凸轮轴工作原理

首页

技术支持

凸轮轴工作原理

编辑日期：2025-11-11

凸轮轴工作原理

凸轮轴

凸轮轴对发动机的基本运转至关重要。它由凸轮和轴体两部分组成，是控制气门开启的核心部件。当轴转动时，这些蛋形的凸轮（也叫 “桃形凸轮”）会与曲轴齿轮同步，将气门顶开。

识别凸轮轴

在现代顶置凸轮轴（OHC）发动机中，凸轮轴安装在气缸盖内。
单顶置凸轮轴（SOHC）发动机：每列气缸配有一根凸轮轴，通常装在气门杆之间，由摇臂将凸轮运动传递给气门。
双顶置凸轮轴（DOHC）发动机：每列气缸配有两根凸轮轴，一般直接位于气门杆正上方，一根控制进气门，一根控制排气门，力直接传递到气门。
直列 4 缸（i4）SOHC 发动机有1 根凸轮轴；V6 或 V8 SOHC 发动机有2 根。
直列 4 缸 DOHC 发动机有2 根凸轮轴；V6 或 V8 DOHC 发动机有4 根。
顶置凸轮发动机每缸有 3～5 个气门，常见配置为2 进 2 排。
老式发动机和部分新款推杆式（pushrod）发动机，在气缸体内装有一根凸轮轴。
细长的金属推杆将凸轮运动传给摇臂，再由摇臂驱动气门。
这类发动机每缸通常为 2～3 个气门，一般是1 进 1 排。
标准凸轮轴由铸钢毛坯铣削加工而成；部分高性能或定制凸轮轴则由实心钢块直接铣削。

凸轮轴工作原理

凸轮轴旋转时，凸轮桃形会上下运动。

·DOHC（双顶置凸轮）发动机：每转一圈就有一个凸轮桃形直接下压气门，使其向气缸内开启。

·SOHC（单顶置凸轮）和推杆式发动机：凸轮桃形先推动摇臂（或先推推杆再推摇臂），从而打开气门。

当凸轮桃形继续转过，气门弹簧会将气门拉回原位，实现关闭。

凸轮轴通常通过正时链条或正时皮带与曲轴相连，部分推杆发动机会使用正时齿轮。

凸轮轴齿轮的齿数是曲轴齿轮的两倍，因此凸轮轴转速恰好为曲轴的一半。

凸轮轴对应发动机四个冲程：进气、压缩、做功、排气。

配气相关参数

普通凸轮轴按常规工况设计，可侧重高速巡航效率或低速扭矩。

·气门升程（lift）：

指凸轮桃形相对轴心的高度，决定气门开启的深度。

固定式凸轮轴不可调，但气门开启更大能让发动机 “呼吸” 更好。

·配气相位 / 开启持续角（duration）：

进气门：上止点前 10° 开启，下止点后 5° 关闭

排气门：下止点前 15° 开启，上止点后 5° 关闭

这种设定通用性强，但很难在某一种驾驶场景下做到极致。

专用凸轮轴功能

正时非常关键。气门必须根据气缸位置，按特定时刻开启和关闭。

例如：

当 1 号气缸在排气行程到达上止点（TDC）时，凸轮轴会打开进气门、关闭排气门；

与此同时，3 号气缸可能在压缩行程到达上止点，因此凸轮轴会让该缸气门保持关闭。

可变气门机构

配备可变气门正时（VVT）的凸轮轴，通过液压执行器，根据曲轴转角提前或推迟气门正时，从而兼顾高速效率与低速动力。

采用专用可变气门升程（VVL）凸轮轴，配合电脑控制的电磁阀或液压执行器，发动机控制模块（ECM）可根据驾驶员需求，在两种气门升程模式间切换。

驱动高压油泵

在缸内直喷车型、部分柴油机以及大多数汽油直喷发动机上，高压燃油泵（HPFP）由其中一根凸轮轴上的凸轮桃形直接驱动。

凸轮轴常见故障

凸轮轴是实心钢制部件，不易磨损或断裂。在大多数发动机上，其他零件会比凸轮轴先损坏。尽管如此，凸轮轴仍可能出现几种典型故障。

·凸轮桃形磨损（也叫 “磨平”“刮蚀”）

凸轮凸起部分被磨薄，无法按设计深度开启气门，导致发动机动力差、气缸失火。

若该凸轮同时驱动高压燃油泵（HPFP），会造成燃油压力不足，进而排放超标、随机失火。

·挺柱磨损

这不完全是凸轮轴本身的问题，但与凸轮轴有着间接关系。

磨损的挺柱会导致气门升程不足甚至无法顶开，典型现象是气门室盖内出现咔嗒 / 敲击异响。

·凸轮轴断裂

属于灾难性故障，可能源于制造缺陷或凸轮轴抱死。

在推杆式发动机中，断轴会严重损坏连杆、缸体、活塞或曲轴。

在干涉式发动机中，断轴会导致气门与活塞相撞，损坏缸盖、气门或活塞。

以上三类故障基本都源于发动机保养不当。

避免凸轮轴问题的方法：

·定期更换优质机油

·严格遵守厂家规定的换油周期、机油型号和粘度等级

·避免发动机过热