大家知道，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作兩個(gè)必不可少的物質(zhì)是空氣和燃油。燃油大家都知道，大家去加油站買(mǎi)來(lái)燃油存儲(chǔ)在油箱里，然后通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油供給系統(tǒng)送入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中燃燒，發(fā)出熱量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。那么空氣又是如何進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中的呢？有人說(shuō)那還不簡(jiǎn)單嗎，發(fā)動(dòng)機(jī)不是有配氣機(jī)構(gòu)嗎，空氣就是通過(guò)配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的唄！但你可能不知道，空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)極其復(fù)雜的過(guò)程，復(fù)雜到你可能想不到。下面我們就來(lái)說(shuō)一說(shuō)空氣是如何進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)、如果參與燃燒、又如何排出發(fā)動(dòng)機(jī)的，這其中有哪些你所不知道的“黑科技”。

我說(shuō)一個(gè)觀(guān)點(diǎn)，你可能都不會(huì)相信：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)上最復(fù)雜、技術(shù)含量最高的裝置（電控系統(tǒng)除外）。發(fā)動(dòng)機(jī)從誕生至今結(jié)構(gòu)形式改變最大的裝置，是配氣機(jī)構(gòu)；對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響最大的，也是配氣機(jī)構(gòu)；推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步、性能上有質(zhì)的飛躍，主要就是由配氣機(jī)構(gòu)引領(lǐng)的。

有人說(shuō)老侯你這不是胡扯嘛，發(fā)動(dòng)機(jī)上那么多的裝置，比配氣機(jī)構(gòu)技術(shù)含量高的應(yīng)該多得是，比如多點(diǎn)電噴技術(shù)、缸內(nèi)直噴技術(shù)、鋁發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、渦輪增壓技術(shù)，等等，哪一個(gè)不比配氣機(jī)構(gòu)復(fù)雜？配氣機(jī)構(gòu)不就是給發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣的嘛，空氣取之不盡用之不竭，讓更多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)還不是一件輕而易舉的事，哪有那么復(fù)雜？相反我認(rèn)為給發(fā)動(dòng)機(jī)噴更多的汽油是更難得，你看現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)都從多點(diǎn)電噴向缸內(nèi)直噴發(fā)展了，不就是為了給發(fā)動(dòng)機(jī)多噴油嗎？

其實(shí)你恰恰想錯(cuò)了，讓更多的燃油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)是非常容易的，但是讓更多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)是非常難的。不論是古老的化油器，還是現(xiàn)在的多點(diǎn)電噴、缸內(nèi)直噴，多供油都是非常簡(jiǎn)單的，把燃油系統(tǒng)壓力、噴油脈寬等稍加調(diào)整，就可以讓更多的燃油進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)了；但是讓更多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)是比較難的，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣主要靠活塞下行產(chǎn)生的真空吸力把空氣吸入氣缸的，而氣缸容積有限，正常情況下是不可能讓大于氣缸容積的空氣進(jìn)入的，沒(méi)有空氣，噴再多的汽油也是沒(méi)有辦法燃燒的。所以，這么多年來(lái)，讓更多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)（提高充氣系數(shù)），然后再?lài)娙敫嗟娜加停l(fā)動(dòng)機(jī)的性能就得以提高了。

在這里給大家說(shuō)一個(gè)充氣系數(shù)的概念。所謂的充氣系數(shù)是指發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣過(guò)程中，實(shí)際進(jìn)入氣缸的新鮮空氣質(zhì)量與在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下應(yīng)該充滿(mǎn)氣缸工作容積的新鮮空氣質(zhì)量的比值。從這個(gè)概念解釋就可以看出，正常情況下發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)是不可能大于1的，事實(shí)上一般汽油機(jī)的充氣系數(shù)一般在0.70~0.85之間，柴油機(jī)由于沒(méi)有節(jié)氣門(mén)的阻礙，充氣系數(shù)比汽油機(jī)高一些，一般在0.75~0.90之間。而現(xiàn)在的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，相當(dāng)于用一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)向發(fā)動(dòng)機(jī)中“壓”入空氣，所以增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)可以大于1，最高可達(dá)2以上。影響充氣系數(shù)的因素是非常多的，其中配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)是重要的影響因素。

下面我們就順著空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的路徑，來(lái)看看聰明的汽車(chē)工程師是如何精心設(shè)計(jì)配氣機(jī)構(gòu)、提高充氣系數(shù)的。

