如果把气缸比作一个屋子,那这个屋子要想符合消防规定的话,必须有两个门:前门和后门,前门当做平时进入使用,后门当做逃生使用。气缸的进气门,就相当于屋子的前门,负责把空气放进来,排气门相当于后门,负责把燃烧过的废气排出去。
屋子的门如果太小,那进入或者逃生时,都不会很顺畅。所以,发动机在制造时,气门的开度应该是越大越好,这样吸气才会顺畅,排气也会爽快。所以,你要是问每缸2气门的发动机好,还是每缸4气门的发动机好?我可以负责任地告诉你,当然是每缸4气门的好。
人通常吸一次气的时间大约是2秒左右,如果让你尝试一下用1秒、0.5秒甚至0.1秒的时间来呼吸,是不是有供氧不足的感觉?
一样的道理,发动机从低转速逐渐过渡到高转速时,也会有同样的遭遇。不知你有没有计算过,当发动机转速达到6000转/分时,曲轴每秒钟得转100转,由于曲轴和凸轮轴是2∶1的转速关系,所以凸轮轴每秒会转50转,由此得出每转一圈的时间就是1/50,即0.02秒。
按照四冲程发动机的工作原理,凸轮轴每转一圈,气缸就完成了进气、压缩、做功、排气四个过程,而理论上,每个过程占一圈的1/4的时间,那我们就可以推算出,气缸每做功一次进气时间只有0.005秒,即5毫秒。
5毫秒的时间能做什么?你在想这个问题的时候,已经眨了一次眼,眨眼所耗的时间是120毫秒,而汽车安全气囊从触发到爆炸弹开所用的时间极短,但也要约50毫秒时间,因此发动机在高速时,5毫秒时间的进气量与此时所要求的进气量相去甚远,直接限制了发动机动力的提升。(www.xing528.com)
针对发动机这种高速时的高原反应,已经出现了很多相应的改良措施。比如使用涡轮增压或机械增压系统,转速越高增压压力越大,保证高转速时充足的供氧量,这是超级跑车惯用的做法,现在,逐渐普及到小排量发动机上了。
还有,可以增加气门数量以提高进气流量,如最初的2气门发动机,到后来的3气门(2个进气门、1个排气门,奔驰发动机曾用)、4个气门和5个气门(3个进气门、2个排气门,大众和奥迪曾用)。
不过,由于气缸顶的空间有限,不可能无限增加气门数量,气门超过5个之后,进气量的增加改善就不大,而气缸盖的设计就变得复杂得多,因此,目前包括大众和奥迪在内,都更喜欢二者兼顾较好的4气门设计。
此外,抛光进气管道从而减小气阻或加大进气惯性等(电喷发动机的进气管道要比化油器的长很多,在进气末段利用气流的惯性压力增加进气),都是一种方法。目前还有一种非常有效的方法,就是适当延长进气过程的时间,这也就是调整气门正时的问题。
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