スロットル

スロットルは、構造または障害物によって流体の流れを管理するメカニズムです。

エンジンの出力は、吸入ガスの制限（スロットルの使用）によって増減できますが、通常は減少します。スロットルという用語は、非公式には、自動車のアクセルペダルなど、エンジンの出力または速度を調節するあらゆるメカニズムを指すようになりました。航空の文脈でスロットルと呼ばれることが多いものは、特にジェットエンジンで動く航空機では、スラストレバーとも呼ばれます。蒸気機関車の場合、蒸気を制御するバルブはレギュレーターと呼ばれます。

内燃機関において、スロットルはエンジンに入る燃料や空気の量を調整することでエンジンのパワーを制御する手段です。自動車において、運転者がパワーを制御するために使用するコントロールは、スロットル、アクセル、またはガスペダルと呼ばれることがあります。ガソリン エンジンの場合、スロットルはエンジンに入る空気と燃料の量を調整するのが最も一般的です。ただし、ガソリン直噴エンジンの場合、スロットルはエンジンに入る空気の量のみを調整します。ディーゼルのスロットルが存在する場合、それはエンジンへの空気の流れを調整します。

歴史的に、スロットル ペダルまたはレバーは、直接の機械的リンクを介して動作します。スロットルのバタフライ バルブは、スプリングによって負荷がかかったアーム ピースによって操作されます。このアームは通常、アクセル ケーブルに直接リンクされており、ドライバーが踏む操作に応じて動作します。ペダルを深く押すほど、スロットル バルブが大きく開きます。

現代のエンジンは、ガスとディーゼルの両方のタイプで一般的にはドライブバイワイヤシステムであり、センサーがドライバーの制御を監視し、それに応じてコンピューターシステムが燃料と空気の流れを制御します。つまり、オペレーターは燃料と空気の流れを直接制御できません。エンジン制御ユニット(ECU) は、排出量を削減し、パフォーマンスを最大化し、エンジンのアイドルを調整して冷たいエンジンをより早く暖めたり、エアコンコンプレッサーを稼働させてエンジンストールを回避するなど、最終的なエンジン負荷を追加したりするために、より優れた制御を実現できます。

ガソリン エンジンのスロットルは、通常、バタフライ バルブです。燃料噴射エンジンでは、スロットル バルブは吸気マニホールドの入口に取り付けられているか、スロットル ボディに収納されています。キャブレター エンジンでは、スロットル バルブはキャブレター内にあります。スロットルが完全に開いている場合、吸気マニホールドは通常、周囲の大気圧にあります。スロットルが部分的に閉じられている場合、吸気が周囲の圧力より低くなるため、 マニホールドの真空が発生します。

ディーゼルエンジンの出力は、シリンダーに噴射される燃料の量を調整することによって制御されます。ディーゼルエンジンは空気量を制御する必要がないため、通常、吸気管にバタフライバルブがありません。この一般化の例外は、より厳しい排出基準を満たす新しいディーゼルエンジンです。このエンジンでは、このようなバルブを使用して吸気マニホールドの真空を発生させ、排気ガスを導入して ( EGR を参照) 燃焼温度を下げ、NOx の生成を最小限に抑えます。

往復エンジン航空機では、スロットルコントロールは通常、手動で操作するレバーまたはノブです。これはエンジン出力を制御しますが、プロペラの取り付け（固定ピッチまたは定速）に応じて、回転数の変化に反映される場合と反映されない場合があります。^[1]

現代の一部の内燃機関では、従来のスロットルを使用せず、可変吸気バルブタイミングシステムを使用してシリンダーへの空気の流れを調整していますが、結果は同じですが、ポンピング損失は少なくなります。

燃料噴射 エンジンでは、スロットルボディは、主に運転者のアクセルペダルの入力に応じてエンジンに流入する空気の量を制御する吸気システムの一部です。スロットルボディは通常、エアフィルターボックスと吸気マニホールドの間に位置し、通常はマスエアフローセンサーに取り付けられているか、その近くにあります。多くの場合、エンジンが特定の温度（ECUが関連センサーを介して感知するエンジンの現在の冷却水温度）で、したがって既知の密度で吸入空気を引き込むために、エンジン冷却水ラインもスロットルボディを通過します。

スロットル ボディ内部の最も大きな部品はスロットル プレートです。これは空気の流れを調節するバタフライ バルブです。

多くの車では、アクセルペダルの動きはスロットルケーブルを介して伝達されます。スロットルケーブルは機械的にスロットルリンケージに接続され、スロットルプレートを回転させます。電子スロットル制御（「ドライブバイワイヤ」とも呼ばれます）を備えた車では、電動アクチュエータがスロットルリンケージを制御し、アクセルペダルはスロットルボディではなくセンサーに接続され、現在のペダル位置に比例した信号を出力して ECU に送信します。その後、ECU はアクセルペダルの位置と、エンジン冷却水温度センサーなどの他のエンジンセンサーからの入力に基づいてスロットル開度を決定します。

