CycleWorld网站是一个比较专业和前沿的摩托车产品和资讯网站，上面有很多行业和产品的最新资讯。这一个网站上有一个宝藏，一位叫Kevin Cameron的令人尊敬的资深摩托车行业专家，会定期发布一些文章以及解答读者的专业问题，其中不仅限于技术领域，还有很多有意思的见解。这篇文章名字叫做How We Got the Motorcycle We Enjoy Today。原文在下面这个链接，原文一共是5篇文章，链接是第一篇综述能打开后看到相关链接
尼古拉斯·奥托（Nikolaus Otto）于1876年发明的四冲程火花塞点火内燃机是运输领域的一大进步。它体积小，重量轻，且能够正常的使用会快速蒸发的汽油作为燃料。它的基础原理对我们来说格外的简单和熟悉：加热气体提高其压力，找到一个方法让压力可以作用在负载上，就拥有了引擎的元素。
在晴朗的天气里，太阳加热土地和它上面的空气，提高空气压力。被加热的空气体膨胀变成风。我们大家都知道这也属于一种“引擎”，是一种能够工作的设备——因为大风的能量能将树木连根拔起。在蒸汽机中，这是19世纪热机的主要形式，在密封容器下燃烧燃料来加热水，充分加热后水变成气体，在密封容器内，其压力上升。
如果我们做一个气缸cylinder，其一端封闭，另一端是一个紧密贴合但可移动的活塞piston，我们大家可以通过让蒸汽进入该气缸来使活塞非常强劲地移动。蒸汽的膨胀驱动活塞，活塞可以连接到负载上。由于旋转运动存在于许多种类的机械中，因此也要找到一种将活塞的往复运动转换为旋转运动的方法。最简单的方法是将活塞通过连杆连接到可旋转的曲柄crank上。该连杆的一端铰接在活塞（活塞销connecting rod）上，另一端则在曲柄上（曲柄销crankpin）。这个连杆的一端与活塞沿直线移动，而另一端则与曲柄沿圆圈移动，并且通常添加一个飞轮flywheel以使这些运动平稳和连续。
为了保持这种运动，我们需要一些简单的内部功能：阀门valves——一个阀门在活塞最靠近气缸封闭的顶端时能允许蒸汽进入气缸，另一个阀门在活塞被推到气缸的远端后能释放膨胀的蒸汽。这个提供打开和关闭这些阀门的内部机制，确保其能重复这个做功的循环。蒸汽机车的“Choo Choo”声就是工作缸中废蒸汽的间歇性涌出。
当 19 世纪中后期的发明家看到蒸汽机车时，它最大的元素是圆柱形锅炉，长数英尺，一端是火箱。将膨胀的热高压蒸汽转化为机械动力的部件——发动机前部的蒸汽缸，其长连杆延伸以通过曲柄作用驱动车轮——只是整体的一小部分。发明家们问自己：如果我们能让燃烧自己在气缸内燃烧会怎样？这样我们就不需要锅炉或火箱了。它会更小、更轻，也足以为道路车辆提供动力。但在整个19世纪，蒸汽机燃烧的是固体燃料——为英国是工业革命提供动力的煤炭，在美国是内河轮船常用的木材——它们都不能在气缸内燃烧。
但有一种全新的燃料可能：用于城市照明用的煤气。从氧化矿石中还原铁需要碳，但起初，煤不能使用，因为它除了碳以外还含有很多其他物质。因此，在没有空气的情况下，将煤在大型蒸馏器中焙烧成焦炭，这在炼铁中效果很好。煤的焙烧释放出同样可燃的气体和液体。燃烧这种煤气的灯比油灯更亮、更清洁，因此主要城市迅速将这种煤气输送到路灯、家庭和企业。发明家们发现这种气体燃料可以被火花或火焰点燃，1860年后，许多专有的燃气发动机被创造出来。
但它们软弱无力，因为发明家们的思想被蒸汽思想所囚禁，他们试图制造出能够在曲柄每转一圈时都产生动力冲程的发动机。这迫使他们试图在太短的时间内实现太多的功能，这导致功率不足。
