凸轮轴

常见问题

凸轮轴在内燃机中的作用是什么？
凸轮轴驱动活塞气缸的进气门和排气门，确保气门正时与活塞运动同步，使发动机平稳运转。

在四冲程发动机中，凸轮轴如何与曲轴相互作用？
凸轮轴通过齿轮、链条或皮带与曲轴相连，以曲轴一半的速度旋转，并协调气门正时与活塞运动。

四冲程循环中的四个冲程名称是什么？
四冲程循环包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。

不同类型凸轮轴的名称是什么？
不同类型的凸轮轴包括：实心平底挺柱、液压平底挺柱、实心滚子和液压滚子。

凸轮轴，在内燃机中，是一根带有不规则形状圆盘（凸轮）的旋转轴，用于驱动活塞和气缸的进气门和排气门。凸轮和凸轮轴通常制成一个整体，凸轮以一定角度布置，在旋转时按预定顺序开启和关闭气门。每排气缸配有独立的凸轮轴，由曲轴通过齿轮或链条驱动。某些发动机设计为每排气缸配备两根凸轮轴。

功能

凸轮轴通过齿轮、链条或皮带与曲轴机械连接，使气门正时（由凸轮轴控制）与活塞运动（驱动曲轴）保持同步。在四冲程发动机中，凸轮轴通常以曲轴一半的速度旋转。

当活塞上下运动时，凸轮轴开启和关闭进气门和排气门。这种精确的协调对于发动机在典型的四冲程循环中平稳运转至关重要。

四冲程循环

进气冲程：活塞气缸进气门的开启使油气混合物在活塞向下运动时进入气缸。

压缩冲程：进气门在活塞上升时关闭，压缩油气混合物。

做功冲程：气缸顶部的火花塞点燃混合物。爆炸产生的力将活塞向下推。发动机的动力即来源于此。

排气冲程：凸轮轴打开气缸的排气门，使气体在活塞回升时排出气缸。

由于凸轮轴以曲轴一半的速度运动，曲轴每旋转两圈完成一个四冲程循环。

凸轮轴的类型

根据连接凸轮桃尖与气门的零件设计，凸轮轴分为四种类型。

• 实心平底挺柱：这是一种传统设计，凸轮直接推动平底挺柱。它在高速下表现良好，但噪音较大，需要定期调整以保持正确的间隙（气门间隙）。

• 液压平底挺柱：虽然与实心平底类型相似，但液压平底挺柱内部有一个充油的小部件，可自动保持正确的间隙。这使其更安静、更平顺、更易于维护。

• 实心滚子：挺柱不是平面，而是有一个小滚子轮在凸轮上滚动。这减少了摩擦，使发动机能够使用带有更展开头部曲线的附加凸轮以获得更大动力。与实心平底类型一样，它需要定期调整。

• 液压滚子：它结合了滚子轮（摩擦更小、动力潜力更大）和自调机油系统，无需手动检查间隙。这种设计安静、耐用且维护成本低。

凸轮轴还可以根据其相对于气门的位置以及运动如何传递到气门来分类：

缸内凸轮（顶置气门）：在这种设计中，凸轮轴位于发动机缸体内。推杆将凸轮的运动传递给摇臂，由摇臂驱动气门。

顶置凸轮轴：凸轮轴位于气缸盖中气门的上方。这消除了对推杆的需求，并允许更高的发动机转速。

单顶置凸轮轴：一根凸轮轴用于所有气缸，同时控制进气门和排气门。

双顶置凸轮轴：发动机气缸使用两根凸轮轴。一根凸轮轴驱动所有进气门，另一根驱动排气门。这为气门正时提供了更大的灵活性。

术语表

凸轮桃尖：凸轮轴上凸起的、近似蛋形的部分。随着它旋转，其形状将旋转运动转化为上下运动，以开启和关闭气门。

挺柱（挺杆或从动件）：一个在凸轮桃尖上滑动并将其运动传递给气门机构其余部分的小组件。可以是平底或滚子类型，也可以是实心或液压式。

推杆：在缸内凸轮发动机中使用的细长杆，将运动从发动机缸体中的挺柱向上传递到气缸盖中的摇臂。

摇臂：一个小杠杆，在被抬起时转动以推开气门。

气门：气缸盖中由弹簧加载的部件，开启时吸入油气混合物（进气门）或排出废气（排气门），关闭时紧密密封燃烧室。

气门间隙（间隙）：当气门完全关闭且凸轮桃尖未驱动气门时，气门机构部件之间（通常在气门杆顶端与摇臂或从动件之间）留下的小间隙。

可变气门正时

活塞气缸中进气门和排气门开启和关闭的固定持续时间可实现稳定的运转，但这也有其缺点。当曲轴以较低转速旋转时，气门应更早开启和关闭；而当曲轴旋转更快时，气门仍应更早开启，但随后保持开启更长时间。固定的气门正时持续时间无法适应这种调整。现代发动机通常采用可变气门正时，即使在发动机运转时也可以调整凸轮轴相对于曲轴的相位。

该系统在不同发动机转速下提高了动力和燃油效率，并减少了排放。一些先进设计包括无凸轮或电液气门系统，其中凸轮等机械执行器被以电力驱动的元件所取代。