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摘要：本文分析了汽油机充气效率对发动机扭矩和功率调控的重要性，着重介绍电控汽油机上采用的进气控制装置工作过程和应用范围。为汽油机的设计人员提供借鉴参考。
关键词：汽油机控制系统；进气控制；电子节气门；发动机增压
汽油发动机是通过控制进入气缸的可燃混合气的量来实现扭矩和功率调控的。可燃混合气的量取决于两个方面：一是吸入发动机的空气量，二是喷入气缸内的燃油量。两者均需要得到严格和精准的控制，才能得到适合汽油机各种工况空燃比需求的可燃混合气量。特别是进入气缸的空气量，是汽油机维持精确空燃比的最敏感因素。因此，对进气的精准控制，一直以来是汽油机电控系统（ECU）重要的控制内容之一。
衡量汽油机充气效率的标是充气效率η。η=实际充入气缸的气体质量/一个标准气压下气缸理论上能容纳的气体质量。当实际进气量低于理论容纳量时，η＜1。在实际运用中，进入发动机的空气量，不仅取决于气缸工作容积的大小，也受制于进气管气压、进气气阻等因素的影响。节气门装置、配气相位和气门升程调节技术、进气增压技术都是电控汽油机为实现对进气的控制而应用的装置。本文将对上述装置和技术进行分析。
一、节气门装置
节气门设置在汽油机的进气通道内，进气歧管的前端。节气门通过在进气道内翻转，改变通道的大小，从而调控了进气的量。目前节气门的驱动主要采用两种方式：
1.机械式
机械式节气门是指节气门的翻转是依靠驾驶员通过机械传动装置驱动执行。一般是驾驶员踩下加速踏板，通过拉索或其它机械传动装置，带动节气门动作。这种驱动方式的特点是驱动结构简单，响应快。
2.电子式
采用受ECU控制的电机通过减速机构驱动节气门，则称之为：电子节气门。其控制逻辑如图1所示：
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图1 电子节气门控制逻辑
说明：
驾驶员踩下加速踏板，加速踏板传感器将踏板的位移信号转换为电信号传输给ECU，ECU通过对信号进行处理和计算后，得出合理指令，输出电流，驱动节气门驱动电机运动，电机带动节气门翻转。
电子节气门的出现，使节气门的驱动进入线控模式，ECU能自主调控发动机的扭矩、转速和功率，使汽车定速巡航行驶变得非常容易。目前，大部分车用汽油机均采用电子节气门，只有少部分低端车型受制于成本，还沿用机械式节气门。
二、配气相位和气门升程调节技术
为使汽油机在所有运行工况下都获得良好的进气量，当今的汽油机均采用了可改变进排配气相位或气门升程的控制技术。实现的主要方式有两种：
1.通过调控凸轮轴驱动轮与凸轮轴间的相对角度位移来使配气相位整体前移或滞后。调整角度大约在-40°～+22°（-为滞后，+为提前）之间。有代表性的有丰田公司的VVT-I技术，
2.通过切换驱动气门的不同凸轮来改变配气相位。同时，因不同凸轮轮廓的不同，其气门升程也将改变。有代表性的有本田公司的VTEC技术。而奥迪公司的VAS技术、宝马公司的VANOS则是兼两者之长，将配气相位和气门升程两个参量均进行控制。
配气相位和气门升程调节技术对自然吸气式发动机扭矩和功率的提升较为明显。可使得进气量提高10%以上。配气相位和气门升程调节技术不仅可改善进气量，通过调控排气门的配气相位，也能实现对废气再循环率（EGR）的调控，并衍生出的发动机断缸技术，使得运行更为节能，从而改善发动机排放效果。
三、进气增压技术
1.进气管谐振增压
发动机运行时各气缸进气门处于高频开闭状态，使进气出现周期性和间歇性，导致进气歧管内空气产生一定幅度的脉动压力波。此压力波在进气管内往复反射振荡传播。进气谐振增压就是利用这一压力波来提高充气效率的装置。试验表明，具有一定长度的进气管，能显著改善低转速下的充气效率，而短的进气管，则对高转速下的充气效率更有利。进气管谐振增压装置用隔板将进气道分割为不同路径的两种长度，ECU根据转速和节气门开度，通过真空或电机驱动翻板旋转，改变进气流的有效路径，改善了高、低转速下不同的充气效率需求。
2.涡轮增压
能使充气效率大幅度提升最有效办法是对进入进气管的空气预先压缩增压，增压后的空气再充入发动机气缸，在同样气缸容积的条件下，则将充气量能提高一倍以上。在实际应用中，涡轮增压装置让排除的高温高压的废气冲击叶轮高速旋转，再带动涡轮旋转将吸入的新鲜空气高速甩入发动机进气道，空气的高速动能在进气门处形成高压；进气门开启后，空气靠高压进入气缸，则达到提高充气效率的目的。
由于涡轮增压的动力来源于排放废气，因此，发动机增压后的动力爆发会稍微迟滞于油门的响应速度。且低速下，废气的冲击效果降低，使得涡轮增压机型在低速下扭矩表现不佳。
3.机械增压
机械增压采用由发动机曲轴驱动的机械式增压机（一般为罗茨转子增压器）对空气进行预压缩，增压的动力来源于发动机。只要发动机转动，就可以实现压缩，因此机械增压机型的低速扭矩特性较好，但会消耗部分发动机的动力。
将涡轮增压和机械增压装置有机结合，称为：复合增压型发动机，可使发动机在整个转速范围内都具有较高的充气效率。并消除了涡轮“迟缓”现象。
总结分析
汽油机对进气量的敏感性决定了汽油机不同于柴油机，必须使用节气门调控进气量。而节气门在不同开度时，必然会对充气效率构成一定影响。因此还设置了节气门位置传感器将节气门的开度转化为电信号输送给ECU，作为对控制结果的反馈。同时，进气量也被空气流量计或进气压力传感器检测，从而使ECU获得精确的进气量数据，为计算燃油喷射量提供主要的计算依据。
对于自然吸气型汽油机，受节气门开度形成的进气阻力以及高频开闭的进气门动作影响，充气效率普遍小于1；而增压型汽油机，因进气被增压装置所增压，其充气效率普遍高于1。因此，在自然吸气发动机上，配气相位和气门升程调节技术、进气管谐波增压技术得到广泛应用。而增压型汽油机中，上述技术虽也有应用，但对充气效率的提升效果，远不如涡轮增压装置或机械增压装置明显。
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