在德国工作的尼古拉斯·奥托（Nikolaus Otto）设计了一种发动机，该发动机为必要的四个功能中的每一个都提供了单独的活塞冲程（即从气缸的一端移动到另一端）。与蒸汽机一样，能储存动能的飞轮能保持它们的平稳和连续。
1）进气：气缸盖（闭合端）的阀门打开，活塞远离缸盖。空气和燃料的可燃混合物从混合装置（化油器）吸入。
2）压缩：进气阀门关闭，活塞被驱动回气缸头部，压缩气缸中的燃料与空气混合物。
3）做功：当活塞靠近气缸头部时，通过某种方式点燃压缩的燃料与空气混合物，混合物燃烧释放热量，大幅提高燃烧气体的压力。再通过活塞传递到连杆，使曲轴旋转。
4）排气：当活塞接近其远点时，气缸头部的排气阀打开，当活塞向头部上升时，它会将将膨胀的残余燃烧气体推出气缸，释放到排气管中。
由于奥托为这些功能中的每一个都提供了单独的专用活塞冲程，因此它们非常有效。但不幸的是，奥托选择了相当高的压缩程度（上面的第 2 点），因此当他的实验发动机第一次点火时，发动机被极大的力量炸开了。他为此感到震惊。幸运的是，他的妻子安娜在场。她向他保证，晚饭和一夜睡眠后，他会感觉好些，第二天早上一定会解决任何问题。奥托夫人被证明是正确的，直到 147 年后的今天，奥托四冲程循环仍然是摩托车、汽车和轻型卡车的主要原动力。
首先，以上我们这些对四冲程内燃机内部内容只有粗略了解的人来说，有一些定义。最简单的这种发动机有一个垂直的气缸，其中包含一个紧密贴合的活塞，可以在其内部上下移动。气缸的顶部由头部关闭，但气缸的底部是打开的。该缸盖中有两个由凸轮控制的阀门：一个进气门，当打开时可以允许新鲜空气-燃料混合物进入气缸，以及一个排气阀，当打开时，可以从气缸中释放废气。燃油通过化油器或燃油喷射喷嘴添加到流向进气管中气缸的新鲜空气中。因为每次都提到“空气燃料混合物”太长，所以下文中将其缩短为“进气”。
大多数发动机的气门由气门弹簧保持关闭，并由凸轮cam打开。在这种情况下，凸轮是一个旋转盘，一侧有一个凸起，它通过凸轮从动件和其他部件作用，控制气门的运动。气缸下方是旋转的曲轴crankshaft，在概念上它与渔线轮或老式咖啡研磨机上的曲柄没有什么不同。发动机曲轴的手柄称为曲柄销crankpin。环绕曲柄销的是连杆的一端connecting rod，连杆的另一端在活塞中的钢制枢轴上枢轴，称为腕销wrist pin。当曲轴旋转时，活塞在气缸中上下移动。
活塞在其行程顶部的位置称为上死点（TDC）。在其行程的底部（离头部最远）为下死点（BDC）。TDC 和 BDC两个 极端之间的任何活塞位置都可以根据它们之前或之后的曲轴度数（即 36 度 BTDC、12 度 ATDC 等）来定义，B为在其之前，A为在其后。
进气冲程的目的是用新鲜空气-燃料混合物重新填充气缸。在简单版本中，进气门在 TDC 处打开，活塞下降。通过降低气缸内的压力，允许大气压力通过打开的进气门将空气推入气缸。当活塞到达 BDC 时，进气门关闭。气缸现在已经充满新鲜空气，两个阀门都已关闭，准备开始压缩冲程。
注意，不是活塞将混合物“吸入”气缸，而是气缸外的大气压将空气推入气缸内的低压。
进气门不能在 TDC 突然打开，然后在 BDC 立即快速关闭。这种剧烈的运动会很快打破气门。气门必须平稳地从阀座上加速（阀座是进气管的环形部分，阀头在与阀座贴合时密封），然后减速，反转方向，平稳且无冲击地返回关闭位置。阀门不会快速关闭;它们被减速并由凸轮的轮廓限定。气门阀座速度必须限制在1.5-2英尺/秒，以避免损坏或气门的弹跳。
