現(xiàn)在汽車上使用的發(fā)動(dòng)機(jī)，學(xué)名叫做往復(fù)活塞式四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，它的基本結(jié)構(gòu)是由兩大機(jī)構(gòu)、五大系統(tǒng)組成的，即曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)。它的工作原理是在進(jìn)氣沖程中吸入空氣與燃油的混合氣，在壓縮沖程中將其壓縮成高溫高壓的可燃混合氣，在做功沖程中混合氣被點(diǎn)燃、劇烈膨脹推動(dòng)活塞下行做功，在排氣沖程中將燃燒后產(chǎn)生的廢氣排出發(fā)動(dòng)機(jī)。這四個(gè)循環(huán)反復(fù)進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)就持續(xù)的輸出強(qiáng)大的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)汽車飛速行駛

通過(guò)上述原理可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不可缺少的兩種物質(zhì)是空氣和燃油，它們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程中混合在一起組成可燃混合氣，標(biāo)準(zhǔn)的可燃混合氣中空氣與燃油的質(zhì)量比大約是14.7:1，體積比大約是9000:1，這種濃度的可燃混合氣正好可以將空氣和燃油完全燃燒，二者都沒(méi)有剩余。顯然，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的可燃混合氣越多，燃燒后膨脹壓力越大，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩就越大，也可以說(shuō)動(dòng)力性越好。所以，讓盡可能多的可燃混合氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)是提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的重要手段。

在此我問(wèn)大家一個(gè)問(wèn)題：空氣和燃油哪一個(gè)更容易進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)？

在大家的印象中，肯定是空氣呀！我們身邊全都是空氣，取之不盡用之不竭，讓它進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)不是非常容易的事嗎？而燃油數(shù)量有限，就是通過(guò)一條細(xì)細(xì)的管道輸送給發(fā)動(dòng)機(jī)，向發(fā)動(dòng)機(jī)中噴更多的燃油應(yīng)該是很困難的。但是事實(shí)與此恰恰相反，讓更多的燃油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)是非常容易的，只要把燃油供給系統(tǒng)稍作調(diào)整，比如提高噴油壓力、增加噴油時(shí)間、加粗輸油管路等，就可以輕松實(shí)現(xiàn)；但是想要讓更多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)卻是非常困難的，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)氣缸容積有限，在自然條件下最多只能進(jìn)與氣缸同體積的空氣（事實(shí)上根本做不到）。沒(méi)有空氣，噴再多的油也沒(méi)有辦法燃燒，所以讓盡可能多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)就成為了推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)步的重要課題。

在發(fā)動(dòng)機(jī)中負(fù)責(zé)將空氣送入氣缸的機(jī)構(gòu)就是配氣機(jī)構(gòu)，它的作用就是按照發(fā)動(dòng)機(jī)的工作順序和工作循環(huán)的要求，定時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉各缸的進(jìn)、排氣門(mén)，使新鮮空氣進(jìn)入氣缸，并將燃燒后產(chǎn)生的廢氣從氣缸排出。進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮空氣數(shù)量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響很大，進(jìn)氣量越多，發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率和轉(zhuǎn)矩越大。因此，配氣機(jī)構(gòu)要保證進(jìn)氣充分、排氣徹底。事實(shí)上，從發(fā)動(dòng)機(jī)誕生至今，最大的變化就是配氣機(jī)構(gòu)的變化，幾乎每一次發(fā)動(dòng)機(jī)性能的飛躍，都是由配氣機(jī)構(gòu)的變革引領(lǐng)的，比如單缸多氣門(mén)技術(shù)、頂置氣門(mén)與凸輪軸技術(shù)、雙頂置凸輪軸技術(shù)、諧振進(jìn)氣技術(shù)、可變長(zhǎng)度進(jìn)氣管技術(shù)、可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)、廢氣渦輪增壓技術(shù)，等等，現(xiàn)在配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)上最復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，沒(méi)有之一。 

