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四行程引擎中,汽門機構是在汽缸缸徑與活塞行程之外,另一個影響整個動力曲線的重要部件。為了讓引擎更能兼顧不同轉速的需求,在汽車引擎上早已發展出相當成熟且多元的可變汽門機構。然而體積更小、對重量更計較的機車引擎,直到這幾年各大車廠面臨了日漸嚴苛的環保法規,作為一項不僅能提升動力性能,並且也能改善油耗的可變汽門系統,才在各種級距的量產車上慢慢多了起來。




早期由於汽門的作動時機與行程是固定的,但引擎在不同轉速下,最佳的進氣量與氣門正時也都會不同,使得引擎設計只能針對某區域轉速最佳化。隨後發展出來的可變汽門技術,便是追求更加完美的性能輸出,不妥協下的成果。

此為KYMCO官方提供的G6 VVCS動力曲線圖,可以更直接了解可變汽門對馬力曲線最佳化的幫助。

概要

在介紹現在市售量產化的機車可變汽門系統前,我們先簡單說明汽門的幾個概念,分別是汽門揚程、汽門正時與汽門數。

汽門是一個上下作動的傘狀閥門,進氣汽門往下推開時能讓油氣進入燃燒室、排氣汽門往下推開時能讓廢氣排出,而這上下移動的距離就稱為汽門揚程。而汽門開啟的時間點,需要配合活塞壓縮時間與點火,時間差太多就可能正好與往上壓縮的活塞撞在一起,這個時間就稱為汽門正時。簡單的說,汽門揚程決定汽門開啟範圍、汽門正時決定汽門何時開啟。

左右兩側長形的結構分別為進氣汽門與排氣汽門。




以引擎進氣來說,高轉速與低轉速的進氣量是不同的,因此理想情況下,我們希望低轉速時的汽門揚程較低,高轉速時的汽門揚程較高,提供適當的混合油氣。另一方面,由於混合油氣並不是在汽門開啟的瞬間就立刻衝入燃燒室,而是在活塞負壓下被吸進去,因此引擎設計上都會將汽門正時略微提早,先打開汽門,讓混合油氣能夠先行加速,達到最大化的效果。因此當進氣汽門與排氣汽門都需先行提早開啟時,就會出現進、排氣汽門同時開啟的時間點,這個時間點稱為重疊角或重疊正時。

四行程引擎一定有的汽門,根據進氣與排氣可能會有不同尺寸。

然而隨著引擎轉速的增加,活塞速度的加快,汽門能開啟的時間變短,使得汽門正時比起低轉速需要提早更多,並藉由增加重疊角,靠著排氣產生的缸內負壓,加快進氣的速度,來達到充足的混合油氣進氣量。

引擎除了透過汽門揚程與汽門正時來改善進氣量之外,還有一個更直接的方式,就是增加汽門數。原本進氣汽門只有一個不夠,那我就增加到兩個,提高整體進氣量。這在最求高轉速輸出的機車引擎中,就有包括YAMAHA FZR 與2006年之前R1上所使用的五汽門引擎(每缸進氣汽門增加至三汽門),以及HONDA為了每缸八汽門(四進四排)而設計橢圓形活塞的NR500及市售的NR750。

98年R1的引擎分解圖,在圓形活塞下,擠進了三進二出的五汽門。



NR500與之後的NR750,為了增加汽門數,而採用橢圓形活塞設計。

各家可變汽門系統有何不同,請看下一頁

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