從發(fā)動機結(jié)構(gòu)看最佳換檔時機

    有一位老司機，駕駛技術(shù)很好的那種，開了很多年的車了。剛出帕薩特那會，他開上了帕薩特1.8，但是這位老師傅就跟我抱怨起他的帕薩特：“這車太面了，提速特別慢，比我原來開的桑塔納2000差遠了。而且還老愛出毛病，光噴油嘴就洗過好幾回了！”先來看看他開車，那叫一個熟��！技術(shù)嫻熟搗騰著他手上的檔把和腳下的離合器。老師傅就是老師傅，手腳干凈利落，每個檔停留的時間絕對不超過2秒鐘，轉(zhuǎn)速剛到1500轉(zhuǎn)就升檔，不到一句話的時間，這位師傅已經(jīng)升到五檔了！再看一下儀表盤，老天——速度還不到50公里/小時，轉(zhuǎn)速也就1000來轉(zhuǎn)！聽著發(fā)動機“突突突”的聲，聽著就難受，可把車給憋壞了！~但老師傅渾然不覺，讓可憐的帕薩特在5擋上慢悠悠的提速，一直提到90公里/小時！“為什么這么低轉(zhuǎn)速就換檔呢？”老師傅答：“這樣開省油啦，發(fā)動機不累啦……”無語啦。 

　　其實存在這樣誤區(qū)的司機不少，指出這種錯誤的文章也不少，比較經(jīng)典的就是網(wǎng)間廣為流傳的《最佳換檔時機》這篇文章。不過這類文章大多數(shù)是從實例和技術(shù)參數(shù)來解釋的，沒有說明為何在最大扭矩轉(zhuǎn)速區(qū)域換檔的基本原理。

　　大家都知道進排氣對于發(fā)動機工況和效率的重要性，許多先進的發(fā)動機在這方面的設(shè)計也是絞盡腦汁，例如什么可變氣門正時、可變氣門行程、可變進氣歧管長度等等，無不是在改善不同轉(zhuǎn)速范圍的進排氣狀況，讓發(fā)動機在不同的轉(zhuǎn)速范圍都盡可能的運行在最佳狀態(tài)。

　　但是普通的經(jīng)濟型轎車 ，特別是檔次比較低的歐系美系轎車的發(fā)動機，基本上都沒有采用上述三種“可變”技術(shù)，包括上文說到的帕薩特1.8的發(fā)動機。下文就從氣門正時、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。前文說到的那位老司機也許不知道，他整天這樣開車，不但動力小，對發(fā)動機的損害也是很嚴(yán)重的。帕薩特1.8的發(fā)動機由于是德國人的設(shè)計，刻意將發(fā)動機的疊加角設(shè)計成偏高轉(zhuǎn)速需求的——因為幾乎所有的德國人開車都喜歡高轉(zhuǎn)速換檔。而這位老師傅正好相反，大多數(shù)時間讓這個可憐的高轉(zhuǎn)發(fā)動機在最不適合它的低轉(zhuǎn)運行，這種滿足高轉(zhuǎn)需求的氣門疊加角設(shè)計讓它在低轉(zhuǎn)時運行十分的不健康。這也就可以理解為何他的帕薩特老是出毛病了吧！