車(chē)外的空氣首先從發(fā)動(dòng)機(jī)取氣口進(jìn)入。這個(gè)取氣口一般在汽車(chē)的正前方引擎蓋下面，利用汽車(chē)行駛時(shí)前方的正壓保證進(jìn)氣更順暢。這個(gè)取氣口要有一定的高度和隱蔽性，避免地面上的雜物和水進(jìn)入，同時(shí)避免和其它的裝置發(fā)生干涉，取氣口的大小要與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量相吻合。前段時(shí)間某眾的一款高檔越野車(chē)就犯了一個(gè)錯(cuò)誤，取氣口位置設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致下雨時(shí)雨水會(huì)流入取氣口，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水，嚴(yán)重的甚至?xí)p壞發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在也不知道改進(jìn)了沒(méi)有。此外，一些越野車(chē)為了提高涉水性能，還會(huì)把這個(gè)取氣口設(shè)計(jì)在汽車(chē)頂部，避免涉水時(shí)水從這里進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。而一些卡車(chē)、工程機(jī)械等由于工作環(huán)境灰塵大，一般都是把取氣口設(shè)計(jì)在汽車(chē)頂部，盡可能地減少灰塵進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。

空氣從取氣口進(jìn)入后，經(jīng)過(guò)一段管路，就來(lái)到了空氣濾清器。在這里，空氣會(huì)得到過(guò)濾，大部分的雜質(zhì)、灰塵等會(huì)留在空氣濾芯上，過(guò)濾后的潔凈空氣進(jìn)入進(jìn)氣管，所以這個(gè)空氣濾清器又稱(chēng)為“發(fā)動(dòng)機(jī)之肺”。絕大多數(shù)的車(chē)型，空氣濾清器都是單級(jí)紙質(zhì)濾芯；對(duì)于在惡劣環(huán)境下工作的卡車(chē)、工程機(jī)械等，一般采用油浴式和紙質(zhì)濾芯的雙級(jí)過(guò)濾，以盡可能的濾清空氣中的灰塵。當(dāng)空氣濾清器吸附滿(mǎn)灰塵之后，它的通過(guò)性就會(huì)大大下降，導(dǎo)致進(jìn)氣阻力增大，進(jìn)氣量減少，所以需要定期更換，一般一萬(wàn)公里左右更換一次即可，如果環(huán)境特別惡劣，也可以適當(dāng)縮短更換周期。

現(xiàn)在有些車(chē)主會(huì)自己改裝“KN高流量空濾”。這種空濾是鐵絲網(wǎng)狀的，上面沾附一層油漬，用來(lái)吸附空氣中灰塵。它的進(jìn)氣阻力小，但是過(guò)濾效果不如紙質(zhì)濾芯。同時(shí)這種濾芯由于進(jìn)氣過(guò)于通暢，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)低扭不足，只有在較高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)才能有較好的表現(xiàn)，所以普通的家用車(chē)不建議這樣改裝。

經(jīng)過(guò)空氣濾清器過(guò)濾后的清潔空氣，隨后就進(jìn)入了發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中，在這里它會(huì)遇到一個(gè)計(jì)量員——空氣流量計(jì)。它的作用就是計(jì)量進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)中的空氣質(zhì)量的多少，然后把這個(gè)信號(hào)報(bào)告給發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元根據(jù)內(nèi)部?jī)?chǔ)存的程序，經(jīng)過(guò)計(jì)算后發(fā)出控制指令，讓燃油供給系統(tǒng)提供相應(yīng)數(shù)量的燃油，使空燃比維持在最佳的14.7:1左右。所以，空氣流量計(jì)是發(fā)動(dòng)機(jī)上重要的傳感器，是電控燃油噴射系統(tǒng)的基礎(chǔ)信號(hào)之一，當(dāng)它出現(xiàn)故障以后，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)困難、冒黑煙等現(xiàn)象。空氣流量計(jì)有熱線(xiàn)式和熱膜式兩種，不需要特殊的保養(yǎng)，其中的熱線(xiàn)式如果臟污了導(dǎo)致信號(hào)不準(zhǔn)，我們可以用化油器清洗劑清洗一下。