ドライバーがアクセルペダルを踏むと、スロットルプレートがスロットルボディ内で回転し、スロットル通路が開いて、より多くの空気が吸気マニホールドに流入します。この空気は、その負圧によってすぐに内部に引き込まれます。通常、質量空気流量センサーがこの変化を測定し、ECU に伝えます。次に、ECU は、必要な空燃比を得るために、インジェクターによって噴射される燃料の量を増やします。多くの場合、スロットル位置センサー(TPS) がスロットルプレートのシャフトに接続され、スロットルがアイドル位置、全開スロットル (WOT) 位置、またはこれらの両極端の間のどこかにあるかどうかに関する情報を ECU に提供します。

スロットル ボディには、アイドリング時の最小空気流量を制御するためのバルブや調整機能も組み込まれている場合があります。「ドライブ バイ ワイヤ」ではないユニットでも、多くの場合、アイドル エア コントロール バルブ (IACV) と呼ばれる小さなソレノイド駆動バルブがあり、ECU はこれを使用して、スロットルが閉じているときにエンジンをアイドリング状態にするために、メイン スロットルの開口部をバイパスできる空気の量を制御します。

最も基本的なキャブレター付きエンジン、たとえば単気筒の ブリッグス & ストラットンの 芝刈り機エンジンは、ベンチュリが 1 つ付いた基本的なキャブレターの上に、小さなスロットル プレートが 1 つ付いています。スロットルは開いているか閉じているか (ただし、スロットルが閉じているときにエンジンがアイドリング状態になるように、少量の空気が流れる小さな穴またはバイパスが常にあります)、またはその中間の位置にあります。気流速度はキャブレターの機能にとって非常に重要であるため、平均気流速度を高く維持するために、大型エンジンでは、通常は 2 つまたは 4 つの小さなベンチュリ (これらのベンチュリは一般に「バレル」と呼ばれます) を備えた、より複雑なキャブレターが必要です。一般的な「2 バレル」キャブレターは、楕円形または長方形のスロットル プレートを 1 つ使用し、ベンチュリが 1 つ付いたキャブレターと同様に機能しますが、小さな開口部が 1 つではなく 2 つあります。 4 ベンチュリ キャブレターには 2 組のベンチュリがあり、各組は 1 つの楕円形または長方形のスロットル プレートによって制御されます。通常の操作では、アクセル ペダルが踏まれるとスロットル プレートの 1 つ (「プライマリ」) のみが開き、エンジンに空気がより多く入りますが、キャブレター全体の空気流速度は高く保たれます (したがって、効率が向上します)。「セカンダリ」スロットルは、プライマリ プレートが一定量を超えて開いたときに機械的に操作されるか、アクセル ペダルの位置とエンジン負荷の影響を受けるエンジンの真空によって操作され、高回転数と高負荷時にエンジンに空気がより多く入り、低回転数時に効率が向上します。最大エンジン出力が優先される状況では、複数の 2 ベンチュリ キャブレターまたは 4 ベンチュリ キャブレターを同時に使用できます。

スロットルボディは、非燃料噴射エンジンのキャブレターに似ていますが、スロットル ボディはスロットルと同じものではなく、キャブレター エンジンにもスロットルがあることを覚えておくことが重要です。スロットル ボディは、キャブレター ベンチュリーがない場合に、スロットルを取り付けるための便利な場所を提供するだけです。キャブレターは古い技術であり、空気の流量を機械的に調整し (内部のスロットル プレートを使用)、空気と燃料を混合します (ベンチュリー)。燃料噴射装置を備えた車では、燃料流量を計測するための機械装置は必要ありません。その役割は、吸気経路 (マルチポイント燃料噴射システムの場合) またはシリンダー (直接噴射システムの場合) 内のインジェクターと、特定のインジェクターを開いたままにする時間、つまり各噴射パルスで噴射される燃料の量を正確に計算する電子センサーとコンピューターによって引き継がれるためです。しかし、エンジンへの空気の流れを制御するスロットルと、その現在の開度を検出するセンサーは依然として必要であり、それによって、あらゆる回転数とエンジン負荷の組み合わせで正しい空燃比を満たすことができる。これを行う最も簡単な方法は、キャブレターユニットを取り外し、代わりにスロットルボディと燃料インジェクターを含む単純なユニットをボルトで固定することです。これはシングルポート噴射と呼ばれ、マーケティング上はさまざまな名前（ゼネラルモーターズの「スロットルボディ噴射」やフォードの「セントラル燃料噴射」など）で呼ばれており、これにより、古いエンジン設計を、吸気マニホールドの設計を大幅に変更することなく、キャブレターから燃料噴射に変換できます。より複雑な後期の設計では、インジェクターを組み込むために特別に設計された 吸気マニホールド、さらにはシリンダーヘッドが使用されています。

