汽門機構的構成
最基本的汽門機構是由凸輪軸、汽門搖臂、汽門彈簧、汽門導管、汽門本體及汽門座所組成。 汽門機構與曲軸的關係汽門機構運作的動力來源是來自引擎的曲軸，由連接於汽缸曲軸上的時規齒盤以時規鍊條來帶動連接於凸輪軸末端的另一個時規齒盤，兩個齒盤的齒比是1:2，也就是說經過四個行程後曲軸轉了720 ，而凸輪軸只轉了360 。有了這些驅動裝置，凸輪軸便能隨著引擎運轉而轉動，平時因為汽門彈簧的彈力作用而關著的汽門，當凸輪軸上的凸輪轉到凸面時，由凸輪推動汽門搖臂，汽門便被打開，之後再隨著凸面的離開及汽門彈簧的作用而關閉。凸輪軸轉速是引擎轉速的1/2，而進排氣門也就因固定的凸輪角度而呆板的工作著。
引擎運轉的基礎典型
在談汽門機構的工作特性之前，我們必須再確認一次四行程引擎的四個行程：進氣、壓縮、爆發、排氣周而復始。進氣時進汽門打開，活塞由上往下，有如針筒作用一般將空氣吸入氣缸。壓縮時進汽門關閉，此時汽缸形成一密閉的空間，活塞由下往上壓縮油氣，而壓縮比就是活塞在下死點和上死點時汽缸容積比例。油氣壓縮後，火星塞點火引燃油氣產生爆發，由爆發後產生的大量氣體將活塞往下推到下死點。爆發也是引擎四個行程中唯一的動力產生行程，其他三個行程都是需要消耗動力的，這也就是為什麼四行程引擎比二行程引擎”反應慢”的原因，因為二行程引擎每兩個行程就有一次是動力產生行程，而四行程則四次才有一次。爆發過後，排汽門打開，活塞由下往上推將汽缸內燃燒後的癈氣排出，活塞到上死點後關閉排氣門，並打開進氣門，準備下一次的進氣。
汽門正時
引擎運轉時活塞與汽門運動之間相對關係的基礎典型在現實的引擎運轉時卻會遇到幾個問題：首先進汽門從打開到進氣之前會有延遲，因為進汽是由於活塞向下先形成真空，進而由於汽缸內外壓力不同才使油氣被吸入汽缸內。（各位若有使用針筒吸過墨水，你便可清楚這一過程。）此汽門從開始動作到完全打開也需要時間，而基於上述原因，若能讓進氣門在活塞向下之前先打開，則將可充分利用這整個的進氣行程。如果排汽門在排氣行程尚未開始時先打開，可以減少活塞上升時的阻力，此外活塞由下而上到達上死點時，汽缸內的癈氣並未能完全的排出，這時若將排氣門關閉的時間延後，便可利用由進汽門引入的新鮮油氣，將殘餘的癈氣”擠”出去，儘量減少癈氣的殘留影響引擎的動力輸出。以上汽門與活塞間的相對關係若以具體的圖形來表示，就稱為『汽門正時圖』。而早開的進汽門和晚關的排汽門會造成有進排汽門同時打開的重疊情況，稱為『汽門重疊（Valve overlap）。引擎高轉速運轉時若能增加汽門重疊角度，將可抵消因高速運轉而凸顯的進氣延遲現象（其實高、低轉速時進汽延遲的時間是大約相同的，只不過高轉速時進氣時間縮短，則進汽延遲所佔的時間比例便相對提高）。但汽門重疊角度大的『高轉速型凸輪』，雖然具有較佳的高轉速動力表現，但在低轉速運轉時，將因為汽缸真空度不足及吸入油氣的流失而造成容積效率降低，導致低轉速動力不足、怠速運轉不穩的後遺症。
凸輪的特性
汽門機構的設計目標就是要讓進氣愈多，排氣愈乾淨。除了汽門正時外，汽門尺寸、揚程、加速曲線都會影響進排汽效率。這些因素乃是由凸輪軸（Cam Shift）的凸輪形狀及凸輪軸與曲軸的相對位置所控制。凸輪的形狀是以一圓為基礎，稱為『基圓』，並由汽門的開啟角度及關閉角度的1/2決定開啟點及關閉點（凸輪的轉速是引擎曲軸轉速的1/2），在決定揚程之後，凸輪的基本雛形就已出現，最後還要根據汽門加速曲線的需求修正凸輪的輪廓。汽門全開時與關閉時的高度差就稱為『揚程』（Lift），也可說是凸輪的基圓的中心到凸峰的距離減掉基圓的半徑所得的值。而汽門開始動作到完全打開或關閉所需的時間長短與凸輪軸角度的關係稱為『汽門啟閉加速度』，以圖形表現就成為『汽門啟閉加速曲線』。而引擎的容積效率正可由汽門揚程與凸輪角度所構成的曲線圖形來判斷。曲線下所圍成的面積越大則容積效率越高。當汽門尺寸及汽門正時不變時，汽門急開急閉可得到最佳的容積效率（也就是提高汽門加速度），當然最好是瞬間打開或關閉，但這在考慮對汽門座的衝擊力及受到傳統凸輪系統的先天限制（必須以圓弧面接觸以維持機構運轉之順暢），並不可能達成。此外適度的提高汽門揚程也可提高容積效率。
汽門機構的改裝
１．進、排氣道的拋光