經(jīng)過(guò)計(jì)量后的空氣，隨后就來(lái)到了節(jié)氣門(mén)，這才是空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的第一道“鬼門(mén)關(guān)”，空氣在這里被“節(jié)流”了。節(jié)氣門(mén)相當(dāng)于一個(gè)翻轉(zhuǎn)門(mén)，它的開(kāi)啟角度由司機(jī)腳下的油門(mén)踏板來(lái)控制，開(kāi)啟角度越大，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣越多，然后再?lài)娙胂鄳?yīng)數(shù)量的燃油，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)上升，發(fā)出更強(qiáng)大的動(dòng)力。所以，我們經(jīng)常說(shuō)的“加油門(mén)”事實(shí)上并不是加油，而是加空氣，油門(mén)踏板應(yīng)該稱(chēng)作“加速踏板”。關(guān)于節(jié)氣門(mén)的知識(shí)是非常多的，它也是發(fā)動(dòng)機(jī)上故障率較高的零部件之一。節(jié)氣門(mén)發(fā)生故障以后，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)、加速無(wú)力、甚至無(wú)法啟動(dòng)等現(xiàn)象，而我們最常見(jiàn)的就是節(jié)氣門(mén)臟污、積碳，需要經(jīng)常清洗。有關(guān)節(jié)氣門(mén)相關(guān)方面的知識(shí)，我之前有專(zhuān)門(mén)的文章論述過(guò)，在此不再贅述。

空氣從節(jié)氣門(mén)出來(lái)后，就進(jìn)入了進(jìn)氣歧管。不知道大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管都很長(zhǎng)，甚至在缸蓋上面繞一圈才進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，這究竟是為什么呢？為什么不讓空氣直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)呢？

發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，由于進(jìn)排氣門(mén)瞬間開(kāi)啟和關(guān)閉，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣歧管中的空氣流動(dòng)瞬間停止，從而發(fā)生振動(dòng)和反流。如果各氣缸的進(jìn)氣歧管較短，這種振動(dòng)和反流會(huì)干擾其它氣缸，從而導(dǎo)致其它氣缸進(jìn)氣量減少，影響充氣系數(shù)。，特別是在低速時(shí)，這種影響更為明顯，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)低速扭矩不足。而采用較長(zhǎng)的進(jìn)氣歧管就可以把這種振動(dòng)和反流在傳遞到其它氣缸之前消除掉，避免干擾其它氣缸的進(jìn)氣。如果合理的設(shè)計(jì)進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度，甚至還可以利用這種振動(dòng)和反流，讓這種振動(dòng)恰好可以促進(jìn)其它氣缸的進(jìn)氣，這就是所謂的“諧波進(jìn)氣”。還有些發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)“進(jìn)氣總管”，它一端與節(jié)氣門(mén)相連，另一端與進(jìn)氣歧管相連，起到一個(gè)存儲(chǔ)空氣、緩沖壓力的作用，各進(jìn)氣歧管中的振動(dòng)和反流，在這里會(huì)被消除，從而避免干擾其它氣缸進(jìn)氣。

不過(guò)這種較長(zhǎng)的進(jìn)氣歧管對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速是有利的，但是發(fā)動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要更多的空氣更快地進(jìn)入氣缸，所以這種固定長(zhǎng)度的進(jìn)氣歧管對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)卻是不利的。為了能兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)的高中低轉(zhuǎn)速時(shí)的性能，工程師研發(fā)出了可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣歧管中的一個(gè)翻板打開(kāi)，讓空氣從一個(gè)比較短的路徑快速進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，從而大大改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的高速性能。這一功能在很多高檔車(chē)上都有應(yīng)用。

在這個(gè)位置，還有一種布置形式，就是進(jìn)氣增壓。把從節(jié)氣門(mén)出來(lái)的空氣，用增壓器壓縮提高壓力，然后再送入發(fā)動(dòng)機(jī)。空氣被壓縮后，溫度升高，壓力增加，密度增加，同體積的空氣含有的氧含量更高，就相當(dāng)于增加了空氣供給，提高了充氣系數(shù)。在增壓的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)充氣系數(shù)最多可以提高到2.0以上，然后再增加噴射相應(yīng)數(shù)量的汽油，動(dòng)力可以大幅度提高，實(shí)現(xiàn)了“小排量、高動(dòng)力”。進(jìn)氣增壓有機(jī)械增壓和廢氣渦輪增壓兩種形式，現(xiàn)在更多地采用廢氣渦輪增壓。進(jìn)氣經(jīng)過(guò)增壓后，壓力提高，溫度也會(huì)升高，為了避免進(jìn)氣溫度過(guò)高，一般都會(huì)同時(shí)采用增壓中冷技術(shù)，將增壓后的空氣冷卻后再送入發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣也相當(dāng)于進(jìn)一步提高了充氣系數(shù)。

