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这一结构利用了电的一个性质，即迅速切断电流能瞬间提高电压。大家使用家用电器的时候大概也有类似的体会。如果在电器未关闭的情况下从插座上拔下插头，插头前端的金属部分就会瞬间跳出火花。这就是因为迅速切断电流时电压会瞬间升高，和发动机的火花塞是同样的原理。
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2.3.3 转动凸轮，开启阀门
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下面我将讲解一个以前从没讲过的问题，即凸轮和始终与凸轮相连的凸轮轴（照片2.3）。
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照片2.3 发动机内的凸轮和凸轮轴※照片由丰田汽车提供
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之前我讲过，当空气和汽油的混合气体被吸入气缸时活塞下降，此时进气阀恰巧打开。当时你可能很纳闷活塞和阀门是如何联动的，因为当时这个问题出现在依次解释四冲程发动机的运转过程中，为了避免跑题，我就没有深入讲解下去。现在是时候仔细讲解一遍了。
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在时机的契合中发挥重要作用的，正是凸轮。凸轮是控制进气阀和排气阀开闭的零件（图2.9），呈鸡蛋状，头尖底圆。当转动凸轮使其尖头的前端下压阀门轴时，阀门就会下降。当底部的圆形部分靠近阀门时，阀门就会上升。这一上下运动就带动了阀门的开闭。
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图2.9 凸轮和阀门的联动※凸轮的尖头下压时，联动阀门开启，进行进气和排气
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凸轮数量与进排气阀的数量相同，凸轮一边转动一边下压阀门。当阀门下降到最低点时，需要借助线圈上弹簧的弹力恢复到原位。
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首先是进气。在进气行程中，位于进气一侧的凸轮尖头部分下压，随后进气阀下降，进气道打开。此时排气凸轮底部的圆形部分与阀门轴的前端相接，从而使阀门堵住了通道。
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在之后的压缩行程和膨胀行程中，进气凸轮和排气凸轮的尖头同时上升，此时进排气阀都处于关闭状态。最后到了排气行程，由于排气凸轮的尖头下压，因此便开启了排气道。
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2.3.4 实现凸轮与活塞联动的装置
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实现活塞运动与阀门开闭联动工作的装置是曲轴。我曾经讲过，活塞的上下运动带动曲轴旋转， 你可以回想一下。利用曲轴的旋转联动活塞和凸轮，就能在恰当的时机开闭阀门。
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具体来说，是经由凸轮轴前端的滑轮将曲轴的旋转传递至凸轮轴（图2.10）。所谓凸轮轴，是指并排放置多个凸轮的轴，凸轮随轴旋转。链条和传动带（或齿轮）连接曲轴和凸轮轴，负责传递曲轴的旋转。
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图2.10 曲轴与凸轮轴的联动※利用曲轴的旋转联动凸轮轴旋转，从而带动凸轮旋转。改变滑轮的直径，使得曲轴每旋转两次，凸轮轴就旋转一次
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为了使阀门的开闭时机与四冲程发动机里活塞的运动时机吻合，需要将凸轮轴的转速设置为曲轴转速的一半。正如我之前讲过的，之所以转速是一半，就是因为在四冲程发动机中，活塞每往复两次，进气阀开启一次。排气阀也是如此，即活塞每往复两次，开启一次。
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活塞每往复两次，曲轴旋转两次。在曲轴的两次旋转中，进排气阀只开启一次。因此，只需将凸轮轴的转速设置为曲轴的一半，即可实现进排气阀的开闭。请记住：曲轴每旋转两次，凸轮轴旋转一次。
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那么，怎样才能将凸轮的转速设置为曲轴转速的一半呢？其实很简单。由于曲轴和凸轮轴是通过链条和传动带（或齿轮）实现联动的，因此只需将凸轮轴一侧的滑轮（借助链条和传动带实现联动时）和齿轮的直径设置为曲轴一侧直径的量倍即可。
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但是必须要错开进气阀和排气阀的开启时机。当开启进气阀、向气缸中吸入混合气体并进行压缩时，如果打开排气阀，混合气体就会被释放出来。而当混合气体燃尽、进入随后的排气行程时，需要随着活塞上升从气缸中排出废气，这时就必须开启排气阀。
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也就是说，如果以活塞的往复为基准，只需留出活塞在压缩和膨胀行程中往返一次的时间，即曲轴旋转一次的时间，即可错开进气阀和排气阀的开启时机。这也意味着，为了错开开启时机，需要确保进气阀上凸轮的尖头和排气阀上凸轮的尖头朝向不同。
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