本文從氣門正時(shí)、氣門行程和進(jìn)氣管長(zhǎng)度這三項(xiàng)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明為何在普通發(fā)動(dòng)機(jī)上，換檔轉(zhuǎn)速應(yīng)該在最高扭矩附近的轉(zhuǎn)速。

    氣門正時(shí)

    氣門正時(shí)是指的進(jìn)排氣氣門的開(kāi)啟時(shí)機(jī)，是由凸輪軸的轉(zhuǎn)角所控制的。普通發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸轉(zhuǎn)角是固定的，所以其氣門的正時(shí)也是固定的。

    我們知道，空氣是有慣性的，在進(jìn)氣門開(kāi)啟的瞬間，空氣并不能0時(shí)差的迅速進(jìn)入氣缸，他需要一個(gè)很短的反應(yīng)時(shí)間，所以，在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)候，就會(huì)在進(jìn)入吸氣沖程之前（也就是活塞向下運(yùn)行之前），提前打開(kāi)進(jìn)氣門，以抵消這個(gè)進(jìn)氣時(shí)差，以獲得更充分的進(jìn)氣。而在排氣階段，同樣原理，在活塞排氣上升到頂部時(shí)，廢氣并沒(méi)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(shí)刻出現(xiàn)在活塞上升到頂部后的一個(gè)很短的時(shí)間里。為了更充分的排氣，需要讓排氣門在活塞到達(dá)頂點(diǎn)以后延遲一瞬間再關(guān)閉。這一個(gè)提前，一個(gè)推遲，必然有一個(gè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)氣門和排氣門是同時(shí)打開(kāi)的，這種現(xiàn)象被稱作“氣門疊加角”。

    發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，對(duì)于疊加角的需求是不一樣的。低轉(zhuǎn)速時(shí)需要較大的疊加角，高轉(zhuǎn)速時(shí)需要較小的疊加角——沒(méi)有一種疊加角可以同時(shí)適合高低轉(zhuǎn)速。但是普通發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門正時(shí)是不變的，也就是說(shuō)，氣門疊加角是固定不變的。對(duì)于沒(méi)有特殊需求的發(fā)動(dòng)機(jī)（如賽車發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)有意設(shè)計(jì)成適應(yīng)高轉(zhuǎn)速的較小的疊加角），氣門疊加角的設(shè)計(jì)往往取一個(gè)折中的值，在這個(gè)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(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)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(méi)有獲得最佳的氣門疊加角，發(fā)動(dòng)機(jī)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(zhǎng)度決定的，目前大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門行程都是不可變的。氣門行程決定了每個(gè)氣門進(jìn)氣的截面積，這個(gè)數(shù)值在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速是需求也是不一樣的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速是，需要比較長(zhǎng)的氣門行程，以獲得較大的進(jìn)氣截面積，從而提高高轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣速度，提高功率的輸出；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低轉(zhuǎn)速時(shí)，需要較短的氣門行程，以產(chǎn)生更大的進(jìn)氣負(fù)壓和產(chǎn)生更多的進(jìn)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(shí)一樣，沒(méi)有一種固定的氣門行程可以同時(shí)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(lái)的結(jié)果就是，低轉(zhuǎn)速的時(shí)候氣門行程不夠小，不能獲得足夠的進(jìn)氣負(fù)壓和渦流；高轉(zhuǎn)速的時(shí)候氣門行程又不夠大，不能充分的進(jìn)氣。而發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳工作狀態(tài)，就出現(xiàn)在這個(gè)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(shuō)到的可變正時(shí)類似。

    進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度

    隨著進(jìn)氣氣門的打開(kāi)和關(guān)閉，空氣在進(jìn)氣歧管里面會(huì)有一個(gè)振蕩過(guò)程。在發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣的時(shí)候，進(jìn)氣歧管里的空氣是以一定速度向氣缸里流動(dòng)的，在進(jìn)氣氣門關(guān)閉瞬間，流動(dòng)的空氣被進(jìn)氣門阻擋了，由于空氣的運(yùn)動(dòng)特性，這部分空氣會(huì)向進(jìn)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(jìn)氣歧管內(nèi)空氣的振蕩頻率能與進(jìn)氣門開(kāi)閉的頻率達(dá)到一致時(shí)，即可獲得最大的進(jìn)氣效率。

 
進(jìn)氣門開(kāi)閉的頻率是隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變而改變的，高轉(zhuǎn)速時(shí)氣門開(kāi)閉頻率高，低轉(zhuǎn)速時(shí)氣門開(kāi)閉頻率低。而進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣振蕩的頻率是由進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度所決定的，長(zhǎng)的進(jìn)氣歧管振蕩頻率低，短的進(jìn)氣歧管振蕩頻率高。對(duì)于不可變進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度的發(fā)動(dòng)機(jī)而且，又需要取一個(gè)折中的長(zhǎng)度，以兼顧高低轉(zhuǎn)速時(shí)候的需求。而在這個(gè)折中的轉(zhuǎn)速需求范圍內(nèi)，進(jìn)氣歧管的頻率剛好與進(jìn)氣門的開(kāi)關(guān)頻率一致，可以獲得最佳的進(jìn)氣效率。

    從上面三個(gè)技術(shù)看，都有一個(gè)折中值，在這個(gè)折中值的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，無(wú)論是氣門正時(shí)、氣門行程、進(jìn)氣管長(zhǎng)度都是對(duì)應(yīng)此時(shí)的轉(zhuǎn)速的，這個(gè)時(shí)候的發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)是最佳的。而所謂最佳換檔時(shí)機(jī)，實(shí)際上就是讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能的運(yùn)行在這個(gè)最佳轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，而這個(gè)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(dòng)機(jī)這個(gè)折中值也不完全一樣，所以換檔時(shí)機(jī)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(dòng)機(jī)雖然最大扭矩出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速很高，但往往2500轉(zhuǎn)開(kāi)始就已經(jīng)有足夠的（90％）以上的扭力輸出了，這時(shí)候就不需要教條的非要打到那個(gè)轉(zhuǎn)速才換檔。例如豐田8A發(fā)動(dòng)機(jī)，它的最大扭矩出現(xiàn)在5200轉(zhuǎn)，但實(shí)際上，超過(guò)2500轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)就已經(jīng)動(dòng)力十足了。所以雖然沒(méi)有人開(kāi)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(shí)候換檔，可以看發(fā)動(dòng)機(jī)的工況圖作為參考，檔扭矩曲線進(jìn)入平緩的轉(zhuǎn)速區(qū)域時(shí)換檔，一般都沒(méi)問(wèn)題。如果沒(méi)有工況圖，憑實(shí)際操作時(shí)候的感受也可以，如果換完檔以后感覺(jué)發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)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(dá)到這種效果的最低轉(zhuǎn)速則就是整個(gè)車的最佳換檔轉(zhuǎn)速。