因为空气具有质量，所以也需要时间才能将其加速到高速。不仅如此，空气压力的变化会以声速在空气中传播，因此当活塞开始在其进气冲程上下降时，发生这种情况的“信息”需要时间才能传递到进气管。如果发动机是老式的500cc单缸发动机，以7,200RPM 的峰值功率转速转速，则曲柄每转一圈需要0.0083秒（60÷7,200）。如果进气管的长度大约为 1 英尺，则“消息”将需要 1 英尺除以海平面上的声速：大约 1,100 英尺/秒，就是0.00091 秒。虽然时间很短，但作为曲柄转一圈所需时间的一部分，则是0.00091÷0.008 = 11.4%，或0.114 x 360= 41度的曲柄角度。这意味着在活塞开始下冲程后，进气管中不会发生太多变化。
一位通用汽车工程师曾经展示了从雅马哈400发动机的一个气缸中提取的气缸压力曲线。在这种情况下，在进气冲程的前半部分，除了下降的活塞在气缸中拉动了相当强的真空之外，什么也没发生。这种延迟就是将进气管中的空气质量加速到显着速度所需的时间。因此必须做出选择：如果想在峰值转速下获得尽可能高的功率，我们要在 BDC 之后很长一段时间内再关闭进气门以尽可能多地填充气缸。
这意味着一旦开始加速，进气就会非常快地移动，每秒数百英尺。既然如此，那么在活塞到达底部就立刻关闭进气门，浪费快速移动的进气的能量不是很愚蠢？为了让它发挥作用，可以让进气阀再打开一段时间，让高进气速度不断滑入气缸，使填充过程更加完整。
不过这必须是一种折衷方案，因为只有在较高转速下才会出现最高的进气速度。在中低转速范围内，进气速度较低，因此在 BDC 之后很长一段时间内都无法继续让空气滑入气缸。因此必须做出选择：如果我们想在峰值转速下获得尽可能高的功率，我们在 BDC 之后很长一段时间内关闭进气门以尽可能多地填充气缸。但是，在较低的转速和较低的进气速度下，这种延迟的气门关闭将使活塞在其压缩冲程中上升，从而将刚刚吸入的一些空气推回去。这会反过来减少气缸的填充，将降低中低转速的扭矩。这种发动机在峰值转速下具有出色的动力，但在中频时却很弱，被称为类似“电灯开关一样的功率表现”。它可能在Bonneville有用，但在日常使用或公路赛道周围，它缺乏中档加速使其变得迟钝。因此，我们还需要妥协，以更适中的ABDC度数关闭进气门。结果是峰值功率会略低，但在中频加速度方面具有有用的增益。
我们还必须考虑阀门和其他随之移动的部件的重量。在一些高发动机转速下，气门弹簧可能很难使这些运动部件跟随凸轮轮廓。如果阀门不能再跟随轮廓，则称为气门浮动。这就是为什么现代四冲程摩托车发动机具有转速限制的原因之一，以防止转速上升到足以引起气门浮动。避免浮动的原因是当浮动气门机构撞回与凸轮轮廓接触时会产生剧烈的冲击。重复的次数足够多，这会损坏或破坏零件。
（除此之外，一个题外话，另一篇文章里提到的数字，与气门相比，活塞所承受的加速度更大，如今高性能的600cc左右的运动摩托车活塞的峰值加速度达到了7000个G，G是一个重力加速度，在F1方程式赛车的V-10发动机领域里，则是10000个G，在MotoGP的发动机上，则达到了11000个G。）
