从发动机结构看汽车驾驶换档时机

1、从发动机结构看汽车驾驶换档时机本文从气门正时、气门行程和进气管长度这三项结构来说明为何在普通发动机上，换档转速应该在最高扭矩附近的转速。气门正时气门正时是指的进排气气门的开启时机，是由凸轮轴的转角所控制的。普通发动机的凸轮轴转角是固定的，所以其气门的正时也是固定的。我们知道，空气是有惯性的，在进气门开启的瞬间，空气并不能0时差的迅速进入气缸，他需要一个很短的反应时间，所以，在设计发动机的时候，就会在进入吸气冲程之前(也就是活塞向下运行之前)，提前打开进气门，以抵消这个进气时差，以获得更充分的进气。而在排气阶段，同样原理，在活塞排气上升到顶部时，废气并没有排到最大程度，由于惯性和速度的原因，废气

2、排放的最大量时刻出现在活塞上升到顶部后的一个很短的时间里。为了更充分的排气，需要让排气门在活塞到达顶点以后延迟一瞬间再关闭。这一个提前，一个推迟，必然有一个时间内进气门和排气门是同时打开的，这种现象被称作“气门叠加角”。发动机在高转速和低转速运转的时候，对于叠加角的需求是不一样的。低转速时需要较大的叠加角，高转速时需要较小的叠加角没有一种叠加角可以同时适合高低转速。但是普通发动机的气门正时是不变的，也就是说，气门叠加角是固定不变的。对于没有特殊需求的发动机(如赛车发动机会有意设计成适应高转速的较小的叠加角)，气门叠加角的设计往往取一个折中的值，在这个折中的转速区域，叠加角是最合适的。有最合适就

3、有不合适，这种固定不变的气门叠加角在低转速和高转速时，发动机的工作状态都不是最佳的。这也就不难理解，为何低转换档难受了没有获得最佳的气门叠加角，发动机工作状态不佳，扭矩小，副作用大。气门行程气门的行程是由凸轮轴转角的长度决定的，目前大多数发动机的气门行程都是不可变的。气门行程决定了每个气门进气的截面积，这个数值在发动机高转速和低转速是需求也是不一样的。当发动机在高转速是，需要比较长的气门行程，以获得较大的进气截面积，从而提高高转速时的进气速度，提高功率的输出;当发动机在低转速时，需要较短的气门行程，以产生更大的进气负压和产生更多的进气涡流，让空气于燃油更快更充分的混和，以获得更大的扭力输出。与

4、气门正时一样，没有一种固定的气门行程可以同时照顾到高转和低转的，普通民用车一般也采用折中的办法。这种折中带来的结果就是，低转速的时候气门行程不够小，不能获得足够的进气负压和涡流;高转速的时候气门行程又不够大，不能充分的进气。而发动机的最佳工作状态，就出现在这个折中的转速区间。这样，也就可以解释为何要在最大扭力的转速区域换档了，道理与上文说到的可变正时类似。进气歧管的长度随着进气气门的打开和关闭，空气在进气歧管里面会有一个振荡过程。在发动机吸气的时候，进气歧管里的空气是以一定速度向气缸里流动的，在进气气门关闭瞬间，流动的空气被进气门阻挡了，由于空气的运动特性，这部分空气会向进气门方向堆积(即压缩

5、)，然后向反方向回弹，如此往复，形成振荡。根据共振的原理，如果进气歧管内空气的振荡频率能与进气门开闭的频率达到一致时，即可获得最大的进气效率。进气门开闭的频率是随着发动机的转速改变而改变的，高转速时气门开闭频率高，低转速时气门开闭频率低。而进气歧管内的空气振荡的频率是由进气歧管的长度所决定的，长的进气歧管振荡频率低，短的进气歧管振荡频率高。对于不可变进气歧管长度的发动机而且，又需要取一个折中的长度，以兼顾高低转速时候的需求。而在这个折中的转速需求范围内，进气歧管的频率刚好与进气门的开关频率一致，可以获得最佳的进气效率。从上面三个技术看，都有一个折中值，在这个折中值的转速区域内，无论是气门正时、

6、气门行程、进气管长度都是对应此时的转速的，这个时候的发动机的工作状态是最佳的。而所谓最佳换档时机，实际上就是让发动机尽可能的运行在这个最佳转速范围内，而这个范围，往往在技术参数上表现为最大扭力出现的转速范围附近。不同的发动机这个折中值也不完全一样，所以换档时机也不完全一样。完全看最大扭矩的出现转速也不一定科学，有的发动机虽然最大扭矩出现的转速很高，但往往2500转开始就已经有足够的(90%)以上的扭力输出了，这时候就不需要教条的非要打到那个转速才换档。例如丰田8A发动机，它的最大扭矩出现在5200转，但实际上，超过2500转发动机就已经动力十足了。所以虽然没有人开威姿是5200转换档，但8A的工作状态依然很好。具体什么时候换档，可以看发动机的工况图作为参考，档扭矩曲线进入平缓的转速区域