[技術探討] 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 (From Shadow)

圖10. ECU map調整改變馬力曲線 (From APR)