在进气冲程期间向气缸填充新鲜混合物后，当活塞在下止点 （BDC） 处反转方向时，压缩冲程开始。通常认为，在两个阀门都关闭之前，不能开始压缩。然而如上所述，由于进气冲程结束时的进气速度可能非常高，因此在 BDC 处关闭进气门将是一种浪费。因此，将进气口关闭延迟几度是正常的，并在继续滑行进入气缸时让该速度转化为压力。事实上，在进气口关闭之前也能够最终靠这种将速度转换为压力的过程进行有用的压缩。例如，如果 BDC 的进气速度为每秒 500 英尺，则将该能量 100% 转换为压力将导致 14% 的压力上升。由于海平面大气压力为 14.7 psi，其中 14% 为 2 psi。将进气门关闭延迟到许多度 ABDC 不一定会导致延迟压缩的开始。反而这种效应是如此强大，特别是当与进气和排气波作用的积极作用相结合时，非增压四冲程内燃机赛车发动机已经能够将其气缸填充到大气压的 125%。如何实现如此高容积效率的另一个因素是 97 年来密集的气流优化研究，这些研究简化了发动机的进气管和气门口。这种精简使进气速度大大提高。每次这都允许使用更高的进气速度，从而有可能在下止点后增加进气流量。
回到主题，压缩冲程的目的是提高燃烧达到的峰值压力。经验法则是，化学上正确的碳氢化合物和空气燃料混合物的完全燃烧会将其压力乘以约七倍。在最早的燃气内燃机工业发动机中，进气阶段只吸收了大约三分之一的气缸装满混合物，然后在没有压缩的情况下点燃它。如果我们乘以七乘以三分之一，我们得到的压力上升系数为 2.3，这是微弱的。那些早期的勒努瓦燃气发动机产生的功率很小，但它们还是能够产生动力，无论它们在哪里可以连接到城市燃气总管，都使它们在 1860 年代和 1870 年代上半叶的一段时间内有用。
亨利·福特（Henry Ford）的T型发动机的压缩比可能是4.5比1，所以在这里我们援引另一个经验法则：燃烧的峰值压力大约是压缩比的一百倍。这是在全油门和峰值扭矩转速下运行的。将其应用于 T 型，我们得到：100 x 4.50 = 450 psi。这在现代来看并不多，因此T型车的2,900cc 发动机在1,600rpm转速时产生22匹马力，不过其峰值扭矩在900转时下降。现在考虑最新型号摩托车的发动机，其压缩比为 13：1：1：100 x 13 = 1,300 psi。空气燃料混合物每立方英寸含有相同的潜在化学能，但它们为什么会有这样的差异表现？
原因是发动机的压缩比决定了有多少化学能将作为燃烧气体的压力施加在活塞冠上，以及当排气门在动力冲程接近结束时打开时，有多少化学能会作为热量浪费在排气口之外。因此，内燃机的压缩比是其效率的主要决定因素。那为什么福特不将他的 Model-T 的压缩率提高到 13 比 1？答案是如果在1913年将压缩比从4.50变得更高，发动机会发出奇怪的敲击声，会过热，并很快因活塞损坏而嘎嘎作响。这种“燃烧疾病”的名称是爆震detonation（这就是为什么赛车手过去常常将 AMA 的大型 3 月佛罗里达速度周称为“Detona”）。
内燃机的正常燃烧是火焰平稳地逐渐蔓延，而不是任何接近“爆炸”的东西。火焰通过将前面未燃烧的混合物加热到其点火温度来推进。这样，燃烧以每秒 50-150 英尺的中等速度从火花塞向外扩散到气缸壁。这被命名为“爆燃”。但在某些条件下，会发生另一种形式的燃烧——一种以等于或高于声速传播的燃烧，并通过冲击它遇到的分子来运作，使它们迅速与氧气（占我们大气的21%）重新结合并释放热量。这种通过冲击传播的高速燃烧被称为爆炸，或者发动机里的术语：爆震。
早期的汽油更容易爆震，发动机设计缺乏后来的复杂性。工程师们当时所知道的是，他们可以通过充分降低压缩比来避免爆震以及剧烈冲击波对活塞和轴承造成的损坏。其他有助于避免爆震的因素包括：1、限制新鲜油气混合物的温度提升，温度驱动导致爆震的化学变化。2、通过提高混合气的湍流来加速燃烧。由于有利于爆震的条件需要一些时间才能形成，因此加快燃烧的进程实际上可以赶超爆震。
