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凸轮轴的关键之处在于凸轮。当凸轮轴旋转时，凸轮随着活塞的运动会及时地打开/关闭进气门和排气门。因此，凸轮的形状与发动机在不同转速下的工作状况有着直接的联系。

为了理解其中的原因，让我们先想象一下一个正在以极为缓慢的转速运转的发动机——10或20转/分——在这种情况下，活塞需要几秒钟来完成一个运行周期。而在现实中，正常运转的发动机可不能这么慢，但我们想象一下也无妨。在这样慢的速度下，我们希望的凸轮形状是：活塞开始向下运动进入进气冲程（称为上止点即TDC）时，进气门打开。 活塞到底时，进气门就会关闭。燃烧行程结束以后，排气门在活塞到底（称为下止点即BDC）时打开，在活塞的排气冲程结束时关闭。只要发动机一直在这种非常缓慢的速度下运行，这种良好的工作状态就会一直持续下去。 但是，如果在转速增加的情况下会如何呢？让我们来仔细地研究一下。在转速为10-20转/分的情况下运行良好的凸轮轴的构造，在转速增加的情况下就不再适合了。发动机转速达到4000转/分时，气门每分钟要开闭2000次，即每秒33次。这样，活塞的运动速度非常快，因而空气/燃料混合气进入气缸的速度也非常快。

当进气门打开，活塞开始它的进气冲程时，空气/燃料混合气在进气流通管中开始加速，准备进入气缸。活塞在进气冲程到底时，空气/燃料混合气将以很高的速度运动。如果进气门突然关闭，所有空气/燃料混合气会因受阻而无法进入气缸。通过延长进气门开放的时间，当活塞开始压缩行程时，高速运行的空气/燃料混合气的冲力会继续迫使混合气体进入气缸。因此，发动机运转得越快，空气/燃料混合气就运动得越快，我们希望进气门打开的时间也就越长。在高转速的情况下，我们也希望气门的开口更大些，这一参数被称为气门升程，它由凸轮轮廓线决定。