理论知识一之气门重叠角

所谓的气门重叠角，通常是指发动机进气门和排气门处于同时开启的一段时间用曲轴转角来表示称为气门重叠角。

一般按发动机高速旋转工况的需要来设计气门重叠角。

它的原理如下：

理想状况下四行程引擎的运作包含「进气」、「压缩」、「做功」、「排气」四个行程，当进气行程开始时，进气门逐渐开启活塞必须同步逐渐往下止点移动，当进气门开启到最大时（也就是下压到最深处，这就是凸轮轴的扬程） 活塞必须移动到下止点并且在活塞下移的过程中，同时就由先前燃烧后汽缸真空（负压）吸入新鲜的混合油气（空气与燃油的混合）

到此完成进气行程，接下来活塞由下止点开始上移此时进入压缩行程，在这个行程中，活塞会逐渐朝上止点移动，同时将吸入汽缸的混合油气向上挤压，直到上止点时所有的混合油气会被挤压在活塞顶部与汽缸头的间隙中（这个间隙就是俗称的「燃烧室」，此时进气门与排气门接为「关闭」状态） 至此压缩行程完成

完成压缩行程后ECU会发出讯号让火星塞进行点火借此引爆被压缩的混合油气被引爆的混合油气则会将活塞推向下止点这就是「动力」的来源也是所谓的「燃烧（或爆炸）」行程接着当活塞被推向下止点后

会再度往上止点移动，在往上止点移动的过程中，排气门则同步逐渐开启，透过活塞的上移将燃烧后的废气「挤」出汽缸这就是排气行程，以上四个行程不断循环，维持引擎的运转而产生动力的输出由上述的文字我们可以发现，在理想状况下

进气门和排气门不会有「同时开启」的状况，也就是没有「气门重叠」的现象

不过在某些特定需求下，比如要求高转速域的输出表现时，为求排气更加顺畅，会刻意让进气门在排气门尚未完全关闭时就逐渐开启，因为新鲜的混合油气要进入汽缸内，主要是依靠上述燃烧后活塞下移所产生的负压吸力，由于混合油气具有质量与阻力，当进气行程从进气门开启到关闭气门那一刻止，汽缸内所吸入的混合油气往往未能达到饱和，因此引擎工程师在设计凸轮开启角度时，会趋向早开及晚关的方式，这样能让混合油气有更多的时间进入汽缸，既然进排气门有着早开及晚关的角度设计，当排气行程结束后紧接着又是进气行程的开始，排气门晚关进气门早开造成进排气门同时开启的角度重复，这就是学理上所谓的Over Lap 「气门重叠」 气门重叠是因为早开晚关设计所产生的机械现象 而此现象也让排气门尚未关闭前 利用新鲜混合油气进入汽缸 来驱离汽缸内尚未完全排除的废气 这种设计也有效增加汽缸的进排气量的功效

对于一台4冲程发动机，按照很多人的理解，做功冲程末，活塞处于下止点时排气门开始打开，

发动机进入排气冲程，直到活塞到达上止点，排气门关闭，进气门打开，发动机进入吸气冲程。

当活塞正好运行一周重新回到下止点时，进气门关闭，发动机进入压缩冲程。这样来理解气门

的动作是否正确呢？差不多是吧。然而，可能和与人们的直觉不同的是，这样的气门正时效率

并不是最优的。

让我们先来考虑一下排气门开启的时机。如果比活塞到达下止点提前一点就开启排气门会怎么

样呢？从直觉上，这时废气仍可推动活塞做功，如果打开排气门开始排气，此时气缸内的压强

就会降低，能量的利用率也就降低了，发动机性能也会随之下降。是这样吗？其实也不一定。

我们知道，排气时活塞会压迫废气从而反过来对废气做功，这个过程会消耗一部分发动机已经

获得的能量。如果在缸内压强相对较高时提前开始排气，排气过程就会更顺畅，从而在排气冲

程减少了能量消耗。这样，一得一失，怎么才会最合算呢？考虑到活塞在下止点附近一定角度

内垂直运动距离其实非常短，实际的发动机略微提前打开排气门效果会更好一些。

再来看进气门关闭的时机。如果在活塞越过下止点一定角度，开始压缩冲程之后再关闭进气门

如何呢？直观的感觉可能是，这时活塞已经开始上升，刚刚吸入的可燃混合汽岂不是又要被排

出去一部分？性能会不会下降？答案是：只要时机适当，这样做反而可以增加吸气量，改善性

能。因为在吸气冲程可燃混合汽被活塞抽入汽缸，进气门附近的气流速度可以高达每秒两百多

米，而我们前面说过，在下止点附近活塞的垂直运动相对很慢，汽缸内体积变化并不大。此时

进气岐管内的可燃混合汽靠惯性继续冲入气缸的趋势还是占了上风。