スロットル

スロットルとは、構造や障害物によって流体の流れを制御する機構のことである。

エンジンの出力は、吸気ガスの制限（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のように、エンジンの出力や速度を調整するあらゆる機構を指すようになりました。航空分野では、スロットルと呼ばれるものは、特にジェットエンジン搭載航空機では、スラストレバーとも呼ばれます。蒸気機関車では、蒸気を制御するバルブはレギュレーターとして知られています。

内燃機関において、スロットルはエンジンに流入する燃料または空気の量を調整することで、エンジンの出力を制御する手段です。自動車において、運転者が出力を調整するために使用する制御装置は、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。ガソリンエンジンでは、スロットルは一般的にエンジンに流入する空気と燃料の量を調整します。しかし、ガソリン直噴エンジンでは、スロットルはエンジンに流入する燃料の量のみを調整します。

歴史的に見ると、スロットルペダルまたはレバーは直接的な機械的リンクを介して作動します。スロットルのバタフライバルブは、バネで負荷がかけられたアームピースによって作動します。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、ドライバーの操作に応じて動作します。ペダルを踏み込むほどスロットルバルブは大きく開き、空気の流れが増加し、それに応じてキャブレターが燃料の流れを増やします。

現代のガソリンエンジンとディーゼルエンジンは、一般的にドライブ・バイ・ワイヤ方式を採用しており、センサーが運転操作を監視し、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、運転者は燃料と空気の流れを直接制御することはできません。エンジン制御ユニット（ECU）が、排出ガスを削減し、性能を最大限に引き出し、エンジンのアイドリングを調整して冷間時のエンジンの暖機を早めたり、エアコンのコンプレッサー作動などによるエンジン負荷の増加に対応してエンストを防いだりするために、より高度な制御を実現できるのです。

ガソリンエンジンのスロットルは、一般的にバタフライバルブです。燃料噴射式エンジンでは、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、スロットルボディ内に収められています。キャブレター式エンジンでは、キャブレター内にあります。スロットルが全開のときは、吸気マニホールド内の圧力は通常、大気圧に近い値になります。スロットルが部分的に閉じられると、マニホールド内の負圧は大気圧よりもさらに低下します。

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、通常は吸気系にバタフライバルブがありません。ただし、より厳しい排出ガス基準を満たす最新のディーゼルエンジンでは、このようなバルブを使用して吸気マニホールドの負圧を発生させ、排気ガスを（EGRを参照）導入することで燃焼温度を下げ、 NOxの生成を最小限に抑えています。

レシプロエンジン搭載航空機では、スロットル制御は通常、手動レバーまたはノブです。これはエンジンの出力制御であり、プロペラの取り付け方法（固定ピッチまたは定速）によっては、回転数の変化に反映される場合とされない場合があります。^{[ 1 ]}

現代の内燃機関の中には、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によってシリンダーへの空気の流れを制御するものもあるが、結果は同じであり、ポンピング損失が少なくなる。

燃料噴射式エンジンでは、スロットルボディは、ドライバーのアクセルペダル操作に応じてエンジンに流入する空気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インテークマニホールドの間に位置し、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、エンジン冷却水ラインもスロットルボディを通っており、エンジンが一定の温度（ECUが関連センサーで感知するエンジンの現在の冷却水温度）で、かつ既知の密度で吸気できるようにしています。

スロットルボディ内部で最も大きな部品はスロットルプレートで、これは空気の流れを調整するバタフライバルブです。

多くの自動車では、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、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、それによってスロットルプレートが回転します。電子スロットル制御（「ドライブ・バイ・ワイヤ」とも呼ばれる）を備えた自動車では、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ます。このセンサーは、現在のペダル位置に比例した信号を出力し、ECUに送信します。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、スロットルボディ内でスロットルプレートが回転し、スロットル通路が開いて吸気マニホールドに空気が流入します。この空気はマニホールド内の負圧によってすぐに吸い込まれます。通常、マスエアフローセンサーがこの変化を測定し、ECUに伝達します。ECUは、必要な空燃比を得るために、インジェクターから噴射される燃料の量を増やします。多くの場合、スロットルポジションセンサー（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、またはその中間位置のいずれにあるかをECUに伝えます。

