[科普中國]-頂置凸輪軸

頂置凸輪軸（英文：Overhead camshaft，簡(jiǎn)稱OHC）是一種現(xiàn)今流行的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門機(jī)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，凸輪軸被放置在汽缸蓋內(nèi)，燃燒室之上，直接驅(qū)動(dòng)搖臂、氣門，不必通過較長的推桿。與氣門數(shù)相同的推桿式發(fā)動(dòng)機(jī)（即頂置氣門結(jié)構(gòu)）相比，頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)中需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件要少得多，因此大大簡(jiǎn)化了配氣結(jié)構(gòu)，顯著減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)重量，同時(shí)也提高了傳動(dòng)效率、降低了工作噪音。盡管頂置凸輪軸使發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但是它帶來的更出色的引擎綜合表現(xiàn)（特別是平順性的顯著提高）以及更緊湊的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)制造商很快在產(chǎn)品中將廣泛應(yīng)用這一設(shè)計(jì)。頂置凸輪軸與頂置氣門結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式并不一定不同。動(dòng)力可以通過正時(shí)皮帶、鏈條甚至齒輪組傳遞到頂置的凸輪軸上。

簡(jiǎn)介頂置凸輪軸（英文：Overhead camshaft，簡(jiǎn)稱OHC）是一種現(xiàn)今流行的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門機(jī)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，凸輪軸被放置在汽缸蓋內(nèi)，燃燒室之上，直接驅(qū)動(dòng)搖臂、氣門，不必通過較長的推桿。與氣門數(shù)相同的推桿式發(fā)動(dòng)機(jī)（即頂置氣門結(jié)構(gòu)）相比，頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)中需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件要少得多，因此大大簡(jiǎn)化了配氣結(jié)構(gòu)，顯著減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)重量，同時(shí)也提高了傳動(dòng)效率、降低了工作噪音。盡管頂置凸輪軸使發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，但是它帶來的更出色的引擎綜合表現(xiàn)（特別是平順性的顯著提高）以及更緊湊的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)制造商很快在產(chǎn)品中將廣泛應(yīng)用這一設(shè)計(jì)。頂置凸輪軸與頂置氣門結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式并不一定不同。動(dòng)力可以通過正時(shí)皮帶、鏈條甚至齒輪組傳遞到頂置的凸輪軸上。1

此外，頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)也使采用這一設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到比采用頂置氣門結(jié)構(gòu)或整體式凸輪軸結(jié)構(gòu)的發(fā)動(dòng)機(jī)更高的轉(zhuǎn)速。

如今，許多頂置凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了多氣門結(jié)構(gòu)或可變氣門正時(shí)結(jié)構(gòu)以提升發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率和動(dòng)力表現(xiàn)。

通常按照配氣結(jié)構(gòu)內(nèi)包含的凸輪軸數(shù)目，頂置凸輪軸可分為以下兩種形式：

單頂置凸輪軸（Single overhead camshaft, SOHC）

雙頂置凸輪軸（Double overhead camshafts, DOHC）

單頂置凸輪軸（SOHC）單頂置凸輪軸是一種在汽缸蓋內(nèi)只設(shè)置一支凸輪軸的設(shè)計(jì)。采用這一設(shè)計(jì)的直列汽缸引擎只需在汽缸蓋上方安裝一支凸輪軸，而V形汽缸引擎則需要兩支凸輪軸，分別安裝在一側(cè)汽缸組之上。2

單頂置凸輪軸設(shè)計(jì)中，需要往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件及其總質(zhì)量較同等條件下的推桿式引擎顯著減少。因此單頂置凸輪軸能提高引擎轉(zhuǎn)速，從而在輸出扭矩相同的情況下提高引擎的功率輸出。在這一設(shè)計(jì)中，凸輪軸能夠直接或通過搖臂控制氣門開閉，而不需像頂置氣門的推桿式引擎一樣，需要通過挺桿、較長的推桿以及搖臂將引擎組內(nèi)凸輪軸上凸輪的運(yùn)動(dòng)傳遞到汽缸蓋內(nèi)的氣門上。

