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新聞資訊

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凸輪軸的前世今生

分類:
行業資訊
作者:
來源:
2015/05/18 08:55
【摘要】:
凸輪軸英文全稱為Overheadcamshaft,簡稱OHC。一般發動機的凸輪軸安裝位置有下置、中置、頂置三種形式。頂置凸輪軸是將凸輪軸被放置在汽缸蓋內,燃燒室之上,直接驅動搖臂、氣門,不必通過較長的推桿。與氣門數相同的推桿式發動機(即頂置氣門結構)相比,頂置凸輪軸結構中需要往復運動的部件要少得多,因此大大簡化了配氣結構,顯著減輕了發動機重量,同時也提高了傳動效率、降低了工作噪音。盡管頂置凸輪軸使
  凸輪軸英文全稱為Overhead camshaft,簡稱OHC。一般發動機的凸輪軸安裝位置有下置、中置、頂置三種形式。頂置凸輪軸是將凸輪軸被放置在汽缸蓋內,燃燒室之上,直接驅動搖臂、氣門,不必通過較長的推桿。與氣門數相同的推桿式發動機(即頂置氣門結構)相比,頂置凸輪軸結構中需要往復運動的部件要少得多,因此大大簡化了配氣結構,顯著減輕了發動機重量,同時也提高了傳動效率、降低了工作噪音。盡管頂置凸輪軸使發動機的結構更加復雜,但是它帶來的更出色的引擎綜合表現(特別是平順性的顯著提高)以及更緊湊的發動機結構,使發動機制造商很快在產品中廣泛應用這一設計。頂置凸輪軸與頂置氣門結構的驅動方式并不一定不同。動力可以通過正時皮帶、鏈條甚至齒輪組傳遞到頂置的凸輪軸上。
  此外,頂置凸輪軸結構也使采用這一設計的發動機達到比采用頂置氣門結構或整體式凸輪軸結構的發動機更高的轉速。如今,許多頂置凸輪軸發動機都采用了多氣門結構或可變氣門正時結構以提升發動機的工作效率和動力表現。
  按照配氣結構內包含的凸輪軸數目,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
  單頂置凸輪軸是一種在汽缸蓋內只設置一條凸輪軸的設計。采用這一設計的直列汽缸發動機只需一條安放在汽缸蓋上方的凸輪軸,而V形汽缸發動機則需要兩條凸輪軸,分別安放在一側汽缸組之上。
  單頂置凸輪設計中,需要往復運動的部件及其總質量較同等條件下的推桿式發動機顯著減少。因此單頂置凸輪軸能提高發動機轉速,從而在輸出扭矩相同的情況下提高發動機的功率輸出。在這一設計中,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發動機樣,需要通過挺桿、較長的推桿以及搖臂將發動機組內凸輪軸上凸輪的運動傳遞到汽缸蓋內的氣門上。
  相比推桿式結構,單頂置凸輪軸設計能使發動機結構(主要是配氣結構)更加緊湊。這一優勢在同時采用多氣門設計(即一個汽缸有兩個以上的氣門)時特別顯著。不過有時為進行調節的單頂置凸輪軸發動機的典型。希爾曼頑童是一款1960年代初設計制造的小型雙門轎車。其后置合金發動機是由考文垂頂點(CoventryClimax)系列賽車發動機改進而來的。在這臺發動機中,進氣與排氣氣門被安放在發動機體的同一側,因而無需采用交叉氣流汽缸蓋(crossflow cylinder head)的設計,同時有利于火花塞的工作。
  不過單頂置凸輪軸也有其缺點。由于進氣門和排氣門在進氣道中位置不同,氣門開閉時間的精確性會受到一定影響。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發動機中使用過直接驅動、平行氣門的結構以使體積進一步緊湊。豐田采用的是液壓挺桿,而大眾汽車采用的是桶狀挺桿,同時還配備了氣門間隙調節墊片以精確控制氣門開閉時間。在單頂置凸輪軸發動機的所有氣門排列形式中,這種設計可能是最為緊湊和簡單的。
  雙頂置凸輪軸
  雙頂置凸輪軸是一種在汽缸蓋內配備兩條凸輪軸的氣門排列形式。兩條凸輪軸分別控制進氣門和排氣門。根據引擎的構造不同(主要是汽缸排列形式的不同),一臺一般的雙頂置凸輪軸汽車發動機可最多擁有兩條到四條不等的凸輪軸。
雙頂置凸輪軸結構的發動機并不一定有兩個以上的進氣門和排氣門,但是如果多氣門發動機的氣門需要被直接驅動(雖然一般都通過挺桿驅動),那么雙頂置凸輪軸是必不可少的。并非所有的雙頂置凸輪軸都是多氣門的--在多氣門技術普及之前,兩氣門發動機上也經常配備兩條凸輪軸。不過在當今,雙頂置凸輪軸已經與多氣門技術劃上了等號,因為在幾乎所有的雙頂置凸輪軸發動機中,每個汽缸都有三個到五個氣門。
  歷史介紹
  最早一批采用雙頂置凸輪軸設計的發動機分別是由菲亞特(Fiat,于1912年)、標致(于1913年)、阿爾法·羅密歐(于 1914年)設計制造的。其中后兩者還采用了每缸四氣門的設計。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。此外,早期采用每缸兩氣門技術的法拉利(Ferrari)大多使用了雙頂置凸輪軸。
  當雙頂置凸輪軸技術被最初引入主流汽車市場時,汽車制造商對這一技術進行了大量的推廣。在1960年代中期,正當這一技術還僅限于少數限量生產的汽車和運動車上時,菲亞特集團果斷地在其包括轎跑車、轎車、敞蓬車和旅行車在內的產品線上全面使用了皮帶驅動的雙頂置凸輪軸技術,從而成為了第一家全面應用這一技術的公司。
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