转速的影响：当发动机收到拖曳时，即当其在低转速下拉动大油门时，会产生倾向爆震的不利条件：强烈的燃烧以及有足够的时间在未燃烧的混合物中进行化学变化。本田在 1960 年代初期进行的研究中发现，发动机的辛烷值要求（辛烷值或 ON 是衡量燃料抗爆性的指标）实际上在 12,000 rpm 以上有所下降。在20,000 rpm或更高的转速下，其测试发动机在ON小于40的可怕燃料上依然可以无爆震的运行。另外早在20世纪初，混合物湍流在通过加速燃烧来避免爆震方面的价值被不同的人多次发现。
湍流的一个来源是挤压效应。活塞上的局部形状非常接近（在这种情况下，“接近”是 0.7 毫米或 0.028 英寸）到 TDC 处气缸盖的相应区域。由于这些区域之间的混合物非常迅速地从它们之间挤出（或“压扁”），因此会形成快速移动的射流，从而剧烈搅拌混合物。挤压面积占活塞面积的百分比约为 15%。湍流的另一条途径是将快速移动的混合物引导到圆柱体中，以便将其动能存储为涡，从而产生类似飞轮状的旋转质量的混合物。当活塞接近压缩结束时，这就会变成湍流。轴向漩涡是通过使单个进气口在切线上接近气缸而产生的。任何用软管装满水桶的人都已经看到，让水桶中的水以类似的方式向右或向左旋转是多么容易。或者，在四气门发动机的情况下，进入的混合物射流可以产生翻滚运动，因为它撞击远端气缸壁，向下转向活塞，流过其顶部到达近气缸壁，然后返回到缸盖以完成循环路径。翻滚可以储存进入混合物的大部分动能，当活塞接近TDC时，这些动能会转化为随机湍流。
现代汽油的 ON （辛烷值）低于 1936 年美国陆军航空队为其活塞动力飞机采用的燃料，因此阻止当今运动摩托车以 13 比 1 的压缩率引爆的不是“高科技燃料”。
那是什么？部分答案是液体冷却，它可以有效地冷却燃烧室表面，从而减缓导致爆炸的火焰前化学反应（这就是为什么风冷发动机的压缩比要通常低于水冷发动机的原因）。但大部分功劳都归功于气流翻滚，产生湍流，加速燃烧足以“超越”爆震。由于混合物的正常燃烧需要时间，因此必须在压缩冲程接近结束时点燃它（许多度数的 BTDC），以便在活塞在其动力冲程上开始显着向下运动时达到峰值压力。因此，压缩冲程的最后一部分也是动力冲程的第一部分。
这是另一个需要考虑的方面。从发动机的压缩比中获得全部效果的唯一方法是使整个空气燃料混合物在TDC处燃烧，但这是不可能的。在30度 ATDC时，混合物仍然在燃烧，并且此时压缩比明显降低（如 7 比 1），因为活塞已经通过了其动力冲程的 8%。如果考虑压缩冲程期间混合气被推入活塞环的缝隙的部分呢？高速摄影表明，即使到了排气冲程开始后，仍有这种“缝隙气体”在活塞环处向外流出。
事实上，这四个冲程根本不是独立的活动，而是倾向于以复杂（但令人着迷）的方式相互重叠。
点火火花在上止点 （BTDC） 之前数度开始动力冲程。这开始了在空气燃料混合物中释放化学能的过程。高能量的分子排列被热量（最初是火花的热量）所分解，因此它们可以重新组合成低能量的排列方式。这种差异以分子速度大大增加的形式释放：热量。压缩混合物的温度飙升，如前所述，其压力大约是七倍。这是发动机的驱动力。
正如所料，实际燃烧的燃料不会到 100%。有些被迫进入活塞环的缝隙体积中（1-2%），有些则通过靠近较冷的金属壁而冷却quenching，类似熄焦，以至于燃烧不完全。因此，燃烧效率是 90 年代开始的工作重点。工程师们努力提高这一水平，因为这样可以减少未燃烧的碳氢化合物（UHC）排放。