那么配氣機(jī)構(gòu)又是如何將空氣送入氣缸的呢？首先我們來(lái)看看配氣機(jī)構(gòu)的構(gòu)造，它是由進(jìn)氣管、排氣管、氣門(mén)組以及氣門(mén)驅(qū)動(dòng)組這幾部分組成的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，大量的空氣通過(guò)空氣濾芯進(jìn)入進(jìn)氣管中，在進(jìn)氣門(mén)前待命；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到進(jìn)氣沖程時(shí)，氣門(mén)驅(qū)動(dòng)組將進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，空氣在活塞下行產(chǎn)生的真空吸力作用下被吸入氣缸；然后進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，可燃混合氣壓縮、燃燒后，產(chǎn)生大量的廢氣；在隨后的排氣沖程中，氣門(mén)驅(qū)動(dòng)組將排氣門(mén)打開(kāi)，廢氣經(jīng)排氣門(mén)排出。這個(gè)過(guò)程也叫做發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程，它循環(huán)往復(fù)進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)不停的吸氣、排氣，將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能和機(jī)械能對(duì)外輸

在這里就產(chǎn)生了這樣的問(wèn)題：進(jìn)排氣門(mén)何時(shí)開(kāi)啟？開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間是多長(zhǎng)？開(kāi)啟的幅度是多大？這就涉及到了一個(gè)配氣相位的概念。所謂的發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位，就是以曲軸轉(zhuǎn)角來(lái)表示進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)閉時(shí)刻以及開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間。它通常用一個(gè)環(huán)形圖來(lái)表示，在上面有曲軸轉(zhuǎn)角、進(jìn)、排氣門(mén)的開(kāi)閉時(shí)刻、進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間等參數(shù)。

在理論上來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣門(mén)在進(jìn)氣沖程開(kāi)始時(shí)打開(kāi)，在進(jìn)氣沖程結(jié)束時(shí)關(guān)閉；排氣門(mén)在排氣沖程開(kāi)始時(shí)打開(kāi)，在排氣沖程結(jié)束時(shí)關(guān)閉；它們開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間都是180°曲軸轉(zhuǎn)角。但事實(shí)上并非如此。由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很高，一個(gè)行程時(shí)間很短，只有零點(diǎn)零幾秒，再加上氣門(mén)驅(qū)動(dòng)組驅(qū)動(dòng)氣門(mén)開(kāi)啟需要一個(gè)過(guò)程，所以氣門(mén)全開(kāi)的時(shí)間就更短了。在這樣短的時(shí)間內(nèi)很難做到進(jìn)氣充分，排氣徹底，因此為了改善發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程，提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能，實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉并不是恰好在活塞的上止點(diǎn)和下止點(diǎn)，而是適當(dāng)?shù)奶崆昂蜏�后，以延長(zhǎng)進(jìn)排氣時(shí)間，這就是發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際配氣相位。

發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際配氣相位有三方面的內(nèi)容：進(jìn)氣門(mén)配氣相位、排氣門(mén)配氣相位、進(jìn)排氣門(mén)重疊開(kāi)啟。

1、進(jìn)氣門(mén)配氣相位

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，進(jìn)氣門(mén)是在活塞運(yùn)行到排氣沖程上止點(diǎn)之前、進(jìn)氣沖程還未開(kāi)始就已經(jīng)打開(kāi)了，這樣做的目的是當(dāng)進(jìn)氣沖程開(kāi)始的時(shí)候，進(jìn)氣門(mén)已有一定開(kāi)度，可以較快地獲得較大的進(jìn)氣通道截面，以減少進(jìn)氣阻力；當(dāng)活塞運(yùn)行到進(jìn)氣沖程下止點(diǎn)之后、壓縮沖程已經(jīng)開(kāi)始一段時(shí)間，進(jìn)氣門(mén)才關(guān)閉，這樣做的目的是利用空氣的慣性和壓差繼續(xù)進(jìn)氣，以便讓盡可能多的空氣進(jìn)入氣缸。

從進(jìn)氣門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟到上止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣提前角，用希臘字母α表示，它的大小一般為1 0 °～30 °曲軸轉(zhuǎn)角；從下止點(diǎn)到進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為進(jìn)氣滯后角，用希臘字母β表示，它的大小一般為40 °～80°曲軸轉(zhuǎn)角；整個(gè)進(jìn)氣過(guò)程進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間為（180° +α+β）曲軸轉(zhuǎn)角。

