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凸轮轴的发动机结构有那些呢?

发布日期:2017.12.22
凸轮轴是发动机配气机构的重要组成部分。为了保证发动机工作时能够定时吸入新鲜空气,并及时将燃烧后的废气排出,凸轮轴负责驱动气门按时开启和关闭,有些凸轮轴还具有驱动分电器转动的功能。轿车发动机的转速很高,为了保证进排气效率,气门采用顶置设计,凸轮轴通过液压挺杆等机构驱动气门动作。
凸轮轴的结构
虽然在四冲程发动机里,凸轮轴的转速是曲轴转速的一半,但是它的转速依然很高,而且需要承受很大的转矩,因此对凸轮轴的强度和可靠支撑方面的要求很高。凸轮轴的主体是1根与气缸组长度相同的圆柱体,上面加工有若干个凸轮,凸轮轴的材质一般是特种铸铁,有时也采用锻刚和合金制造。大多数凸轮轴的内部被制造成中空结构,这不仅可以降低凸轮轴的质量,同时也提高了凸轮轴承受载荷的能力。凸轮轴上还加工有润滑油道,润滑油由此经过,为凸轮轴、摇臂轴以及摇臂等部件提供润滑。
(1)下置凸轮轴和中置凸轮轴。下置凸轮轴和中置凸轮轴的布置方式相似。采用这2种布置方式的发动机低转速时的性能比较好,结构也比较简单,易于维修,所以在以前很长的时间里一直被广泛采用。目前已经很少有轿车发动机使用下置凸轮轴和中置凸轮轴,因为在这2种布置方式中,凸轮轴与气门之间的距离比较远,需要较长的挺杆配合摇臂等辅助部件来驱动气门,这就造成了发动机工作时的平顺性不佳,而且配气机构工作时还容易产生噪声在发动机高转速工作时,较长的挺杆随着凸轮轴运动时的性能比较差,挺杆在较大载荷的作用下就容易出现弯曲变形,严重时会导致气门无法开启等严重故障。
(2)顶置凸轮轴(OHC)。大多数轿车发动机采用顶置凸轮轴设计。这是因为将凸轮轴设置在发动机的上方可以缩短凸轮轴与气门之间的距离,省去了较长的气门挺杆,简化了配气机构,发动机的结构可以设计得更加紧凑。顶置凸轮轴通过摇臂或液压挺杆驱动气门,因此提高了传动效率并降低了工作噪声。顶置凸轮轴也有一些缺点,这是因为虽然顶置凸轮轴与气门之间的距离缩短了,但是凸轮轴与曲轴之间的距离却增加了,因此凸轮轴与曲轴之间的传动金属链条或正时齿形胶带的长度会增加,导致传动机构的设计比下置凸轮轴的传动机构复杂。
按照配气机构包括的凸轮轴数量,顶置凸轮轴可以分为单顶置凸轮轴(SOHC)和双顶置凸轮轴(DOHC)。
①单顶置凸轮轴。进气门和排气门通过1根顶置凸轮轴驱动。因为进气门和排气门在进气道中所处位置不同,所以气门开启时刻的精确性会受到影响。

凸轮轴顶置使得凸轮轴和气门之间的距离变小了,所以传动用的摇臂可以制造得短而轻,甚至可以不用摇臂而直接利用凸轮轴驱动气门。此外,进气凸轮轴和排气凸轮轴分开后,加大了气门布置的自由度,火花塞可以很容易地布置在2个凸轮轴之间,即可以布置在燃烧室的中心位置上,这些特点使得双顶置凸轮轴更适用于高转速发动机。
凸轮轴的驱动
凸轮轴与曲轴之间的常见传动方式包括齿轮传动、链条传动以及齿形胶带传动。下置凸轮轴和中置凸轮轴与曲轴之间的传动大多采用圆柱形正时齿轮传动,一般从曲轴到凸轮轴只需要1对齿轮传动,如果传动齿轮直径过大,可以再增加1个中间惰轮。为了啮合平稳并降低工作噪声,正时齿轮大多采用斜齿轮。
链条传动常见于顶置凸轮轴与曲轴之间,但其工作可靠性和耐久性不如齿轮传动。近年来在高转速发动机上广泛使用齿形胶带代替传动链条,但在一些大功率发动机上仍然使用链条传动。齿形胶带具有工作噪声小、工作可靠以及成本低等特点。对于双顶置凸轮轴,一般是排气凸轮轴通过正时齿形胶带或链条由曲轴驱动,进气凸轮轴通过金属链条由排气凸轮轴驱动,或进气凸轮轴和排气凸轮轴均由曲轴通过齿形胶带或链条驱动。
安装凸轮轴时,一定要注意凸轮轴带轮或链轮上的正时标记。有些发动机没有明显的正时标记,维修人员可以在拆卸凸轮轴之前标记出曲轴和凸轮轴的准确位置,有些发动机则是需要专用工具才能进行正时的调校。



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