燃料噴射式の車のほとんどには、スロットル ボディに含まれるスロットルが 1 つあります。車両には、リンケージで接続されて同時に動作する複数のスロットル ボディが使用されることがあります。これにより、スロットル応答が向上し、シリンダー ヘッドへの空気の流れがよりまっすぐになるほか、長さが等距離の短い吸気ランナーが可能になります。これは、すべてのランナーを特定の場所に移動して単一のスロットル ボディに接続する必要がある場合には実現が難しく、複雑さとパッケージングの問題が増大します。極端な例では、E9​​2 BMW M3やフェラーリなどの高性能車、およびヤマハ R6などの高性能オートバイでは、シリンダーごとに個別のスロットル ボディを使用でき、これは「個別スロットル ボディ」または ITBと呼ばれることがよくあります。量産車ではまれですが、多くのレーシング カーや改造されたストリート車両では一般的な装備です。この方法は、多くの高性能車に、シリンダーごとまたはシリンダーのペアごとに 1 つの小型シングルベンチュリー キャブレター (つまり、ウェーバー、SU キャブレター) が装備され、各シリンダーに独自の小型スロットル プレートが内蔵されていた時代を思い起こさせます。キャブレターでは、スロットルの開口部が小さいほど、キャブレターの応答がより正確かつ高速になり、エンジン速度が低いときに燃料の霧化が改善されます。

蒸気機関車は通常、ボイラー上部の特徴的な蒸気ドーム内にスロットル（北米英語）またはレギュレーター（イギリス英語）を備えています（ただし、すべてのボイラーに備わっているわけではありません）。ドームによって高さが増すことにより、液体（ボイラー水の表面の泡など）がスロットルバルブに引き込まれてスロットルが損傷したり、プライミング（呼び水）につながったりするのを防ぐことができます。スロットルは基本的にポペットバルブ、または一連のポペットバルブで、順番に開いてピストン上の蒸気室に入る蒸気の量を調整します。スロットルは逆転レバーと組み合わせて、機関車の始動、停止、および出力の制御に使用されますが、ほとんどの機関車の定常走行中は、スロットルを大きく開いたままにして、蒸気の遮断点（逆転レバーで実行）を変更して出力を制御する方が効率的であるため、好ましいとされています。蒸気機関車のスロットルバルブは、ボイラー蒸気のかなりの圧力 (通常 250 psi または 1,700 kPa) に抗して手動で開閉する必要があるため、設計上の難しい課題があります。後になって複数のバルブが連続して使用されるようになった主な理由の 1 つは、特に蒸気圧が最終的に 200 psi (1,400 kPa) または 300 psi (2,100 kPa) を超えるようになったため、圧力差に抗して小さなポペットバルブを開き、圧力が均等になり始めたら他のバルブを開く方が、単一の大きなバルブを開くよりもはるかに簡単だからです。例としては、グレズリーA3 パシフィックで使用されているバランスの取れた「ダブルビート」タイプがあります。

ロケットエンジンのスロットルとは、飛行中に推力レベルを変えることを意味する。これは常に必要なわけではなく、実際、固体燃料ロケットの推力は点火後に制御できない。しかし、液体燃料ロケットは、燃焼室への燃料と酸化剤の流れを調節するバルブによってスロットルを調節することができる。スペースシップワンで使用されているようなハイブリッドロケットエンジンは、固体燃料と液体酸化剤を使用するため、スロットルを調節することができる。スロットルは、多段式ロケットでの打ち上げよりも、動力着陸や、単一の主段を使用した宇宙への打ち上げ（スペースシャトルなど）で必要になる傾向がある。スロットルは、低高度の高密度大気中の空力応力のために機体の対気速度を制限しなければならない状況（スペースシャトルなど）でも有用である。ロケットは燃焼時間が長くなるほど軽量になるという特性があり、推力と重量の比率が変化することで加速が増加するため、繊細な貨物（人間など）を積んでいる場合は、段階の燃焼時間の終わりに向けて加速力を制限するためにエンジンを絞る（またはオフにする）ことがよくあります。

ジェットエンジンでは、ディーゼルエンジンと同様に、燃焼室に流入する燃料の量を変更することによって推力を制御します。

スロットルの寿命は運転スタイルや特定の車両に大きく依存するため、決まっていません。スロットルは10万～15万キロ走行するとかなり汚れる傾向があり、清掃が必要です。スロットルの故障は、EPC警告灯の点灯で示されます。^{[2]これは、}フォルクスワーゲングループの最新車両でよく見られます。EPC警告灯が装備されていない車両では、チェックエンジンシンボルの点灯によりスロットルに問題があることが示されます。

スロットルの故障の症状は、アイドリング不良、エンジン出力の低下、燃費の低下、加速不良など多岐にわたります。スロットルの寿命を延ばす効果的な方法は、定期的なメンテナンスと清掃です。^[3]

• 改造自動車

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