‌شود، کنترل می‌کنند و این مشابه با همان کاری که در موتورهای دیزلی انجام می‌شود.

برای  خرید لوازم یدکی کیا و لوازم یدکی هیوندای می توانید از طریق وب سایت با مراجعه به صفحه تماس با ما با کارشناسان ما در ارتباط باشید.