一般来说，燃烧持续于 ATDC 的程度与点火发生于 BTDC 的程度大致相同。因此，如果最佳扭矩出现在 36 BTDC 处，则燃烧周期约为 36 x 2 = 72 度。在燃烧非常缓慢的发动机中，例如哈雷戴维森 1970 年的第一款iron XR（点火为 50 BTDC），整个燃烧过程可能需要 50 x 2 = 100 曲轴度。
当开始绘动力冲程的气缸压力时，我们看到点火后几度内并没有发生太大变化。这是因为火焰内核的生长起初受到其小面积的限制。然后压力加速向上，在 TDC 后不久达到峰值。当活塞开始下降，处于动力冲程时，气缸压力会下降，因为热燃烧气体的体积会迅速增加。虽然气缸压力在下降，但作用在它的曲轴杠杆臂上的力矩却在增加（在 TDC 时，曲柄上的扭矩为零，因为有效曲柄臂为零，但随着曲柄销通过曲柄旋转横向位移，燃烧气体压力作用的杠杆变长）。曲柄上的最大力矩或扭矩在大约 30 度 ATDC 时达到。很快，气缸压力下降到较低的值，因此尽早开始排气过程比继续膨胀这种低压燃烧气体更有价值。大约80%的燃烧压力能量已通过80 ATDC传递到活塞。
正确的点火正时因发动机设计变量而异，在任何给定的设计中，它随转速和节气门开度而变化。从功能上讲，这个时间在大约 11 度的 ATDC 处达到峰值燃烧压力，这大约是活塞向下运动变得显着的地方。由于燃烧气体到活塞冠和燃烧室表面存在热量损失，因此总燃烧时间越短，效率越高。这就是基思·达克沃斯（Keith Duckworth）的经典一级方程式发动机（考斯沃斯DFV）能够与总气门面积大得多的更高转速V-12发动机相媲美的原因：DFV的最佳扭矩点火正时仅为27度。在具有较穹顶的hemi燃烧室和较高圆顶活塞的发动机中，典型的点火正时则是50度甚至 60度的BTDC。为什么这类设计需要如此早的点火？高大的活塞穹顶和hemi燃烧室之间的空间就像半个橙子的果皮——如此之薄，以至于当活塞接近 TDC 时，其中的进气运动会迅速停止。没有空间可以持续进气运动（活塞圆顶中可能有深的气门间隙切口使湍流停止）。这在某种程度上预示着需要预留更长的燃烧时间。除了长时间燃烧外，还有表面积的问题。带有 90 度气门角的深半球腔室的面积正好是气缸孔的两倍，当添加高圆顶时，活塞冠面积也有类似的增加。这种发动机的热损失不仅由于燃烧缓慢持续很长时间，而且还通过过大的表面积产生更多损失。
联想起德国的战时 MG42 机枪，它的枪管在大量使用时，每 250 发子弹就必须换成新鲜、凉爽的枪管。为什么？因为如果它变得更热，它可能会自燃，热桶充当点火源。在活塞发动机中，类比是进入那些过大的活塞和腔室表面的额外热量异常地提高了它们的温度——尤其是在发动机是风冷的情况下。热表面会迅速加热与它们接触的新鲜装药，加速可能以爆炸告终的火焰前化学反应（很难过的情况）。为了补偿，这种“热”发动机的压缩比必须较低，从而导致性能和燃油效率的损失。
请记住，“爆震”和“预燃”这两个词描述了不同的现象。在点火过程中，燃烧室中非常热的东西，通常是过热的火花塞电极或发光的积碳，会在点火火花之前点燃混合物。这通常发生在底部中心附近，迫使活塞压缩燃烧的混合物。这会迅速加热和削弱活塞，以至于它几乎立即失效。与之相反，爆震发生在其他正常燃烧的最后。少量的“最终气体”（在气缸壁上未燃烧的混合物）被它吸收的所有热量加热到大约 950 华氏度，自燃，然后以当地音速或高于声速燃烧，产生损坏零件的冲击。我们听到的是“敲门”或“叮当”声。