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構が備わっている場合もあります。たとえ「ドライブ・バイ・ワイヤ」方式ではないユニットであっても、多くの場合、小型のソレノイド駆動バルブであるアイドルエアコントロールバルブ（IACV）が搭載されており、ECUはこのバルブを使用して、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を維持できるよう、メインスロットル開口部をバイパスできる空気量を制御します。

スロットルボディは、非噴射式エンジンのキャブレターにいくらか似ていますが、スロットルボディはスロットルと同じものではなく、キャブレター式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、キャブレターのベンチュリがない場合に、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、内部のスロットルプレートで空気流量を機械的に調整し、空気と燃料を混合します（ベンチュリ）。燃料噴射式の車は、燃料流量を計測するための機械的な装置を必要としません。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）にあるインジェクターが担い、電子センサーとコンピューターが特定のインジェクターが開いているべき時間、したがって各噴射パルスで噴射すべき燃料の量を正確に計算します。しかし、エンジンへの空気の流れを制御するためのスロットルと、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、これにより、あらゆる回転数とエンジン負荷の組み合わせで適切な空燃比が得られます。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シンプル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インジェクションとして知られており、さまざまなマーケティング名（ゼネラルモーターズの「スロットルボディインジェクション」やフォードの「セントラル燃料インジェクション」など）でも知られています。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やシリンダーヘッドが使用されます。

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（北米英語ではthrottle、英国英語ではregulator）を備えています（ただし、すべてのボイラーにこのドームがあるわけではありません）。ドームによって高さが確保されることで、液体（例えば、ボイラー水面の泡など）がスロットルバルブに吸い込まれるのを防ぎ、バルブの損傷やプライミング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、またはピストン上の蒸気室に供給される蒸気量を調整するために順次開く一連のポペットバルブで構成されています。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、および出力制御に使用されますが、ほとんどの機関車の定常運転時には、スロットルを全開にして蒸気遮断点（逆転レバーで操作）を調整することで出力を制御する方が効率的です。蒸気機関車のスロットルバルブは、ボイラー蒸気の相当な圧力（通常250 psiまたは1,700 kPa ）に逆らって手動で開閉する必要があるため、設計上の大きな課題となります。後に複数の連続バルブが採用された主な理由の1つは、圧力差に逆らって小さなポペットバルブを開き、圧力が均一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容易であることです。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場合はなおさらです。例としては、グレスリーA3パシフィックで使用されているバランス型「ダブルビート」タイプなどがあります。      

電気自動車のスロットルはホール効果センサーによって制御される。

ロケットエンジンのスロットル制御とは、飛行中に推力レベルを変化させることを意味します。これは必ずしも必要ではありません。実際、固体燃料ロケットの推力は点火後には制御できず、燃料成形時にブースター中央部の空洞の形状を変化させることで事前に計画されます。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整するバルブによってスロットル制御が可能です。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、スロットル制御が可能です。スロットル制御は、多段式ロケットによる打ち上げよりも、動力着陸や単段式ロケット（スペースシャトルなど）による宇宙への打ち上げにおいてより必要とされる傾向があります。また、低高度の濃密な大気による空力応力のために機体の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）でも有効です。ロケットは燃焼時間が長くなるにつれて軽量化され、推力と重量の比率が変化することで加速が増加するという特徴があります。そのため、繊細な貨物（例えば人間）を搭載している場合は、燃焼時間の終盤に加速力を制限するために、エンジンの出力が絞られたり（または停止されたり）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化させることで推力を制御します。

スロットルの寿命は、運転スタイルや車種によって大きく異なるため、一律ではありません。スロットルは10万～15万キロメートル走行するとかなり汚れる傾向があり、清掃が必要です。スロットルの不具合は、EPC警告灯の点灯で示されることがあります。^{[ 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るケースです。EPC警告灯が装備されていない車両では、チェックエンジンランプの点灯でスロットルの問題が示されます。

スロットルの不具合の症状は、アイドリング不良、エンジン出力低下、燃費悪化、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を行うことです。^{[ 3 ]}

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