1700047544
图2.11 凸轮轴和火花塞的布线※利用凸轮轴的旋转决定火花塞引燃的时机
1700047545
1700047546
当活塞上升压缩混合气体时，火花塞会瞬间蹦出火花。与进排气阀的开闭相同，曲轴每旋转两次，火花塞就会跳火一次。因此，火花塞的跳火速度与凸轮轴的转速都是曲轴转速的一半。
1700047547
1700047548
为了借助凸轮轴的旋转实现火花塞跳火，需要用到配电盘（配电柜）。配电盘经由线圈与蓄电池相连，就像我在“从12伏到1万伏”中讲到的那样，为了使火花塞跳火从而引燃混合气体，首先要给线圈施加高电压。之后电流传递至配电盘，给火花塞通电。配电盘根据凸轮轴的旋转决定引燃时机。
1700047549
1700047550
之前为了讲解得更通俗易懂一些，我是以只有一组气缸和活塞的单气筒发动机为例进行介绍的。实际上，汽车一般都有3~4个气筒，大的发动机甚至有12个气筒，并且每个气筒的引燃时机各不相同。因此，为了使各个气筒的火花塞适时引燃混合气体，就需要利用凸轮轴的旋转给火花塞通电。
1700047551
1700047552
在配电盘里侧，依环形排列着与气筒数量相同的接点。这些接点利用凸轮轴的旋转给各个气筒的火花塞提供引燃所需的电。
1700047553
1700047554
与进排气阀的开闭一样，点火也有适当的时机，且与阀门的开闭时机有关，因此也能利用凸轮轴的旋转。
1700047555
1700047556
但是近年来，无需配电盘，使用电脑控制引燃时机的方法成为主流。它通过传感器检测凸轮轴的旋转，由电脑决定火花塞的引燃时机。
1700047557
1700047558
汽车是怎样跑起来的 [:1700046498]
1700047559
2.3.6 不同形状的凸轮
1700047560
1700047561
之前我曾经提到过控制进气阀和排气阀开闭的凸轮呈鸡蛋形。但这些“鸡蛋”中也存在着微妙的差异，有的尖一些，有的则近似圆形。
1700047562
1700047563
那么为什么要改变凸轮的形状呢？实际上，凸轮所呈现的鸡蛋形状不同，发动机的特性也就不同。例如当发动机使用鸡蛋形状尖一些的凸轮来控制进气阀的开闭时，即使转速很低也能轻而易举地产生驱动力。这是因为发动机尽量充分地吸入了混合气体。
1700047564
1700047565
由于发动机转速低时活塞的往复运动就会变慢，因此将混合气体吸入气缸中的吸力也会减弱，从而导致吸入混合气体的速度减慢。这时最有效的方法是尽量开启进气阀以吸入更多的混合气体，并在活塞降至下止点时瞬间关闭进气阀。
1700047566
1700047567
但是，虽说最好尽量长时间地开启阀门，但当活塞开始上升后进气阀仍然处于开启状态时，混合气体就会从进气口逆向流出。这时如果使用的凸轮是尖一些的鸡蛋形状，那么只要尖头转至最高点，就能立刻关闭进气阀。如果凸轮的前端稍圆一些，就只能慢慢关闭进气阀。
1700047568
1700047569
这样一来，即使发动机转速很低，活塞的运动速度很慢，只要能将混合气体牢牢封闭在气缸中，就能使发动机充分发挥其作用。
1700047570
1700047571
另一方面，稍圆一些的鸡蛋形状的凸轮更适合转速较高的发动机。发动机转速较高时，活塞的往复运动就会加快，将混合气体吸入气缸的吸力也会增强，从而加快了吸入混合气体的速度，这就导致流入气缸中的混合气体的气流无法轻易被中断。即使当活塞降至下止点后开始上升时，混合气体也会趁势蜂拥进气缸，无法中断。如果能将更多的混合气体封闭在气缸中，发动机就会相应地生成更大的驱动力。
1700047572
1700047573
因此，为了将更多的混合气体储存在气缸中，就要在保证混合气体不从进气口逆向流出的情况下，在活塞开始上升后仍然让进气阀暂时处于开启状态。这时就需要用到稍圆一些的鸡蛋形状的凸轮了。
1700047574
1700047575
这样看来，根据发动机转速的不同，使用不同形状的凸轮来控制阀门的开闭，效率是最好的。这当然只是理想状态。因为给一个进气阀配备两个凸轮实在很浪费。增加零件就意味着装置更加复杂，花费更高，价格更贵。因此一般情况下，无论转速高低，都只选择其中一种形状的凸轮。
1700047576
1700047577
通常会选择适合较低转速的尖一些的凸轮。这是因为平常一般不会让发动机转速过快，即使是在高速公路上行驶，除加速以外发动机的转速都不会很快。
1700047578
1700047579
在以后讲到发动机性能的时候，还会涉及低转速发动机和高转速发动机。到时你要是能想到两者的凸轮形状也不同就好啦。
1700047580
1700047581
汽车是怎样跑起来的 [:1700046499]
1700047582
2.3.7 VTEC区别使用两个不同形状的凸轮
1700047583
1700047584
有些高效率的发动机搭载了两个不同形状的凸轮，并根据发动机转速的不同分别使用。1989年，本田将一种日系车厂独创的技术应用于市售车，且至今仍在使用。本田将这一技术称为可变气门正时与升程装置，即VTEC（Variable valve Timing and lift Electronic Control system）。
1700047585
1700047586
虽然搭载了分别适用于低转速和高转速的两种凸轮，但通常是用低转速凸轮驱动发动机。VTEC通过传感器检测发动机的转速和驾驶员的加速情况。当传感器检测到发动机高速运转、驾驶员急加速时，VTEC就会切换至高转速凸轮，控制进排气阀。
1700047587
1700047588
要使这一系统正常运转，还需要用到摇臂（图2.12）。使用一种凸轮时，凸轮直接带动阀门轴转动以控制阀门开闭。VTEC与此不同，它借助摇臂转动阀门轴，开闭阀门。由于阀门轴很细，无法承受两个凸轮的同时压力，因此，借助摇臂下压阀门轴，通过改变凸轮的形态改变摇臂的移动量，从而控制阀门的开闭。
1700047589
1700047590
1700047591
1700047592
1700047593
图2.12 搭载两个凸轮的VTEC发动机的结构※在高转速和低转速时区别使用凸轮。高转速时摇臂内部通过插销连成一个整体，将中间的高转速凸轮下压的力传递至阀门