【汽車基礎教室】可變進排氣系統大觀 ( 上 )
記者：sutl 2002-09-05 | |
每次，只要一有新車上市，就有一堆人又再問什麼是可變進氣系統，然後就又有一堆人提出一堆似是而非的解答，然後你就覺得只要有可變進氣系統，車子就會猛得飛上天…
要了解可變進排氣系統 就要先了解引擎
▲節氣門接到空氣室上，圖中可以看到四根很長的進氣歧管從空氣室延伸出來，不過那個節氣門好像不是之前那顆？
為什麼每次有人問這個問題，都沒有人想回答，原因很簡單，講了也聽不懂，要了解各式可變進排氣系統，對引擎的了解至少是入門級以上的，你必須先了解引擎全部的基礎運轉原理，這樣你才能了解各式可變系統的助益。其實，當你完全了解引擎時，只要讓你看一張設計圖，你就能知道這個可變進氣系統是怎麼作用的。所以，你要是真的想知道可變進氣系統，就先了解引擎吧！
引擎是因燃燒氧氣與汽油而產生動力的，所以要有進氣管與噴油嘴來提供氧氣與汽油，而燃燒後的廢氣需要排出，所以要有排氣管﹔而光是燃燒，不會產生最大動力，要壓縮之後再燃燒爆炸產生的動力才是最大的，而燃燒後所產生的動力，也要轉變成機械能才能為人所用，所以一顆引擎要有進氣、壓縮、動力、排氣等四個步奏，才能不斷的運轉下去，並且輸出動力到車輪使車輛前進。
▲這就是所謂的節氣門，引擎能吸到多少空氣都是由它決定的。
那一顆引擎究竟是如何整合這四個動作的呢？
進氣：
進氣是引擎動力來源的根本，沒有空氣就沒有動力，而相對的，控制進氣就控制了動力，所以進氣管內會有一個叫節氣門的東西﹙俗稱油門﹚，它是一個閥門，負責控制進氣量用的，當它大開時進氣量就多，關小時進氣量就少，因此控制著引擎的動力，而你腳下的油門踏板控制的就是這個東西。
而以一個四缸引擎來說，需要四個進氣管來負責各缸的進氣需求，我們就稱這負責單缸供氣的管子叫進氣歧管。但這管子的設計是有學問的，我們知道一顆引擎的轉速從600rpm﹙每分鐘幾轉﹚到6000rpm不等﹙當然有些引擎更高﹚，使得引擎的進氣從每秒5次到50次不等，每次進氣時間從100ms到10ms﹙1/1000秒﹚不等，而空氣是有慣性的，大家知道管子粗短時有利於高速10ms的進氣，因為這樣阻力較低，然而有慣性的空氣，在100ms時的長時間時，卻有機會反彈離氣缸又回到進氣歧管，為了抵制這種問題，結果進氣歧管不得不做的又細又長，讓欲回彈的空氣因細長的進氣歧管阻力而無法回彈，在阻力與回彈的兩難下，歧管長度一直是一門妥協的藝術。
▲將氣門裝入汽缸頭，現在你知道每缸四氣門是怎麼排列的吧！比較大的是進氣門，小的是進氣門，最小的是火星塞。
再來，我們知道進氣只佔引擎四個行程之一，所以必須有一個閥門控制進氣的動作，這就是進氣門的動作，在現今的引擎上，進氣門是由凸輪所控制的，所以凸輪的形狀就很重要了，不過汽車引擎的凸輪形狀幾乎都是蛋型的，所以我們就先不討論形狀，只討論角度跟揚程。
我們知道，引擎有四個行程要作，有活塞向下的進氣行程、活塞向上的壓縮行程、活塞向下的動力行程、活塞向上的排氣行程，活塞這兩上兩下的運動，透過連桿傳給曲軸，正好使曲軸轉兩圈，總共是720°﹙所以理論上，每個行程180°﹚。而進氣行程當然每兩圈只能有一次，所以控制進氣的凸輪軸當然是曲軸轉兩轉，它才能轉一轉，所以一顆凸輪假設真實角度是120°，那我們會說那是240°，因為它導致了進氣門開啟的時間長達曲軸轉240°的時間。