進排氣道的拋光可減少氣道表面之粗糙度，其效果可分為二方面： 一是拋光後，平滑的表面可有效降低進排氣阻力、減少空氣流經氣道時在氣道表面產生停滯的現象；一是拋光後可適度的加大氣道口徑，這加大的幅度並不算很大，可視為拋光後所帶來的附加效益，因為強度的考量無法大幅的加大。 拋光後可加快進氣或排氣的流速，也就是加快進氣時的填充速度，在有限的氣開啟時間內，進量及迅速排氣將殘餘癈氣排得更乾淨，提高引擎的進氣效率及減少殘留癈氣所帶來的沖淡效果。
２．汽門打磨
汽門的打磨可分為兩個部分，一是進汽門頭的打磨；一是排汽門頭背面的打磨。進汽門頭的打磨使汽門頭的部份，凹的弧度更大，讓進汽門打開空氣進入汽缸時，由於汽門頭的弧度使其產生渦流，加速油汽的混合。而汽門頭背面的適度打磨則可造成在排汽時在排汽門附近產生渦流，造成排汽的回壓，如此一來就可再進一步加大排氣管的口徑，因為一部份回壓的問題已交由汽門負責。
３．凸輪軸
凸輪軸可視為汽門機構的靈魂，因為汽門運作的一切性能舉凡：啟閉的正時角度、汽門重疊、揚程都是由凸輪的形狀所決定。為了方便說明我們就以兩支不同角度的 Lancer 1.6的4G92 SOHC引擎改裝用凸輪軸的數據來比較。首先是『揚程』：A凸輪是進氣0.373吋、排氣0.377吋，B凸輪則進、排氣都是0.432吋。開啟時間（Duration）：A凸輪是進氣258 、排氣262 ，B凸輪則是進氣275 、排氣270 。而最重要的開啟時機（Timing）：A凸輪是進氣提前20 開、延後58 關，排氣提前62 開、延後20 關，B凸輪則是進氣提前32 開、延後63 關，排氣提前63 開、延後27 關。把這提前和延後的角度再加上一個行程固定的180 ，就會得到前面所提的開啟時間。而汽門重疊角度則可由進氣提前和排氣延後的角度相加得到：A凸輪40 ，B凸輪：59 。由這些數據再與原廠的凸輪角度數據相比較，就可大致判斷出一支CAM的基本性能。另一項關係汽門工作特性的因素是：汽門啟閉加速曲線。雖然一般的CAM製造廠並不會提供此一資料，但我們仍可以從凸輪的外形輪廓來做個概略的判斷。依其外形及性能特性大致上可分為下列幾種典型：A：基圓大、揚程短的，其特性是低速扭力良好，出力平順，但高速運轉則較差，適合需要平順扭力的RALLY賽車。 B：基圓小、揚程長的，其特性是高轉速表現良好但低轉速其則軟弱無力，動力銜接性不良，尤其怠速可能抖動嚴重，動力要到高轉速才會『突然』湧現。一般來說場地車賽都會採用此種CAM，尤其是在大型跑道上比賽的賽車，力道在5000rpm後才出現的設計是常有的。C：基圓大、揚程長和基圓小、揚程短的設計，一般量產型車量大多屬於這一種，性能表現是較中庸的。這時你或許會問：道路用的改裝CAM是屬於那一種？我們給你的答案是：中庸但『稍微』偏高轉速型的。至於偏多少則視原車供油電腦及汽門彈簧的設計餘欲及匹配程度而定。當然車主能忍受的抖動程度也是必須考慮的。
４．汽門、彈簧及其它配件
汽門的重量及啟閉時加速度對汽門彈簧及整個汽門機構所造成的負荷，對動力表現及穩定度、耐用度有極大的影響，若能換上輕量化的汽門，則對汽門機構運轉的反應將有相當大的助益。 汽門彈簧之所以要改裝，最主要目的是為了配合改了CAM後所造成的揚程及汽門加速曲線的改變，如此才能充份發揮其所欲達到的性能要求。若是CAM改變不大或彈簧仍足敷所需，則改彈簧的這筆預算就可省了。 有一項不能省的就是可微調的汽門時規齒盤，如此才可做到準確的汽門正時調整（歸零）。普通的時規齒盤一齒是7 ~10 ，調整時只能以一齒為單位，無法做更精確的微調，造成汽門無法在最適當的時機啟閉，如此一來將失去改裝CAM的原意。 其它如搖臂，汽門套筒等配件若有需要則也要配合改用強度高、輕量化的改裝部品，應付高轉速之所需和減輕機構之負荷。 最後，如果你對汽門機構做了大幅度的改裝，你得去考慮供油系統配合的問題，必要的話也得一併改裝，但如此一來花費將是可觀的！
傳統的汽門機構的運作是呆板的，無法同時滿足高、低轉速之需求，可變汽門正時系統便因應而生，如HONDA的VTEC，NISSAN的NVCS，BMW的 VACC都是這一類的設計，其中NVCS及VCSS系統改變的是凸輪軸的相位（正時），VTEC則是同時有高、低兩種凸輪供切換，尤其到了６代Civic 更已發展到有３種凸輪在切換，充份應付高、中、低不同轉速之需求。
[ 本帖最後由 章老爹 於 2006-11-10 04:05 編輯 ] |
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