相比于推桿式結(jié)構(gòu)，單頂置凸輪軸設(shè)計(jì)能使引擎結(jié)構(gòu)（主要是配氣結(jié)構(gòu)）更加緊湊。這一優(yōu)勢(shì)在同時(shí)采用多氣門設(shè)計(jì)（即一個(gè)汽缸有兩個(gè)以上的氣門）時(shí)特別顯著。不過有時(shí)為了適應(yīng)引擎設(shè)計(jì)的特定要求，在使用單頂置凸輪軸設(shè)計(jì)的同時(shí)也需要采用一些附加部件。希爾曼頑童（Hillman Imp）的4缸8氣門引擎便是采用氣門間隙調(diào)節(jié)墊片及活塞閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的單頂置凸輪軸引擎的典型。希爾曼頑童是一款1960年代初設(shè)計(jì)制造的小型雙門轎車。其后置合金發(fā)動(dòng)機(jī)是由考文垂頂點(diǎn)（Coventry Climax）系列賽車引擎改進(jìn)而來的。在這臺(tái)引擎中，進(jìn)氣與排氣氣門被安放在引擎體的同一側(cè)，因而無需采用交叉氣流汽缸蓋（crossflow cylinder head）的設(shè)計(jì)，同時(shí)有利于火星塞的工作。

不過單頂置凸輪軸也有其缺點(diǎn)。由于進(jìn)氣門和排氣門在進(jìn)氣道中位置不同，氣門開閉時(shí)間的精確性會(huì)受到一定影響。

在1980年代早期，豐田（Toyota）和大眾汽車（Volkswagen）也曾在單頂置凸輪軸的每缸兩氣門引擎中使用過直接驅(qū)動(dòng)、平行氣門的結(jié)構(gòu)以使體積進(jìn)一步緊湊。豐田采用的是液壓挺桿，而大眾汽車采用的是桶狀挺桿，同時(shí)還配備了氣門間隙調(diào)節(jié)墊片以精確控制氣門開閉時(shí)間。在單頂置凸輪軸引擎的所有氣門排列形式中，這種設(shè)計(jì)可能是最為緊湊和簡(jiǎn)單的。

雙頂置凸輪軸（DOHC）雙頂置凸輪軸（dual overhead camshaft, DOHC，又稱double overhead cam, dual overhead cam），或簡(jiǎn)稱“雙凸輪軸”（twin cam）是一種在汽缸蓋內(nèi)配備兩支凸輪軸的氣門排列形式，兩支凸輪軸分別控制進(jìn)氣門和排氣門。根據(jù)引擎構(gòu)造的不同（主要是汽缸排列形式的不同），一臺(tái)一般的雙頂置凸輪軸汽車引擎，最多可擁有兩支到四支不等的凸輪軸。

雙頂置凸輪軸結(jié)構(gòu)的引擎并不一定有兩個(gè)以上的進(jìn)氣門和排氣門，但是如果多氣門引擎的氣門需要被直接驅(qū)動(dòng)（雖然一般都通過挺桿驅(qū)動(dòng)），那么雙頂置凸輪軸是不可缺少的。然而，并非所有的雙頂置凸輪軸都是多氣門的設(shè)計(jì)，在多氣門技術(shù)普及之前，兩氣門引擎上也經(jīng)常配備兩支凸輪軸。不過在當(dāng)今，幾乎所有的雙頂置凸輪軸引擎中，每個(gè)汽缸都有三個(gè)到五個(gè)氣門，因此雙頂置凸輪軸已經(jīng)與多氣門技術(shù)劃上了等號(hào)。

歷史最早一批采用雙頂置凸輪軸設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)分別是由飛雅特（Fiat，于1912年）、標(biāo)致（Peugeot）大獎(jiǎng)賽（于1913年）、阿爾法·羅密歐（Alfa Romeo）大獎(jiǎng)賽（于1914年）設(shè)計(jì)制造的。其中后兩者還采用了每缸四氣門的設(shè)計(jì)。在后來的阿爾法·羅密歐6C（1925年）、瑪莎拉蒂蒂波26（Maserati Tipo 26，1926年）、布加迪51型（Bugatti Type 51，1931年）以及早期的奧迪（Audi）等車上也采用了這一技術(shù)。此外，早期采用每缸兩氣門技術(shù)的法拉利（Ferrari）大多使用了雙頂置凸輪軸。

當(dāng)雙頂置凸輪軸技術(shù)被最初引入主流汽車市場(chǎng)時(shí)，汽車制造商對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行了大量的推廣。在1960年代中期，正當(dāng)這一技術(shù)還僅限于少數(shù)限量生產(chǎn)的汽車和運(yùn)動(dòng)車上時(shí)，飛雅特集團(tuán)果斷地在其包括轎跑車、轎車、敞蓬車和旅行車在內(nèi)的產(chǎn)品線上全面使用了皮帶驅(qū)動(dòng)的雙頂置凸輪軸技術(shù)，從而成為了第一家全面應(yīng)用這一技術(shù)的公司。

參見氣門排列形式（Valvetrain）

推桿式發(fā)動(dòng)機(jī)/頂置氣門（Pushrod/Overhead Valve）

整體式凸輪軸（Cam-in-block）

無凸輪軸（Camless）

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊明 - 副教授 - 西南大學(xué)