2、排氣門(mén)配氣相位

在做功行程的后期，活塞達(dá)到下止點(diǎn)前、排氣沖程還未開(kāi)始的時(shí)候，排氣門(mén)就已經(jīng)開(kāi)啟了，這樣做的目的是利用氣缸內(nèi)殘余的壓力迅速排氣，并且還可以防止發(fā)動(dòng)機(jī)高溫；當(dāng)排氣沖程結(jié)束、活塞越過(guò)上止點(diǎn)、進(jìn)氣沖程已經(jīng)開(kāi)始之后，排氣門(mén)才關(guān)閉，這樣做的目的是利用廢氣的慣性繼續(xù)排氣，以盡可能的讓廢氣排出徹底。

從排氣門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟到下止點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣提前角，用希臘字母γ表示，它的大小一般為40°～80°曲軸轉(zhuǎn)角；從上止點(diǎn)到排氣門(mén)關(guān)閉所對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為排氣滯后角，用希臘字母δ表示，它的大小一般為1 0 °～30°曲軸轉(zhuǎn)角；整個(gè)排氣過(guò)程排氣門(mén)開(kāi)啟的持續(xù)時(shí)間為（180°+γ+δ）曲軸轉(zhuǎn)角。 

3、進(jìn)排氣門(mén)重疊開(kāi)啟

由于進(jìn)氣門(mén)在上止點(diǎn)前即開(kāi)啟．而排氣門(mén)在上止點(diǎn)后才關(guān)閉，這就出現(xiàn)了一段時(shí)間內(nèi)排氣門(mén)和進(jìn)氣門(mén)同時(shí)開(kāi)啟的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為氣門(mén)重疊，重疊時(shí)期的曲軸轉(zhuǎn)角稱為氣門(mén)重疊角，它的大小為（α+δ ）曲軸轉(zhuǎn)角。氣門(mén)重疊開(kāi)啟對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)換氣是極為有利的，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響也非常大，一般 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)重疊角要大于自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)重疊角。

不過(guò)很多人可能會(huì)質(zhì)疑：進(jìn)排氣門(mén)重疊開(kāi)啟會(huì)不會(huì)導(dǎo)致氣體反流呢？事實(shí)上是不會(huì)的，因?yàn)椴徽撌沁M(jìn)氣還是排氣，它們的流動(dòng)慣性都是比較大的，在短時(shí)間內(nèi)是不會(huì)改變流動(dòng)方向的，要?dú)忾T(mén)重疊角選擇適當(dāng)，就不會(huì)有廢氣倒流入進(jìn)氣管和新鮮氣體隨同廢氣排除的可能性。不過(guò)有很多小排量汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)它們小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于進(jìn)氣管內(nèi)壓力較低，如果氣門(mén)重疊角過(guò)大，就可能出現(xiàn)廢氣倒流、進(jìn)氣量減少的現(xiàn)象，這也是小排量汽油機(jī)熱效率不高的原因之一。

發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位是通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。曲軸通過(guò)正時(shí)皮帶、正時(shí)鏈條或者正時(shí)齒輪，以一定的角度和轉(zhuǎn)速比例驅(qū)動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)（一般都是2:1的比例，即曲軸轉(zhuǎn)兩圈，凸輪軸轉(zhuǎn)一圈），然后凸輪軸上的凸輪驅(qū)動(dòng)氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉。不同的凸輪形狀（曲率、升程、基圓大小等），使氣門(mén)在不同的時(shí)刻開(kāi)啟和關(guān)閉，就會(huì)產(chǎn)生不同的配氣相位。由于整個(gè)配氣機(jī)構(gòu)各零部件之間都是剛性連接或者剛性驅(qū)動(dòng)的，所以一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造完成后，它的配氣相位也是固定不變的。

但是有一個(gè)問(wèn)題，就是發(fā)動(dòng)機(jī)在各種不同轉(zhuǎn)速下對(duì)進(jìn)排氣的需求是不同的：低速時(shí)用氣量少，高速時(shí)用氣量大。并且轉(zhuǎn)速越高，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣沖程時(shí)間越短，越容易引起進(jìn)氣不足和排氣不凈，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。為了兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下的性能，通常將配氣相位設(shè)計(jì)為常用轉(zhuǎn)速下最優(yōu)，同時(shí)兼顧高速和低速性能。顯然，這種固定的配氣相位只能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在某一區(qū)間的性能需求，對(duì)于轉(zhuǎn)速和負(fù)荷經(jīng)常變化的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，不論是動(dòng)力性還是經(jīng)濟(jì)性都無(wú)法達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。那么有沒(méi)有辦法讓配氣相位可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和工況的不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在高低轉(zhuǎn)速下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率呢？

