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凸轮轴的作用是什么？

目录
1.	凸轮轴的作用是什么？
2.	凸轮轴配置
3.	可变气门正时

凸轮轴的作用是什么？

在复杂的汽车工程领域，凸轮轴在发动机的功能和效率中起着关键作用。“凸轮轴的作用是什么？”这个问题揭示了内燃机背后的复杂性和创新性。该部件对于控制发动机的进气门和排气门、协调最佳性能所需的精确正时至关重要。

通过将旋转运动转换为线性运动，凸轮轴确保在正确的时刻进行燃油进气和排气。通过了解凸轮轴的功能，人们可以深入了解为全球车辆提供动力的卓越工程。

1. 凸轮轴的作用是什么？

每台内燃机的核心都是凸轮轴，这个部件的作用至关重要，但往往被低估了。必须认识到，这位工程天才直接影响发动机的性能和效率。

凸轮轴的主要功能是调节发动机进气门和排气门的打开和关闭。它通过旋转和计时的同步舞蹈来实现这一点。随着凸轮轴的旋转，每个凸轮轴凸角——一个精心设计的凸起——与气门挺杆或推杆相互作用，以精确控制气门保持打开的正时和持续时间。这种协调的操作确保了燃料可以在最佳时刻进入燃烧室，废气可以排出，直接影响发动机的功率输出和燃油经济性。

凸轮轴在内燃机中的作用怎么强调都不为过。通过规定气门开启的时间，它在发动机的呼吸过程中起着关键作用。这一过程的效率使车辆能够在道路上毫不费力地滑行，或以强劲的动力轰鸣。

每个凸轮轴凸角设计背后的创新和凸轮轴旋转的精度突显了现代汽车工程的复杂性。这些部件不知疲倦地工作，看不见，但它们是发动机利用燃料能量的基础。

现在你已经了解了凸轮轴的功能，了解它们是如何工作的很重要。让我们从基础知识开始。

凸轮轴基础知识

任何凸轮轴的关键部件都是凸轮。随着凸轮轴的旋转，凸轮随着活塞的运动及时打开和关闭进气门和排气门。事实证明，凸轮凸角的形状与发动机在不同速度范围内的表现方式之间存在直接关系。

要理解为什么会这样，想象一下，我们正在以每分钟10或20转（RPM）的速度极其缓慢地运行发动机，因此活塞需要几秒钟才能完成一个循环。实际上不可能如此缓慢地运行一台普通的发动机，但让我们想象一下，我们可以。在这种低速下，我们希望凸轮凸角的形状如下：

·	当活塞在进气冲程中开始向下移动时（称为上止点或TDC），进气阀将打开。进气阀将在活塞触底时关闭。
·	排气阀将在燃烧冲程结束时活塞触底（称为下止点或BDC）时打开，并在活塞完成排气冲程时关闭。

只要发动机以这种非常慢的速度运行，这种设置对发动机来说就非常有效。但是如果你增加转速会发生什么？让我们来看看。

当您增加转速时，凸轮轴的10至20转/分配置不能很好地工作。如果发动机以4000转/分的速度运转，气门每分钟打开和关闭2000次，即每秒33次。在这些速度下，活塞移动得非常快，因此涌入气缸的空气/燃料混合物也移动得非常迅速。

当进气门打开，活塞开始进气冲程时，进气流道中的空气/燃料混合物开始加速进入气缸。当活塞到达其进气冲程的底部时，空气/燃料正在以相当高的速度移动。如果我们砰地关上进气阀，所有的空气/燃料都会停止，不会进入气缸。通过让进气阀打开一段时间，当活塞开始压缩冲程时，快速移动的空气/燃料的动量继续迫使空气/燃料进入气缸。因此，发动机转速越快，空气/燃料移动得越快，我们希望进气阀保持打开的时间就越长。我们还希望气门在更高的速度下打开得更宽——这个参数称为气门升程，由凸轮凸角轮廓决定。

上面的动画显示了常规凸轮和性能凸轮如何具有不同的气门正时。请注意，排气（红色圆圈）和进气（蓝色圆圈）循环在性能凸轮上重叠得更多。因此，配备这种凸轮的汽车在怠速时往往运行得非常粗糙。

任何给定的凸轮轴只有在一个发动机转速下才是完美的。在其他发动机转速下，发动机将无法发挥其全部潜力。因此，固定凸轮轴总是一种折衷方案。这就是为什么汽车制造商开发了随着发动机转速变化而改变凸轮轮廓的方案

