本文從氣門(mén)正時(shí)、氣門(mén)行程和進(jìn)氣管長(cháng)度這三項結構來(lái)說(shuō)明為何在普通發(fā)動(dòng)機上，換檔轉速應該在最高扭矩附近的轉速。

    氣門(mén)正時(shí)

    氣門(mén)正時(shí)是指的進(jìn)排氣氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)機，是由凸輪軸的轉角所控制的。普通發(fā)動(dòng)機的凸輪軸轉角是固定的，所以其氣門(mén)的正時(shí)也是固定的。

    我們知道，空氣是有慣性的，在進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟的瞬間，空氣并不能0時(shí)差的迅速進(jìn)入氣缸，他需要一個(gè)很短的反應時(shí)間，所以，在設計發(fā)動(dòng)機的時(shí)候，就會(huì )在進(jìn)入吸氣沖程之前（也就是活塞向下運行之前），提前打開(kāi)進(jìn)氣門(mén)，以抵消這個(gè)進(jìn)氣時(shí)差，以獲得更充分的進(jìn)氣。而在排氣階段，同樣原理，在活塞排氣上升到頂部時(shí)，廢氣并沒(méi)有排到最大程度，由于慣性和速度的原因，廢氣排放的最大量時(shí)刻出現在活塞上升到頂部后的一個(gè)很短的時(shí)間里。為了更充分的排氣，需要讓排氣門(mén)在活塞到達頂點(diǎn)以后延遲一瞬間再關(guān)閉。這一個(gè)提前，一個(gè)推遲，必然有一個(gè)時(shí)間內進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)是同時(shí)打開(kāi)的，這種現象被稱(chēng)作“氣門(mén)疊加角”。

    發(fā)動(dòng)機在高轉速和低轉速運轉的時(shí)候，對于疊加角的需求是不一樣的。低轉速時(shí)需要較大的疊加角，高轉速時(shí)需要較小的疊加角——沒(méi)有一種疊加角可以同時(shí)適合高低轉速。但是普通發(fā)動(dòng)機的氣門(mén)正時(shí)是不變的，也就是說(shuō)，氣門(mén)疊加角是固定不變的。對于沒(méi)有特殊需求的發(fā)動(dòng)機（如賽車(chē)發(fā)動(dòng)機會(huì )有意設計成適應高轉速的較小的疊加角），氣門(mén)疊加角的設計往往取一個(gè)折中的值，在這個(gè)折中的轉速區域，疊加角是最合適的。有最合適就有不合適，這種固定不變的氣門(mén)疊加角在低轉速和高轉速時(shí)，發(fā)動(dòng)機的工作狀態(tài)都不是最佳的。這也就不難理解，為何低轉換檔難受了——沒(méi)有獲得最佳的氣門(mén)疊加角，發(fā)動(dòng)機工作狀態(tài)不佳，扭矩小，副作用大。

    氣門(mén)行程

    氣門(mén)的行程是由凸輪軸轉角的長(cháng)度決定的，目前大多數發(fā)動(dòng)機的氣門(mén)行程都是不可變的。氣門(mén)行程決定了每個(gè)氣門(mén)進(jìn)氣的截面積，這個(gè)數值在發(fā)動(dòng)機高轉速和低轉速是需求也是不一樣的。當發(fā)動(dòng)機在高轉速是，需要比較長(cháng)的氣門(mén)行程，以獲得較大的進(jìn)氣截面積，從而提高高轉速時(shí)的進(jìn)氣速度，提高功率的輸出；當發(fā)動(dòng)機在低轉速時(shí)，需要較短的氣門(mén)行程，以產(chǎn)生更大的進(jìn)氣負壓和產(chǎn)生更多的進(jìn)氣渦流，讓空氣于燃油更快更充分的混和，以獲得更大的扭力輸出。

    與氣門(mén)正時(shí)一樣，沒(méi)有一種固定的氣門(mén)行程可以同時(shí)照顧到高轉和低轉的，普通民用車(chē)一般也采用折中的辦法。這種折中帶來(lái)的結果就是，低轉速的時(shí)候氣門(mén)行程不夠小，不能獲得足夠的進(jìn)氣負壓和渦流；高轉速的時(shí)候氣門(mén)行程又不夠大，不能充分的進(jìn)氣。而發(fā)動(dòng)機的最佳工作狀態(tài)，就出現在這個(gè)折中的轉速區間。這樣，也就可以解釋為何要在最大扭力的轉速區域換檔了，道理與上文說(shuō)到的可變正時(shí)類(lèi)似。

