從發(fā)動機結(jié)構(gòu)看汽車駕駛換檔時機

    本文從氣門正時、氣門行程和進氣管長度這三項結(jié)構(gòu)來說明為何在普通發(fā)動機上，換檔轉(zhuǎn)速應(yīng)該在最高扭矩附近的轉(zhuǎn)速。

    氣門正時

    氣門正時是指的進排氣氣門的開啟時機，是由凸輪軸的轉(zhuǎn)角所控制的。普通發(fā)動機的凸輪軸轉(zhuǎn)角是固定的，所以其氣門的正時也是固定的。

    我們知道，空氣是有慣性的，在進氣門開啟的瞬間，空氣并不能0時差的迅速進入氣缸，他需要一個很短的反應(yīng)時間，所以，在設(shè)計發(fā)動機的時候，就會在進入吸氣沖程之前（也就是活塞向下運行之前），提前打開進氣門，以抵消這個進氣時差，以獲得更充分的進氣。而在排氣階段，同樣原理，在活塞排氣上升到頂部時，廢氣并沒有排到最大程度，由于慣性和速度的原因，廢氣排放的最大量時刻出現(xiàn)在活塞上升到頂部后的一個很短的時間里。為了更充分的排氣，需要讓排氣門在活塞到達頂點以后延遲一瞬間再關(guān)閉。這一個提前，一個推遲，必然有一個時間內(nèi)進氣門和排氣門是同時打開的，這種現(xiàn)象被稱作“氣門疊加角”。

    發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)的時候，對于疊加角的需求是不一樣的。低轉(zhuǎn)速時需要較大的疊加角，高轉(zhuǎn)速時需要較小的疊加角——沒有一種疊加角可以同時適合高低轉(zhuǎn)速。但是普通發(fā)動機的氣門正時是不變的，也就是說，氣門疊加角是固定不變的。對于沒有特殊需求的發(fā)動機（如賽車發(fā)動機會有意設(shè)計成適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的較小的疊加角），氣門疊加角的設(shè)計往往取一個折中的值，在這個折中的轉(zhuǎn)速區(qū)域，疊加角是最合適的。有最合適就有不合適，這種固定不變的氣門疊加角在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速時，發(fā)動機的工作狀態(tài)都不是最佳的。這也就不難理解，為何低轉(zhuǎn)換檔難受了——沒有獲得最佳的氣門疊加角，發(fā)動機工作狀態(tài)不佳，扭矩小，副作用大。

    氣門行程

    氣門的行程是由凸輪軸轉(zhuǎn)角的長度決定的，目前大多數(shù)發(fā)動機的氣門行程都是不可變的。氣門行程決定了每個氣門進氣的截面積，這個數(shù)值在發(fā)動機高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速是需求也是不一樣的。當(dāng)發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速是，需要比較長的氣門行程，以獲得較大的進氣截面積，從而提高高轉(zhuǎn)速時的進氣速度，提高功率的輸出；當(dāng)發(fā)動機在低轉(zhuǎn)速時，需要較短的氣門行程，以產(chǎn)生更大的進氣負壓和產(chǎn)生更多的進氣渦流，讓空氣于燃油更快更充分的混和，以獲得更大的扭力輸出。

    與氣門正時一樣，沒有一種固定的氣門行程可以同時照顧到高轉(zhuǎn)和低轉(zhuǎn)的，普通民用車一般也采用折中的辦法。這種折中帶來的結(jié)果就是，低轉(zhuǎn)速的時候氣門行程不夠小，不能獲得足夠的進氣負壓和渦流；高轉(zhuǎn)速的時候氣門行程又不夠大，不能充分的進氣。而發(fā)動機的最佳工作狀態(tài)，就出現(xiàn)在這個折中的轉(zhuǎn)速區(qū)間。這樣，也就可以解釋為何要在最大扭力的轉(zhuǎn)速區(qū)域換檔了，道理與上文說到的可變正時類似。

    進氣歧管的長度

    隨著進氣氣門的打開和關(guān)閉，空氣在進氣歧管里面會有一個振蕩過程。在發(fā)動機吸氣的時候，進氣歧管里的空氣是以一定速度向氣缸里流動的，在進氣氣門關(guān)閉瞬間，流動的空氣被進氣門阻擋了，由于空氣的運動特性，這部分空氣會向進氣門方向堆積（即壓縮），然后向反方向回彈，如此往復(fù)，形成振蕩。

    根據(jù)共振的原理，如果進氣歧管內(nèi)空氣的振蕩頻率能與進氣門開閉的頻率達到一致時，即可獲得最大的進氣效率。

 
進氣門開閉的頻率是隨著發(fā)動機的轉(zhuǎn)速改變而改變的，高轉(zhuǎn)速時氣門開閉頻率高，低轉(zhuǎn)速時氣門開閉頻率低。而進氣歧管內(nèi)的空氣振蕩的頻率是由進氣歧管的長度所決定的，長的進氣歧管振蕩頻率低，短的進氣歧管振蕩頻率高。對于不可變進氣歧管長度的發(fā)動機而且，又需要取一個折中的長度，以兼顧高低轉(zhuǎn)速時候的需求。而在這個折中的轉(zhuǎn)速需求范圍內(nèi)，進氣歧管的頻率剛好與進氣門的開關(guān)頻率一致，可以獲得最佳的進氣效率。

    從上面三個技術(shù)看，都有一個折中值，在這個折中值的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，無論是氣門正時、氣門行程、進氣管長度都是對應(yīng)此時的轉(zhuǎn)速的，這個時候的發(fā)動機的工作狀態(tài)是最佳的。而所謂最佳換檔時機，實際上就是讓發(fā)動機盡可能的運行在這個最佳轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，而這個范圍，往往在技術(shù)參數(shù)上表現(xiàn)為最大扭力出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速范圍附近。不同的發(fā)動機這個折中值也不完全一樣，所以換檔時機也不完全一樣。

    完全看最大扭矩的出現(xiàn)轉(zhuǎn)速也不一定科學(xué)，有的發(fā)動機雖然最大扭矩出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速很高，但往往2500轉(zhuǎn)開始就已經(jīng)有足夠的（90％）以上的扭力輸出了，這時候就不需要教條的非要打到那個轉(zhuǎn)速才換檔。例如豐田8A發(fā)動機，它的最大扭矩出現(xiàn)在5200轉(zhuǎn)，但實際上，超過2500轉(zhuǎn)發(fā)動機就已經(jīng)動力十足了。所以雖然沒有人開威姿是5200轉(zhuǎn)換檔，但8A的工作狀態(tài)依然很好。

    具體什么時候換檔，可以看發(fā)動機的工況圖作為參考，檔扭矩曲線進入平緩的轉(zhuǎn)速區(qū)域時換檔，一般都沒問題。如果沒有工況圖，憑實際操作時候的感受也可以，如果換完檔以后感覺發(fā)動機沒勁，那肯定換檔早了。當(dāng)換完檔以后車子依然沖勁十足，能達到這種效果的最低轉(zhuǎn)速則就是整個車的最佳換檔轉(zhuǎn)速。