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从发动机结构看汽车驾驶换档时机

来源:未知     作者:admin    2012-10-14   点击:

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。

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