简单了解发动机重要部件——顶置凸轮轴

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简单了解发动机重要部件——顶置凸轮轴

凸轮轴是发动机配气机构的一部分，专门负责驱动气门按时开启和关闭，作用是保证发动机在工作中定时为汽缸吸入新鲜的可燃混合气，并及时将燃烧后的废气排出汽缸。凸轮轴直接通过摇臂驱动气门，很适用于高转速的轿车发动机，由于转速较高，为保证进排气和传动效率、简化传动机构、降低高转速的振动和噪音，多采用顶置式气门和顶置式凸轮轴，这样，发动机的结构也比较紧凑。但任何事物都有两面性，顶置式凸轮轴的缺点是由于部件的布置设计比较复杂，维修起来也比较麻烦。但衡量利弊，它还是比较适合于轿车。

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顶置凸轮轴

凸轮轴英文全称为Overhead camshaft，简称OHC。一般发动机的凸轮轴安装位置有下置、中置、顶置三种形式。顶置凸轮轴是将凸轮轴被放置在汽缸盖内，燃烧室之上，直接驱动摇臂、气门，不必通过较长的推杆。与气门数相同的推杆式发动机（即顶置气门结构）相比，顶置凸轮轴结构中需要往复运动的部件要少得多，因此大大简化了配气结构，显著减轻了发动机重量，同时也提高了传动效率、降低了工作噪音。


最早一批采用双顶置凸轮轴设计的发动机分别是由菲亚特（Fiat，于1912年）、标致（于1913年）、阿尔法·罗密欧（于1914年）设计制造的。其中后两者还采用了每缸四气门的设计。在后来的阿尔法·罗密欧6C（1925年）、玛莎拉蒂蒂波26（Maserati Tipo 26，1926年）、布加迪51型（Bugatti Type 51，1931年）以及早期的奥迪（Audi）等车上也采用了这一技术。此外，早期采用每缸两气门技术的法拉利（Ferrari）大多使用了双顶置凸轮轴。

当双顶置凸轮轴技术被最初引入主流汽车市场时，汽车制造商对这一技术进行了大量的推广。在1960年代中期，正当这一技术还仅限于少数限量生产的汽车和运动车上时，菲亚特集团果断地在其包括轿跑车、轿车、敞蓬车和旅行车在内的产品线上全面使用了皮带驱动的双顶置凸轮轴技术，从而成为了第一家全面应用这一技术的公司。

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顶置凸轮轴分类
按照配气结构内包含的凸轮轴数目，顶置凸轮轴可分为以下两种形式： 单顶置凸轮轴（Single overhead camshaft, SOHC）、双顶置凸轮轴（Double overhead camshafts, DOHC）

（1）单顶置凸轮轴
单顶置凸轮轴是一种在汽缸盖内只设置一条凸轮轴的设计。采用这一设计的直列汽缸发动机只需一条安放在汽缸盖上方的凸轮轴，而V形汽缸发动机则需要两条凸轮轴，分别安放在一侧汽缸组之上。

单顶置凸轮设计中，需要往复运动的部件及其总质量较同等条件下的推杆式发动机显著减少。因此单顶置凸轮轴能提高发动机转速，从而在输出扭矩相同的情况下提高发动机的功率输出。在这一设计中，凸轮轴能够直接或通过摇臂控制气门开闭，而不需像顶置气门的推杆式发动机样，需要通过挺杆、较长的推杆以及摇臂将发动机组内凸轮轴上凸轮的运动传递到汽缸盖内的气门上。

相比推杆式结构，单顶置凸轮轴设计能使发动机结构(主要是配气结构)更加紧凑。这一优势在同时采用多气门设计(即一个汽缸有两个以上的气门)时特别显著。不过有时为进行调节的单顶置凸轮轴发动机的典型。希尔曼顽童是一款1960年代初设计制造的小型双门轿车。其后置合金发动机是由考文垂顶点(Coventry Climax)系列赛车发动机改进而来的。在这台发动机中，进气与排气气门被安放在发动机体的同一侧，因而无需采用交叉气流汽缸盖(crossflow cylinder head)的设计，同时有利于火花塞的工作。

不过单顶置凸轮轴也有其缺点。由于进气门和排气门在进气道中位置不同，气门开闭时间的精确性会受到一定影响。在1980年代早期，丰田(Toyota)和大众汽车(Volkswagen)也曾在单顶置凸轮轴的每缸两气门发动机中使用过直接驱动、平行气门的结构以使体积进一步紧凑。丰田采用的是液压挺杆，而大众汽车采用的是桶状挺杆，同时还配备了气门间隙调节垫片以精确控制气门开闭时间。在单顶置凸轮轴发动机的所有气门排列形式中，这种设计可能是最为紧凑和简单的。

（2）双顶置凸轮轴
双顶置凸轮轴是一种在汽缸盖内配备两条凸轮轴的气门排列形式。两条凸轮轴分别控制进气门和排气门。根据引擎的构造不同(主要是汽缸排列形式的不同)，一台一般的双顶置凸轮轴汽车发动机可最多拥有两条到四条不等的凸轮轴。

双顶置凸轮轴结构的发动机并不一定有两个以上的进气门和排气门，但是如果多气门发动机的气门需要被直接驱动(虽然一般都通过挺杆驱动)，那么双顶置凸轮轴是必不可少的。并非所有的双顶置凸轮轴都是多气门的--在多气门技术普及之前，两气门发动机上也经常配备两条凸轮轴。不过在当今，双顶置凸轮轴已经与多气门技术划上了等号，因为在几乎所有的双顶置凸轮轴发动机中，每个汽缸都有三个到五个气门。