凸轮轴是什么零件？汽修人必须得知道凸轮轴结构功用

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。图1所示是三菱4G63 DOHC发动机使用的凸轮轴。

凸轮轴的布置方式

凸轮轴按照布置位置可以分为下置凸轮轴、中置凸轮轴以及顶置凸轮轴3种(图2)，这3种凸轮轴的布置方式各有特点。下图示(左～右 下置凸轮轴 中置凸轮轴 顶置凸轮轴)。

(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(图3)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(下图)。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。

② 双顶置凸轮轴(下图)。双顶置凸轮轴是从单顶置凸轮轴的基础上发展而来的。进气门和排气门各通过1根顶置凸轮轴驱动。因为可以将进气门和排气门分开来控制，所以气门的开启时刻可以控制得更加精确。对于每个气缸超过2个气门或V型气缸排列的发动机来说，采用双凸轮轴可以使配气机构变得相对简单，而且可以更好地控制气门的开启和关闭。

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(下图-对准正时标记)。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。

凸轮轴的常见故障整理

凸轮轴的常见故障包括异常磨损、异响以及断裂，异响和断裂发生之前往往先出现异常磨损的症状。

(1) 凸轮轴几乎位于发动机润滑系统的末端，因此润滑状况不容乐观。如果机油泵因为使用时间过长等原因出现供油压力不足，或润滑油道堵塞造成润滑油无法到达凸轮轴，或轴承盖紧固螺栓拧紧力矩过大造成润滑油无法进入凸轮轴间隙，均会造成凸轮轴的异常磨损(下图-凸轮轴严重磨损)。

(2) 凸轮轴的异常磨损会导致凸轮轴与轴承座之间的间隙增大，凸轮轴运动时会发生轴向位移，从而产生异响。异常磨损还会导致驱动凸轮与液压挺杆之间的间隙增大，凸轮与液压挺杆结合时会发生撞击，从而产生异响。

(3) 凸轮轴有时会出现断裂等严重故障，常见原因有液压挺杆碎裂或严重磨损(下图-液压挺杆严重磨损)、严重的润滑不良、凸轮轴质量差以及凸轮轴正时齿轮破裂等。

(4) 有些情况下，凸轮轴的故障是人为原因引起的，特别是维修发动机时对凸轮轴没有进行正确的拆装。例如拆卸凸轮轴轴承盖时用锤子强力敲击或用改锥撬压，或安装轴承盖时将位置装错导致轴承盖与轴承座不匹配，或轴承盖紧固螺栓拧紧力矩过大等。安装轴承盖时应注意轴承盖表面上的方向箭头和位置号等标记(下图-注意轴承盖上的标记)，并严格按照规定力矩使用扭力扳手拧紧轴承盖紧固螺栓。

凸轮轴的改装

为了提升发动机的动力，有些改装店对发动机的凸轮轴进行了改装，其中换装高角度凸轮轴(Hi-CAM)是常见的一种改装方法。这种改装操作并不复杂，但由于一些改装人员对凸轮轴上凸轮的工作角度和工作原理了解不足，使得改装后的效果并不明显甚至导致发动机的性能恶化。

高角度凸轮轴是相对于普通凸轮轴的240°左右的凸轮工作角度而言的，高角度凸轮轴的凸轮工作角度通常可以达到280°以上。大角度的凸轮轴可以延长气门的开启时间，增大气门的升程，使进气门和排气门实现早开和晚关，使更多空气进入气缸，以提高发动机中、高转速的动力输出。对于民用车来说，改装时应该选择凸轮工作角度在278°以下的凸轮轴，因为工作角度大于278°的凸轮轴会大幅度增加气门重叠角，使发动机高转速时的动力提升很多，但发动机在低转速时会因为气缸密封性不好而导致怠速严重抖动甚至熄火，这样的车辆无法适应日常使用，而只能用于竞赛用途。