发动机上的凸轮轴有几种不同的布置方式。我们将讨论一些最常见的。你可能听说过这个术语：

·	单顶置凸轮（SOHC）
·	双顶置凸轮（DOHC）
·	推杆
在下一节中，我们将逐一介绍这些配置。

2. 凸轮轴配置

单顶置凸轮

这种布置表示每个气缸盖有一个凸轮的发动机。因此，如果它是直列4缸或直列6缸发动机，它将有一个凸轮；如果是V-6或V-8，它将有两个凸轮（每个头一个）。

凸轮驱动摇臂，摇臂向下压气门，打开气门。弹簧使阀门恢复到关闭位置。这些弹簧必须非常坚固，因为在发动机高速运转时，气门会很快被向下推，正是弹簧使气门与摇臂保持接触。如果弹簧不够坚固，气门可能会脱离摇臂并弹回。这是一种不理想的情况，会导致凸轮和摇臂的额外磨损。

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在单顶置凸轮和双顶置凸轮发动机上，凸轮由曲轴通过称为正时皮带或正时链条的皮带或链条驱动。这些皮带和链条需要定期更换或调整。如果正时皮带断裂，凸轮将停止旋转，活塞可能会撞击打开的气门。

双顶置凸轮

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双顶置凸轮发动机每头有两个凸轮。所以直列式发动机有两个凸轮，V型发动机有四个。通常，双顶置凸轮用于每个气缸有四个或更多气门的发动机——单个凸轮轴根本无法安装足够的凸轮凸角来驱动所有这些气门。

使用双顶置凸轮的主要原因是允许更多的进气门和排气门。更多的气门意味着进气和排气可以更自由地流动，因为有更多的开口供它们流过。这增加了发动机的功率。

本文将介绍的最终配置是推杆发动机。

推杆发动机

与SOHC和DOHC发动机一样，推杆发动机中的气门位于气缸盖上方。关键的区别在于，推杆发动机上的凸轮轴位于发动机缸体内，而不是气缸盖内。

凸轮驱动长杆，这些长杆穿过块体并进入头部，以移动摇杆。这些长杆增加了系统的质量，从而增加了气门弹簧的负载。这可能会限制推杆发动机的速度；顶置凸轮轴消除了系统中的推杆，是使发动机转速更高成为可能的发动机技术之一。

推杆发动机

推杆发动机中的凸轮轴通常由齿轮或短链驱动。齿轮传动通常比皮带传动更不容易断裂，皮带传动通常出现在顶置凸轮发动机中。

设计凸轮轴系统的一件大事是改变每个气门的正时。我们将在下一节探讨气门正时。

3. 可变气门正时

汽车制造商有几种改变气门正时的新颖方法。一些本田发动机上使用的一个系统称为VTEC。 NewCams

VTEC（可变气门正时和升程电子控制）是一些本田发动机中的电子和机械系统，允许发动机具有多个凸轮轴。VTEC发动机有一个额外的进气凸轮，它有自己的摇杆，摇杆跟在这个凸轮后面。该凸轮上的轮廓使进气门比其他凸轮轮廓保持打开的时间更长。在低发动机转速下，该摇杆未连接到任何气门。在发动机高速运转时，活塞将额外的摇杆锁定在控制两个进气阀的两个摇杆上。

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有些汽车使用一种可以提前气门正时的装置。这不会使阀门打开更长时间；相反，它稍后打开它们，稍后关闭它们。这是通过将凸轮轴向前旋转几度来实现的。如果进气门在上止点（TDC）前10度正常打开，在TDC后190度关闭，则总持续时间为200度。打开和关闭时间可以使用一种机制来改变，该机制在凸轮旋转时将其向前旋转一点。因此，阀门可能在TDC后10度打开，在TDC后210度关闭。将气门关闭20度后是好的，但最好能够增加进气门打开的持续时间。

法拉利有一个非常巧妙的方法来做到这一点。一些法拉利发动机上的凸轮轴被切割成三维轮廓，沿着凸轮凸角的长度变化。凸轮凸角的一端是最不激进的凸轮轮廓，另一端是最激进的。凸轮的形状将这两个轮廓平滑地融合在一起。一个机构可以横向滑动整个凸轮轴，使气门与凸轮的不同部分接合。轴仍然像普通凸轮轴一样旋转，但随着发动机转速和负载的增加，通过逐渐横向滑动凸轮轴，可以优化气门正时。

一些发动机制造商正在试验允许气门正时无限变化的系统。例如，假设每个气门上都有一个电磁阀，可以使用计算机控制而不是依赖凸轮轴来打开和关闭气门。使用这种类型的系统，您将在每转每分时获得最大的发动机性能。未来值得期待的事情...