2.顶置凸轮轴技术

2.多气门和顶置凸轮轴技术

顶置凸轮轴是将配气机构的凸轮轴布置在发动机的顶部而得名，其目的是简化配气机构的结构、减少零件。因为这样可以用凸轮轴直接驱动气门，从而省去顶杆、气门摇臂和气门摇臂轴。不但可以降低成本、减少故障率，还减轻了配气机构的运动惯量，使发动机更适合高转速运转。

顶置凸轮轴一般由曲轴前端通过链条或同步齿形皮带来驱动。 顶置凸轮轴分顶置单凸轮轴（SOHC，即Single Overhead Camshaft）和顶置双凸轮轴（DOHC，即Double Overhead Camshaft），顶置单凸轮轴（SOHC）是依靠一根凸轮轴驱动所有的气门工作；而顶置双凸轮轴（DOHC）则是在缸盖上安装两根凸轮轴，一根驱动全部进气门，另一根驱动所有的排气门。顶置单凸轮轴常常应用于每缸2气门的发动机，而顶置双凸轮轴常常应用于每缸4气门的发动机

气门的作用：气门（Value）是专门负责向发动机汽缸内输入可燃混合气并排出废气用的，传统发动机每个汽缸只有一个进气门和一个排气门，这种设计结构相对简单，成本较低，维修方便，低速性能较好，缺点是功率很难提高，尤其是高转速时充气效率低、性能较差，扭矩和功率下降较快。为了提高进排气效率，现代汽车发动机从上世纪90年始采用多气门技术，常见的是每个汽缸布置有4个气门（也有每缸3或5个气门的设计，如东风起亚悦达千里马每缸3个

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气门，两进气一排气；一汽大众捷达王每缸5个气门，三进两排），如果每缸4气门，4汽缸一共就是16个气门，我们在汽车资料上经常看到的“16V”就表示发动机共16个气门。这种顶置多气门结构容易形成紧凑型燃烧室，可以使混合气燃烧得更迅速、更均匀，各气门的尺寸重量和开度也可适当地减小，使气门开启或闭合的速度更快。

凸轮轴是发动机配气机构的重要零件，专门负责驱动气门准时开启和关闭，作用是保证发动机在工作中，定时吸入新鲜的可燃混合气，及时将燃烧后的废气排出汽缸。 侧置式凸轮轴一般通过挺杆、推杆、气门摇臂等零件来驱动气门，由于现代汽车发动机转速较高，为保证进排气和传动效率、简化传动机构、减轻重量和成本、降低高转速的振动和噪音，多采用顶置式气门（目的是形成紧凑的燃烧室以提高热效率）和顶置式凸轮轴（可省去推杆、气门摇臂及摇臂轴）。

轿车发动机按照顶置凸轮轴的数目，分为顶置单凸轮轴和顶置双凸轮轴。若用一根凸轮轴驱动，即顶置单凸轮轴（SOHC），因气门在进气道中所处位置不同，所以无法省去全部摇臂，同时不能保持动作的精确性，效果要稍差一些，使用两根凸轮轴驱动的双凸则无此缺点，可以获得更好的性能，但需多配备一根凸轮轴，这就是顶置式双凸轮轴（DOHC），近年来推出的新型发动机多采用这种形式。一般来说，SOHC的运动性比较高，F1赛车应用较多，但是由于制造工艺复杂，成本较高；DOHC的相对配置较简易、使用耐久性较好，既可以适应一般客户的动力性要求，也可以适应其对经济性的要求。

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目前市面常见的国产轿车中采用SOHC发动机的轿车有：奥拓、羚羊、欧蓝德、派力奥、中华等；采用DOHC发动机的轿车有：吉利美日、捷达、宝来、新富康、POLO、君威、奥迪A6等。

单凸轮轴机构的机械结构简单，故障比较少，低转速扭力较大。单凸轮轴的进排气门开启时间是固定的。结构简单，维修容易，低速和较省油都是单凸的优势，尤其是每缸2气门的汽车，无一例外的采用单凸轮轴机构。

双凸轮轴因为可以改变汽门重迭角（即VVT技术），所以高速时可以发挥出更大的马力，但是低转速的扭力略显不足 而且也因为机械结构的复杂会造成维修上的困难（图10 双顶置凸轮轴发动机的配气机构）。

以上可以看出SOHC在低速时扭力和油耗上有优势（指每缸2气门发动机），所以比较适合市区行车，DOHC（指每缸4气门发动机）在最大马力上有优势所以比较适合高速行驶。

在16气门的发动机中，DOHC的每一个凸轮轴只要驱动8个气门，而SOHC的凸轮轴却要驱动16个气门，因此，DOHC省功的能力就更被凸现，同样的多气门发动机DOHC比SOHC马力就更大了。例如三菱的4G92发动机，SOHC的功率是100PS，而DOHC的则有125PS。

DOHC的缺点是：DOHC的噪音要比SOHC大，维修也比SOHC复杂，发动机的体积也比SOHC大。

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每缸的气门是不是越多越好呢？不是！因为发动机从8气门进化到16气门，由于进气和排气的呼吸面积提升了15%以上，所以动力性会有飞跃的进步。但是从16气门进化到20气门虽然每缸又增加了一个进气门，但必须使得每缸三个进气门的呼吸面积不得大于另两个排气门呼吸面积的总和（如果进气总面积超过排气总面积会造成排气不顺产生燃烧不完全现象），在这种下总进气面积只能增加5%，对马力的增加是相当有限的，但却使机械结构更加复杂，驱动凸轮轴的同步齿形皮带的寿命也越短（每缸2气门的寿命10万公里，4气门的8万公里，5气门的7万公里）事实上每缸多一个进气门虽有可能增加引擎的呼吸量，但进排气门的动作就要更加精密，而且每缸多一个进气门对凸轮轴而言也多了一点传动的损耗。这也是为什么有些人觉得宝来提速有点肉的感觉。也是20气门（每缸5气门）的发动机一般普遍反映质量不稳定的原因；总的来说，双顶置凸轮轴16气门（指4缸机）已成为主流机型，主要原因是单顶置凸轮轴无法实现VVT，缸盖上要安装16个气门摇臂（单顶置凸轮轴必须使用气门摇臂来驱动气门），布置很困难（火花塞几乎无处安装）的缘故。

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