凸轮轴

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编辑日期：2026-01-04

凸轮轴

常见核心问题

内燃机中凸轮轴的作用是什么？

凸轮轴驱动活塞气缸的进气门和排气门，保证配气正时与活塞运动同步，使发动机平稳运转。

四冲程发动机中凸轮轴与曲轴如何配合工作？

凸轮轴通过齿轮、链条或皮带与曲轴相连，转速为曲轴的 1/2，并使气门正时与活塞运动相互协调。

四冲程循环的四个冲程分别是什么？

四冲程循环包括：进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。

不同类型的凸轮轴分别叫什么？常见凸轮轴类型有：

机械平底挺柱式凸轮轴

液压平底挺柱式凸轮轴

在内燃机中，凸轮轴是一根带有不规则形状凸盘（即凸轮）的旋转轴，用于驱动活塞气缸的进气门和排气门。

凸轮与凸轮轴通常制成一体，各凸轮按特定角度布置，使其在旋转时按规定顺序开启和关闭气门。

每列气缸配备一根独立的凸轮轴，由曲轴通过齿轮或链条驱动。部分发动机设计为每列气缸配备两根凸轮轴。

功能

凸轮轴通过齿轮、链条或皮带与曲轴机械连接，从而使气门正时（由凸轮轴控制）与活塞运动（驱动曲轴）保持同步。在四冲程发动机中，凸轮轴的转速通常为曲轴的一半。

随着活塞上下往复运动，凸轮轴控制进、排气门的开启与关闭。这种精准的配合是发动机在标准四冲程循环中平稳运转的关键。

四冲程循环

进气冲程：活塞下行时，气缸进气门开启，可燃混合气进入气缸。

压缩冲程：活塞上行，进气门关闭，压缩可燃混合气。

做功冲程：气缸顶部的火花塞点燃混合气，爆发产生的推力推动活塞下行，发动机动力由此产生。

排气冲程：凸轮轴打开排气门，活塞上行时将废气排出气缸。

由于凸轮轴转速为曲轴的一半，因此曲轴每旋转两周，完成一个四冲程工作循环。

凸轮轴类型

根据凸轮桃形与气门连接部件的结构设计，凸轮轴可分为四类：

术语表

•	凸轮桃形（Cam lobe）凸轮轴上凸起、近似卵形的部分。旋转时，其形状将旋转运动转化为上下往复运动，以控制气门的开启与关闭。

•	挺柱（Tappet / Lifter / Follower）压在凸轮桃形上的小型部件，将凸轮运动传递给配气机构的其余部分。可分为平底式或滚轮式，也可分为机械挺柱或液压挺柱。

•	推杆（Pushrod）用于底置凸轮轴发动机的细长杆件，将运动从气缸体处的挺柱向上传递至气缸盖处的摇臂。

•	摇臂（Rocker arm）一种小型杠杆，在被顶起时转动并推开气门。

•	气门（Valve）气缸盖内带弹簧复位的部件：进气门开启以引入可燃混合气，排气门开启以排出废气；气门关闭时可严密密封燃烧室。

•	气门间隙（Valve lash / Clearance）气门完全关闭、凸轮桃形未顶动气门时，在配气机构部件之间（通常在气门杆顶端与摇臂或挺柱之间）预留的微小间隙。

• 机械平底挺柱凸轮轴：

传统结构，凸轮直接推动平底挺柱。高速性能良好，但噪音较大，需定期调整以保证正确气门间隙。

• 液压平底挺柱凸轮轴：

结构与机械平底式相近，但其内部设有充油部件，可自动维持气门间隙。运行更安静、平顺，维护更简便。

• 机械滚轮挺柱凸轮轴：

挺柱并非平面，而是带有小滚轮与凸轮接触，可降低摩擦。

配合更舒展的凸轮型线能提升动力输出，与机械平底式一样需要定期调整。

• 液压滚轮挺柱凸轮轴：

结合了滚轮低摩擦、高动力潜力的特点，同时配备自调液压系统，无需人工检查气门间隙。

该结构静音、耐用、维护量低。

凸轮轴还可根据其相对于气门的位置及动力传递方式分类：

底置凸轮轴（顶置气门式，OHV）：

凸轮轴布置在发动机缸体内部，通过推杆将凸轮运动传递给摇臂，再由摇臂驱动气门。

顶置凸轮轴（OHC）：

凸轮轴直接布置在气缸盖内、气门上方，省去推杆，可支持更高发动机转速。

	单顶置凸轮轴（SOHC）：所有气缸共用一根凸轮轴，同时控制进气门与排气门。
	双顶置凸轮轴（DOHC）：每列气缸配备两根凸轮轴，一根控制全部进气门，另一根控制全部排气门，配气正时设计更灵活。

可变气门正时

活塞气缸中进、排气门开启和关闭的固定持续时长能保证发动机稳定运行，但也存在缺点。

曲轴转速较低时，气门应更早开闭；而曲轴转速较高时，气门同样需要提前开启，但开启持续时间要更长。固定的气门正时无法满足这种调节需求。

现代发动机普遍采用可变气门正时（VVT），可在发动机运转过程中，实时调整凸轮轴相对于曲轴的相位。

该系统能在不同转速下提升动力输出与燃油经济性，并降低排放。

部分先进设计采用无凸轮轴或电液气门控制系统，用电动执行元件取代凸轮等机械式驱动机构。