发动机就像汽车的“心脏”,而气门就是心脏上的“小门”,负责让新鲜空气(混合气)进来,把燃烧完的废气排出去。你有没有听过这样一种说法:一些老司机总觉得过去那种每个气缸只有两个气门(一个进一个出,四个缸就是8气门)的发动机,在起步、爬坡这种低转速的时候,劲儿特别足,感觉比现在很多每个气缸有四个气门(两个进两个出,四个缸就是16气门)的发动机更有“低扭”?这可不是空穴来风,背后藏着不少有趣的科学道理。今天我们就来拆解一下,看看为什么8气门在低转速区间,有时候能爆发出更强劲的低扭。
道理一:小门冲水快,“搅和”更给力 – 进气气流速度是关键
想象一下你用花园水管浇花。当你把水管出口捏小一点,水流是不是“嗖”地一下冲得更快、更有劲儿?8气门发动机每个气缸就一个进气门,相当于这个“门”比较小。排量固定,发动机需要吸入的空气总量是一定的。在低转速时,气门开闭的频率没那么快,这个小“门”反而让每次打开时冲进来的空气流速更快!
这高速气流可不仅仅是冲进来那么简单:
1. 混合更均匀: 汽油喷出来后是雾状的细小油滴。高速气流就像个疯狂的搅拌棒,猛烈地把这些油滴打散,和空气充分、均匀地混合在一起。想象一下高速水流冲进咖啡粉,是不是比慢慢倒水溶解得更快更均匀?燃料和空气混合得越均匀,燃烧就越迅速、越彻底。
2. 燃烧更迅猛: 混合气混合得好,火花塞一点火,“嘭”!火焰能在燃烧室里迅速蔓延开来,完成一次快速、高效的爆炸(燃烧)。这就像点着一堆干燥、蓬松的柴火,瞬间就烧旺了。
而16气门发动机每个缸有两个进气门,门变大了。同样在低转速下进气,气流速度相对就慢了。慢悠悠的气流“搅和”能力弱,油滴可能聚在一起(混合不均匀),点火后火焰传播速度也慢一些,燃烧过程就没那么利索。虽然在高转速时大门的优势明显(能进更多气),但在低转速时,反而是小门带来的高速气流,让混合和燃烧更高效,产生的瞬间爆发力(扭矩)自然就更强。
道理二:胳膊长,力气大 – 缸径小点,冲程长点的优势
发动机的“力气”怎么传到车轮上?关键在于燃烧爆炸推动活塞向下运动,活塞再通过连杆带动曲轴旋转。曲轴旋转产生的“扭转力”就是扭矩。
很多经典的8气门发动机,设计上常常采用“小缸径、大冲程”。啥意思?
缸径: 活塞的直径。
冲程: 活塞从最高点运动到最低点的距离。
假设排量都是1.6升(四个缸共1.6升,那么每个缸0.4升):
小缸径大冲程: 活塞直径小一点,但活塞运动的行程(距离)很长。
大缸径小冲程: 活塞直径大一些,但活塞运动的行程比较短。
为啥小缸径大冲程对低扭有利?
1. 曲轴“力臂”变长了: 大冲程意味着连杆推动曲轴旋转时,那个“杠杆臂”(想象一下曲轴中心到连杆连接点的距离,也就是曲柄半径)比较长。学过物理就知道,扭矩 = 力 × 力臂。燃烧产生相同的爆炸力(力)推动活塞向下,冲程长(力臂长)的设计,就能在曲轴上产生更大的扭矩!就像你用长扳手拧螺丝会比用短扳手省力(产生更大的旋转力)是一个道理。
2. 摩擦力略小: 缸径小,气缸壁面积相对小一点,活塞运动时的摩擦损失理论上也能略微降低一点,把更多能量用在推动曲轴上。
很多追求低转速扭矩的发动机(比如一些越野车、强调起步加速的车),往往能看到这种小缸径大冲程的影子。而16气门发动机为了追求高转速下的功率和进气效率,常常采用更大的缸径和相对短的冲程,虽然高转能“飞”起来,但在低转速区间,这个“力臂”的优势就没了。
道理三:长长管道有“回音” – 进气道长度里的玄机
你有没有在长长的走廊里喊过话?声音会回荡。空气在管道里流动也有类似的“惯性”。
8气门发动机通常配有一根相对更长的进气道。这长管道在低转速时有个意想不到的效果:
气流反弹增压: 当进气门突然关闭时,正在往里冲的高速气流会像撞到墙一样被反弹回去。这根长长的进气道给了气流足够的空间来回震荡反弹。理想情况下,当活塞下次下行进气门再次打开时,正好赶上反弹回来的气流“波峰”冲向气缸方向!
“免费”的增压效果: 这就像在进气门打开时,有一股额外的力量(反弹回来的气流)推着更多空气冲进气缸。这相当于在低转速下,给发动机进行了一次小小的“自然增压”,让气缸里能塞进更多的空气和燃油混合气。
混合气多了,爆炸产生的能量自然更大,扭矩就更强了。这个利用气流惯性反弹来提高低转速进气效率的现象,在长进气道里效果更显著。16气门发动机因为结构更紧凑等原因,进气道通常相对较短,这个“回音增压”的效果在低转速下就没那么明显了。
道理四:一个门够用?低转速下确实够!
8气门发动机毕竟每个缸只有一个进气门,在高转速时,气门开闭时间极短,这一个门就有点“忙不过来”了,进气效率会明显低于拥有两个进气门的16气门发动机,高速时“后劲不足”是它的软肋。
但在低转速区间,情况就不同了:
转速低,气门开闭节奏没那么快,时间相对充裕。
需要的空气总流量也不像高转速时那么大。
前面提到的三个优点(高速气流、长力臂、气流反弹)在此时发挥了巨大作用。
所以,虽然在低转速下,这个单进气门的绝对进气效率理论上限可能不如双进气门,但它完全能满足低转速时的需求,而且在气流速度、混合燃烧、曲轴力臂长度、以及进气反弹效应的加持下,综合表现出的低扭反而更出色。简单说就是:低转速时,一个门干活不耽误,还能干得更“猛”!
结语:各有千秋的进化之路
看到这里,你应该明白了为什么老司机们会对8气门发动机的低扭念念不忘。它通过巧妙的设计(小进气门带来高速气流、小缸径大冲程获得长力臂、长进气道利用气流反弹、单进气门在低转足够用),把低转速下的潜力挖掘得很充分,非常适合日常走走停停、需要频繁起步加速的城市路况。
不过,时代在进步。16气门发动机代表着更高的技术追求:追求高转速下澎湃的动力输出和极速。而且工程师们也早已意识到单一设计的短板。于是,可变气门正时、可变进气歧管长度、涡轮增压等等“黑科技”大量应用在现代发动机上。这些技术就是为了既能保持低转速下的良好扭矩响应(弥补传统16气门低扭的不足),又能在高转速时爆发出强大的功率(弥补传统8气门高转的不足)。最终的目标是让发动机在任何转速区间都能“吃得饱、干得好”,提供更顺畅、更高效、更全面的驾驶体验。
所以,8气门的“低扭强”是特定历史条件下工程智慧的集中体现,专注于解决当时的痛点。而现代发动机则是在更高的层面上,努力兼顾动力曲线的每一个部分,追求更完美的平衡。理解了它们背后的设计哲学,下次开车时感受发动机的“呼吸”与“力量”,或许会有不一样的体会!
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