辦法當(dāng)然是有的，那就是可變氣門(mén)正時(shí)與升程技術(shù)。所謂的可變氣門(mén)正時(shí)與升程技術(shù)，就是指發(fā)動(dòng)機(jī)配氣相位和氣門(mén)升程，可以隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的變化而隨時(shí)改變的技術(shù)。它是發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)巨大技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣過(guò)程的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，讓發(fā)動(dòng)機(jī)的呼吸更順暢、自然，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性都有了較大幅度的提高。這就像一個(gè)人在跑步時(shí)，需要根據(jù)自己的奔跑步伐和身體狀態(tài)，不斷的調(diào)整呼吸頻率，讓自己身體隨時(shí)都有充足的氧氣供應(yīng)，以便維持身體的機(jī)能。

可變氣門(mén)正時(shí)與升程技術(shù)總體來(lái)說(shuō)可以分為可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)（VVT）與可變氣門(mén)升程技術(shù)（VVL）兩大類，不同的車企采用不同的技術(shù)型式，也有些車型兩種技術(shù)同時(shí)存在。大家看很多車型上標(biāo)有VVT、VVT-i、DVVT、CVVT、i-VTEC等各種不同的標(biāo)識(shí)，這就是可變氣門(mén)正時(shí)與升程的英文縮寫(xiě)，凡是有這樣標(biāo)識(shí)的車型，就說(shuō)明它使用了這項(xiàng)技術(shù)。在現(xiàn)在的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上，基本都使用電控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，控制的更加精準(zhǔn)與智能化。

通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)，還可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)一種特殊的循環(huán)——阿特金森循環(huán)，又叫做米勒循環(huán)。它的做法是在吸氣沖程結(jié)束時(shí)，利用可變氣門(mén)正時(shí)技術(shù)推遲進(jìn)氣門(mén)的關(guān)閉，將吸入的混合氣又通過(guò)進(jìn)氣門(mén)“吐”出去一部分，然后再關(guān)閉氣門(mén)開(kāi)始?jí)嚎s沖程。這樣就使混合氣的實(shí)際壓縮量小于爆炸后的膨脹量，即膨脹比大于壓縮比，因此可以大大提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。常見(jiàn)的比如馬自達(dá)的創(chuàng)馳藍(lán)天發(fā)動(dòng)機(jī)、雷克薩斯CT200、豐田2NR-FKE發(fā)動(dòng)機(jī)等，通過(guò)可變氣門(mén)定時(shí)機(jī)構(gòu)可以很輕易的在米勒循環(huán)和奧托循環(huán)之間轉(zhuǎn)換，使發(fā)動(dòng)機(jī)最大限度發(fā)揮動(dòng)力的同時(shí)節(jié)約燃油。另外這種發(fā)動(dòng)機(jī)特別適合于混合動(dòng)力汽車，它與電動(dòng)機(jī)動(dòng)力互補(bǔ)，中低速時(shí)使用電動(dòng)機(jī)，高速時(shí)使用阿特金森循環(huán)，還可以讓發(fā)動(dòng)機(jī)以阿特金森循環(huán)模式運(yùn)轉(zhuǎn)給電池充電，可以獲取很高的經(jīng)濟(jì)性。 

在實(shí)際使用中，由于配氣機(jī)構(gòu)各零部件的磨損，會(huì)導(dǎo)致配氣相位的失準(zhǔn)。比如正時(shí)皮帶或者正時(shí)鏈條拉長(zhǎng)導(dǎo)致曲軸與凸輪軸運(yùn)轉(zhuǎn)不同步、正時(shí)齒輪磨損導(dǎo)致齒輪間隙過(guò)大、凸輪軸凸輪磨損導(dǎo)致曲率和升程的變化、氣門(mén)間隙改變、液壓挺柱泄漏、可變氣門(mén)正時(shí)機(jī)構(gòu)故障、電控系統(tǒng)故障，等等，這些都需要一點(diǎn)點(diǎn)慢慢的排查。還有一種情況就是凸輪軸與驅(qū)動(dòng)齒輪之間的固定鍵松曠或變形了（在柴油機(jī)上比較常見(jiàn)），這種情況一般需要手工制作偏位鍵，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人會(huì)這門(mén)手藝了。