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        發(fā)動機結構觀察汽車駕駛換檔的最佳時機

        2011-8-17 09:51

        摘要:   本文從氣門正時、氣門行程和進氣管長度這三項結構來說明為何在普通發(fā)動機上,換檔轉速應該在最高扭矩附近的轉速。   氣門正時   氣門正時是指的進排氣氣門的開啟時機,是由凸輪軸的轉角所控制的。普通發(fā)動機 ...

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

          氣門正時

          氣門正時是指的進排氣氣門的開啟時機,是由凸輪軸的轉角所控制的。普通發(fā)動機的凸輪軸轉角是固定的,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時間,所以,在設計發(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閉。這一個提前,一個推遲,必然有一個時間內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)動機在高轉速和低轉速運轉的時候,對于疊加角的需求是不一樣的。低轉速時需要較大的疊加角,高轉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)動機會有意設計成適應高轉速的較小的疊加角),氣門疊加角的設計往往取一個折中的值,在這個折中的轉速區(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速和高轉速時,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)動機高轉速和低轉速是需求也是不一樣的。當發(fā)動機在高轉速是,需要比較長的氣門行程,以獲得較大的進氣截面積,從而提高高轉速時的進氣速度,提高功率的輸出;當發(fā)動機在低轉速時,需要較短的氣門行程,以產生更大的進氣負壓和產生更多的進氣渦流,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和低轉的,普通民用車一般也采用折中的辦法。這種折中帶來的結果就是,低轉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)在這個折中的轉速區(qū)間。這樣,也就可以解釋為何要在最大扭力的轉速區(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,形成振蕩。

          根據(jù)共振的原理,如果進氣歧管內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)動機的轉速改變而改變的,高轉速時氣門開閉頻率高,低轉速時氣門開閉頻率低。而進氣歧管內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,以兼顧高低轉速時候的需求。而在這個折中的轉速需求范圍內,進氣歧管的頻率剛好與進氣門的開關頻率一致,可以獲得最佳的進氣效率。

          從上面三個技術看,都有一個折中值,在這個折中值的轉速區(qū)域內,無論是氣門正時、氣門行程、進氣管長度都是對應此時的轉速的,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速范圍內,而這個范圍,往往在技術參數(shù)上表現(xiàn)為最大扭力出現(xiàn)的轉速范圍附近。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)轉速也不一定科學,有的發(fā)動機雖然最大扭矩出現(xiàn)的轉速很高,但往往2500轉開始就已經(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,但實際上,超過2500轉發(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。當換完檔以后車子依然沖勁十足,能達到這種效果的最低轉速則就是整個車的最佳換檔轉速。

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        GMT+8, 2025-1-9 18:37

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