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发动机凸轮轴的性能要求

时间:2019-01-11 15:43  点击:  次
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在发动机的各个零件及机构中,配气机构是非常重要的,配气机构必须根据发动机气缸内所发生的工作过程,保证正确地打开和关闭气门。而凸轮轴是配气机构中最重要、最关键的零件,它决定着气门的升程曲线和气门开关时刻,从而直接影响发动机的进排气量,影响发动机的动力性、经济性和排放。
发动机行业现在都采用气门顶置式配气机构,其主要原因是由于顶置式配气机构的发动机能选用较高的压缩比。其气门可以设计的比较大,混合气进入和废气排出的必经路程又比较短,因而顶置气门式发动机的容积效率比较高。另外,顶置气门式发动机燃烧室的S/V比值较小(S/V比值是燃烧室的表面积S和燃烧室的容积V之比),这样,不仅废气中未燃碳氢化合物的含量较少,而且发动机的热效率也较高,这在排放标准日益提高的今天是非常重要的。
在顶置气门式配气机构中,除通常采用挺杆、推杆和摇臂控制气门的形式外,还有采用顶置凸轮轴(SOHC)的。在顶置凸轮轴的发动机中,凸轮轴置于气缸盖上,凸轮直接作用于摇臂或者挺杆来控制气门。除单顶置凸轮轴外,还有双顶置凸轮轴(DOHC)的,其中一根凸轮轴操纵进气门,另一根控制排气门。
这种单顶置凸轮轴发动机,由于没有推杆和挺杆,因而减小了配气机构的惯性力,减少了气门产成颤动的倾向,同时也减少了系统的变形量。而且这种单顶置凸轮轴发动机还有一个优点,由于运动质量小,凸轮轮廓可以设计的比较陡一些,可以使气门能够更快的打开和关闭,保持更多的时间停留在全开的位置上,改善发动机的换气,提高容积的效率,这样可提高发动机的性能,特别是高速下的性能。
由于发动机的发展趋势为多气缸多气门设计,而每一个气门的进气与排气都必须由凸轮轴上的凸轮外形控制。所以凸轮轴的发展趋势是一个凸轮轴上排列着越来越多的凸轮,如果是三缸以下的发动机,不论是两气门还是四气门,排气凸轮与进气凸轮还可以排在一根凸轮轴上。如果是四缸以上,则必须配备两根凸轮轴,其中一根凸轮轴控制进气门,另一根控制排气门。
凸轮轴是内燃机配气系统中关键的零件之一,整个配气机构是由凸轮轴驱动的,凸轮的设计对整个配气系统的性能起着决定性的作用。凸轮轴刚性差、易变形;精度高,加工难度大;因此,对于凸轮轴的设计、加工、选材、加工工艺等都提出了许多要求。

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