既然有開啟，那當然有所謂的開啟幅度了，開啟幅度就是指凸輪揚程，這是指沒有搖臂的情形下，有搖臂要再算槓桿作用行程。想當然爾，揚程越大，代表進氣門開得越大，當然進氣會更流暢更快，甚至快到最後已經將氣缸充滿氣了，進氣門卻還沒關，這時汽缸內的氣又會回流到歧管，反而又導致汽缸內空氣減少了。另外，凸輪軸的揚程在製作上也是有極限的。
▲這就是凸輪軸，因為上面有一堆凸出的凸輪，凸輪凸出的程度就是揚程，至於凸輪角度？大家目測看看吧！
當然，在賽車上，大家只注重高轉速的性能，所以凸輪角度盡量做大，但再大也很難超過310°，因為引擎還有壓縮行程要做，凸輪揚程也有其極限，所以就將腦筋動到氣門上了。氣門在高速的情況下當然是越大越好，但在製作的能力上來說，目前只能做出圓形的活塞跟圓形的氣門，所以要加大進氣門只有一法，那就是多加一個﹙當然你要加兩個也可以，不過面積增加不多﹚，這就是為什麼你在高轉速的賽車上，看到的都是每缸四氣門﹙兩進兩排﹚引擎。
然而，適合高轉速使用的四氣門設計，要如何用到一般房車上呢？簡單，降低凸輪軸角度、揚程，外加加長型的進氣歧管就可以了，這樣引擎低轉速的運作就沒問題了，但高轉速就完了。﹙就是這樣﹚
雖然將四氣門用到房車上噱頭味道比較重，但其實還是有一些好處的，例如凸輪角度的降低，使得進氣門開啟時間縮短，一方面減少了進排氣門重疊的時間，這樣進氣就不會漏到排氣管，排氣就不會倒灌回進氣管，另一方面增加了引擎壓縮的行程﹙實質壓縮的提高將提高爆炸的威力﹚，再加上四氣門先天的高轉速特性，反而使得引擎的動力帶﹙有力的轉速域﹚增加，實用上還是不錯。
壓縮：
壓縮行程指的就是活塞上行、進氣門關閉後的行程。這個行程沒啥大道理，就是將吸入引擎的油氣﹙汽油＋空氣﹚，壓縮到原來的1/10大小左右，這樣爆炸的威力就能增加10倍﹙理論上﹚。
至於現今很多人講的渦流或滾流，也是在這個時候運作的，不過不管是渦流或滾流，都是進氣造成的，渦流跟進氣門的位置有關，滾流跟歧管的角度有關，因為所涉及的問題較為複雜，這次暫且先不提。
▲這就是將凸輪軸及氣門等裝進汽缸頭的樣子，當凸輪軸旋轉時，凸輪就會不斷的將氣門頂下去。大家應該看得懂吧？
動力﹙爆炸﹚：
油也進了、氣也進了、壓縮完了，接下來就是火星塞一個小火花，引爆這些油氣，引爆後，這些爆炸氣體就推著活塞往下走，而活塞推連桿、連桿推曲軸、曲軸推飛輪、飛輪推離合器﹙手排﹚or液體扭力變換接合器﹙自排﹚、接下來就是變速箱輸入軸…，反正車輪有驅動力就是了。
動力行程就全看那小小的火星塞作用了，除了點火時間之外，火花大小、時間長短都很重要，只要一個不對，輕則浪費汽油﹙沒燒完﹚無力，重則爆震敲缸出怪手，讓你再買一顆引擎。
排氣：
排氣行程的重點在於排氣﹙廢話﹚，排氣時一樣會遭遇到與進氣差不多的問題，但壓力多了4倍﹙這就是為什麼要壓縮的原因，要不然這麼點壓力哪夠用﹚，所以排氣門通常比進氣門小，揚程也是，但依舊會有排氣倒灌或排氣不順的問題，解決之道同進氣手段。