空氣從進(jìn)氣歧管中出來(lái)，就進(jìn)入了氣缸蓋的進(jìn)氣道中，準(zhǔn)備經(jīng)過(guò)進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，這是空氣需要經(jīng)過(guò)的第二道“鬼門(mén)關(guān)”。在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)間極短，甚至只有0.001秒，在如此短的時(shí)間內(nèi)，要想讓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣充分、排氣徹底，是一個(gè)非常困難的事。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)這些年來(lái)是逐級(jí)進(jìn)步的，從最早期的側(cè)置氣門(mén)，發(fā)展到頂置氣門(mén)；從單進(jìn)單排雙氣門(mén)，發(fā)展到雙進(jìn)雙排四氣門(mén)；從下置凸輪軸，發(fā)展到中置凸輪軸、頂置凸輪軸；從單頂置凸輪軸，發(fā)展到雙頂置凸輪軸；從固定的氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻、開(kāi)啟高度，發(fā)展到可變氣門(mén)正時(shí)和可變氣門(mén)升程，等等。所有這些技術(shù)的進(jìn)步，都是為了讓更多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。

表征氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間的參數(shù)稱(chēng)為配氣相位。普通的發(fā)動(dòng)機(jī)，只有一個(gè)固定的配氣相位。但是發(fā)動(dòng)機(jī)在低中高不同的轉(zhuǎn)速下，對(duì)進(jìn)排氣的需求有所不同，所以這種固定的配氣相位只能照顧發(fā)動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的性能，無(wú)法兼顧全轉(zhuǎn)速區(qū)域。因此，現(xiàn)在的發(fā)動(dòng)機(jī)更多的采用了可變氣門(mén)正時(shí)和可變氣門(mén)升程技術(shù)，可以隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻、開(kāi)啟持續(xù)時(shí)間以及氣門(mén)開(kāi)啟的角度都隨之變化，較好地適應(yīng)了發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)轉(zhuǎn)速下對(duì)進(jìn)氣的需求。比如我們常見(jiàn)的VVT、VVT-i、DVVT、CVVT、VVL、VTEC、i-VTEC，等等，都是這種功能的英文縮寫(xiě)。

空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，就遇到了自己的好基友——燃油。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室都有特殊的形狀，比如半球形燃燒室、盆形燃燒室、楔形燃燒室、ω形燃燒室等等，活塞的頂部也不是平整的，而是有特殊的凸起或者凹陷，這樣做的目的是引導(dǎo)空氣在燃燒室中合理回旋流動(dòng)，形成進(jìn)氣渦流，讓燃油進(jìn)一步霧化蒸發(fā)，與空氣更充分的混合，然后被壓縮、升溫，被火花塞點(diǎn)燃，膨脹做功，燃燒后的廢氣從排氣門(mén)排出發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過(guò)三元催化器催化裂解，將尾氣中有害的碳?xì)浠衔锖偷趸镞€原成二氧化碳、氮?dú)夂退缓笤俳?jīng)過(guò)消音器消除排氣脈動(dòng)和火焰，降低尾氣的溫度和壓力，最終排出到大氣中。

從空氣從進(jìn)氣門(mén)進(jìn)入到從排氣門(mén)排出這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過(guò)程”，大致可以分為自由排氣、強(qiáng)制排氣、慣性排氣、準(zhǔn)備進(jìn)氣、正常進(jìn)氣、慣性進(jìn)氣這六個(gè)階段。換氣過(guò)程的好壞，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和排放。

至此，空氣走完了在發(fā)動(dòng)機(jī)中的全部路徑，以身赴火完成了自己的使命。可以看出，在這個(gè)過(guò)程中，為了讓盡可能多的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，工程師們可謂殫精竭慮，妙招頻出，在我們看來(lái)一些小小不言的裝置，可能都是工程師精心設(shè)計(jì)的結(jié)果。所以，我們千萬(wàn)不要小瞧這個(gè)簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單的進(jìn)氣系統(tǒng)，它的性能優(yōu)劣，可以直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能高低。在日常保養(yǎng)中，我們要定期更換空氣濾芯，保持進(jìn)氣系統(tǒng)的良好密封，適時(shí)清洗節(jié)氣門(mén)和清除進(jìn)氣道中的積碳，讓更清潔、足量的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)。