缓慢燃烧还导致了“有效压缩比”的损失。TDC 的装料燃烧具有完全利用了压缩比的好处，但在 TDC 之后很长一段时间内的装药燃烧会膨胀得更少，导致其向活塞冠提供的能量低于最大值。
这是四个冲程中的最后一个冲程，似乎是最简单的：工作是通过将活塞从 BDC 移动到 TDC 来排出废气，从而清除气缸，为重复循环做好准备。但是。。。
当排气阀在下止点 （BBDC） 之前的一段时间开始打开时，循环末燃气体中的残余压力使其高速膨胀到排气管中。排气越容易离开气缸，使上升的活塞做功以将其余部分推出的压力就越小。因此，排气口必须设计得尽可能自由流动。否则，将从曲轴消耗动力，以不得不在设计不良的端口阻力下将排气泵出。气缸盖吸收的热量大约有一半来自排气端口，那里的传热条件非常理想：非常高的温度和极高的速度。因此，将排气口表面积减小到实际最小值非常重要，使其小、短、直。
当活塞在其排气冲程结束时达到TDC时，其上方的燃烧室容积仍充满废气。如果废气没有以某种方式离开气缸，它将稀释进入的新鲜空气-燃料混合物，从而减少发动机可以吸入的混合物量。这个废气的体积有多大？在具有通常 13 比 1 压缩比的现代发动机中，它将很小——略高于气缸容积的 8%。但压缩比越低，TDC活塞上方的燃烧室容积就越大。在 1913 年的福特 T 型车中，其 4.5 的压缩比使其新鲜混合气被稀释的比率接近 29%！如果您骑着经典的 1960 年代 Triumph 或 BSA 650，其 8 比 1 的压缩比将使其稀释率为 14%。
有一种方法可以解决这个问题，它被称为气门重叠Valve Overlap。它是第一次世界大战前在英格兰伟大的布鲁克兰赛道被摩托车改装师发现的，他们尝试他们能想到的一切。他们发现，如果他们对进气门和排气门进行计时，使排气门在排气冲程结束时在 TDC 处没有完全关闭，但进气门已经开始打开一点，他们的发动机会在混凝土路上运行得更快一些。这种情况称为气门重叠（在排气冲程结束时，两个气门在 TDC 前后一起打开一段时间），允许排气管中的低压让大气压将新鲜的油气混合物推入气缸并将废气从即将关闭的排气阀排出。这用新鲜混合物取代了残留的废气。气门重叠是进气门升程 BTDC 和排气闭合 ATDC 之间的度数。
气门重叠成熟地成为有价值的性能助推方案。在 1930 年代后期的双气门赛车摩托车上，使用了长达 100 度的重叠周期，结合长度足以反射负排气波的排气管，使其负波返回到正在关闭的排气阀，以发挥其良好的作用：
清除燃烧室的废气，并且甚至能在活塞开始下降开始进气冲程之前就让新鲜的混合气流入气缸。
由于气门重叠可以使一些新鲜的混合物逸出到排气管中（在那里它成为未燃烧的碳氢化合物 UHC排放物），因此重叠时间现在面临监管压力，要求尽可能的短。在杜卡迪的Diavel上，重叠度仅为11度，而在V4 Panigale上为26度。在最近的设计中，这种重叠正时的损失能够最终靠增加气门的升程来补偿。
随着排气阀在TDC之后关闭，排气冲程结束。然而下一个循环——进气冲程已经开始，在TDC之前就开始提升进气门。
以上就是Kevin Cameron的文章的阅读。虽然内燃机的技术已经有很多展开和技术的细化，但是这几个文章对于理解其原理，以及在理解原理与现实中遇到的各种矛盾是有很大帮助的。不仅仅是这样的领域，它也有助于理解在不停的遇到技术难题时，怎样看待理论和真实的情况的区别，以及如何去权衡各种细节。
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