    進(jìn)氣歧管的長(cháng)度

    隨著(zhù)進(jìn)氣氣門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉，空氣在進(jìn)氣歧管里面會(huì )有一個(gè)振蕩過(guò)程。在發(fā)動(dòng)機吸氣的時(shí)候，進(jìn)氣歧管里的空氣是以一定速度向氣缸里流動(dòng)的，在進(jìn)氣氣門(mén)關(guān)閉瞬間，流動(dòng)的空氣被進(jìn)氣門(mén)阻擋了，由于空氣的運動(dòng)特性，這部分空氣會(huì )向進(jìn)氣門(mén)方向堆積（即壓縮），然后向反方向回彈，如此往復，形成振蕩。

    根據共振的原理，如果進(jìn)氣歧管內空氣的振蕩頻率能與進(jìn)氣門(mén)開(kāi)閉的頻率達到一致時(shí)，即可獲得最大的進(jìn)氣效率。

 
進(jìn)氣門(mén)開(kāi)閉的頻率是隨著(zhù)發(fā)動(dòng)機的轉速改變而改變的，高轉速時(shí)氣門(mén)開(kāi)閉頻率高，低轉速時(shí)氣門(mén)開(kāi)閉頻率低。而進(jìn)氣歧管內的空氣振蕩的頻率是由進(jìn)氣歧管的長(cháng)度所決定的，長(cháng)的進(jìn)氣歧管振蕩頻率低，短的進(jìn)氣歧管振蕩頻率高。對于不可變進(jìn)氣歧管長(cháng)度的發(fā)動(dòng)機而且，又需要取一個(gè)折中的長(cháng)度，以兼顧高低轉速時(shí)候的需求。而在這個(gè)折中的轉速需求范圍內，進(jìn)氣歧管的頻率剛好與進(jìn)氣門(mén)的開(kāi)關(guān)頻率一致，可以獲得最佳的進(jìn)氣效率。

    從上面三個(gè)技術(shù)看，都有一個(gè)折中值，在這個(gè)折中值的轉速區域內，無(wú)論是氣門(mén)正時(shí)、氣門(mén)行程、進(jìn)氣管長(cháng)度都是對應此時(shí)的轉速的，這個(gè)時(shí)候的發(fā)動(dòng)機的工作狀態(tài)是最佳的。而所謂最佳換檔時(shí)機，實(shí)際上就是讓發(fā)動(dòng)機盡可能的運行在這個(gè)最佳轉速范圍內，而這個(gè)范圍，往往在技術(shù)參數上表現為最大扭力出現的轉速范圍附近。不同的發(fā)動(dòng)機這個(gè)折中值也不完全一樣，所以換檔時(shí)機也不完全一樣。

    完全看最大扭矩的出現轉速也不一定科學(xué)，有的發(fā)動(dòng)機雖然最大扭矩出現的轉速很高，但往往2500轉開(kāi)始就已經(jīng)有足夠的（90％）以上的扭力輸出了，這時(shí)候就不需要教條的非要打到那個(gè)轉速才換檔。例如豐田8A發(fā)動(dòng)機，它的最大扭矩出現在5200轉，但實(shí)際上，超過(guò)2500轉發(fā)動(dòng)機就已經(jīng)動(dòng)力十足了。所以雖然沒(méi)有人開(kāi)威姿是5200轉換檔，但8A的工作狀態(tài)依然很好。

    具體什么時(shí)候換檔，可以看發(fā)動(dòng)機的工況圖作為參考，檔扭矩曲線(xiàn)進(jìn)入平緩的轉速區域時(shí)換檔，一般都沒(méi)問(wèn)題。如果沒(méi)有工況圖，憑實(shí)際操作時(shí)候的感受也可以，如果換完檔以后感覺(jué)發(fā)動(dòng)機沒(méi)勁，那肯定換檔早了。當換完檔以后車(chē)子依然沖勁十足，能達到這種效果的最低轉速則就是整個(gè)車(chē)的最佳換檔轉速。