淺談電子節氣門

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在介紹電子節氣門前,先簡單介紹一般汽油車的引擎系統。以自然進氣車為例,汽油車引擎系統可以簡單分成進氣系統、熱機(發動機)系統、排氣系統,如下簡圖1:

圖1.引擎系統

當然,我們打開引擎室並不一定能夠很清楚的看線全部的部件,小編以Fortis車型來介紹給大家,藉由實際圖片比較,能夠更清楚引擎室的各部件。如圖2為我們打開引擎蓋看到的引擎室,一般而言,我們應該都能看到進氣口、進氣管、集氣箱及漂亮的引擎蓋飾板(巧妙的把引擎本體蓋起來了)。

 

圖2.Fortis引擎室

把引擎飾板及進氣口拿開後,可以看到隱藏的進氣歧管、蓄氣室以及今天的主角—節氣門,其他的部件,我們往後也都會一一地介紹給大家。

圖3.節氣門位置圖

節氣門本身的結構就是一個蝴蝶閥,為何稱蝴蝶?顧名思義,就是閥門本身有如同蝴蝶一樣,身體為軸心,閥片為翅膀,如下圖:

圖4. 蝴蝶閥構造

但用在汽車進氣用的蝴蝶閥,大部分閥片本身是單片式而非左右獨立式,這考量到機械的複雜度及耐用度,所以我們看到的節氣門本身都採較為簡單的結構,而節氣門本身的功能就是控制進入引擎室空氣的量,開度越小單位時間進入的空氣量就變小,開度越大單未時間進入的空氣量就越大,進入的空氣量影響了燃燒是的情況,簡而言之,開度小進入空氣量越小,總含氧量就少,燃燒的力道就較小,開度大則燃燒的力道就大。如圖5,一般人想像中的閥門與流量關係為線性,在蝴蝶閥上實際流量為等百分比流量差異,譬如閥門從10%開到20%空氣流量增加70%,那麼閥門從20%開到30%流量亦增加70%,所以開度越大,空氣流量越驚人。

圖5. 蝴蝶閥圖式及簡易「開度-流量」模型

瞭解了蝴蝶閥原理之後,我們便切入主題說明何謂電子節氣門?汽車節氣門控制方式主要有分成三個種類,如圖6。一個是採用「機械」的方式,另一個是採用「線傳」的方式,近年來則是使用「電子控制」的方式。第一個是最早期使用在汽車的方式,使用連桿及復位彈簧來控制節氣門,其控制節氣門的精準度最差;第二種是使用線的方式拉動滑輪來扳動節氣門,目前許多的機車仍在使用此一方式來控制節氣門;最後一種方式則是電子式,透過ECM(Electronic Control Module)根據油門踩踏的深淺值改變電位器的電阻值,經過計算後驅動步進馬達來改變節氣門的角度,如圖7。

圖6. 節氣門控制方式

圖7. 電子節氣門與踏板踩踏的差異

當然,在這邊一定會覺得奇怪,電子式的節氣門到底有何好處呢?傳統線傳式節氣門,踏板踩踏多少,節氣門開度就多少,這麼做的好處是,反應比較直接,但會造成很多時候電腦並無法馬上計算完最佳燃燒比例,造成無謂的能源被消耗掉,所以電子式的節氣門好處就被凸顯出來了,每次的踩踏都會先經過電腦計算目前的檔位,引擎轉速,空氣流速,踩踏的快慢及許多周圍的環境後,決定你的踩踏是否是怎樣的需求,進而可以節省無謂的燃油耗費。但是其中的壞處是,我們每次的踩踏固定的深度,並不一定可以得到相同的節氣門開度,這會讓人覺得現代的車子有「頓頓」的感覺,所以若車子本身有sport或eco模式可以選,或許可以改善這樣的操控特性,但一般車廠對於節氣門的反應度並沒有特地增強,只有一些較強調操控的車種才會有對此有個別的調教,如圖8,像是擅於操控的BMW就對於不同操控模式會產生油門反應,若一般的車子是否也可以達到油門反應改善呢?答案是可以的,但這必須要靠其他的外掛方式才有辦法達到這樣的效果,如電子油門加速器或是對ECU的map數值做調整,如圖9、10。

圖8. BMW駕駛模式差異表

圖9. 電子油門加速器

圖10. ECU map調整改變馬力曲線

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