【文章內(nèi)容簡介】 化傳動機(jī)構(gòu)、降低高轉(zhuǎn)速的振動和噪音，多采用頂置式氣門和頂置式凸輪軸，這樣，發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但任何事物都有兩面性，頂置式凸輪軸的缺點(diǎn)是由于部件的布置設(shè)計比較復(fù)雜，維修起來也比較麻煩。但衡量利弊，它還是比較適合于汽車。 第二節(jié) 凸輪軸分類汽車發(fā)動機(jī)按照頂置凸輪軸的數(shù)目，分為頂置單凸輪軸和頂置雙凸輪軸。當(dāng)每缸采用兩個以上氣門時，氣門排列形式一般有兩種：一是進(jìn)氣門和排氣門混合排列在一根凸輪軸上，即頂置單凸輪軸（SOHC），另一種是進(jìn)氣門與排氣門分列在兩根凸輪軸上。前者的所有氣門由一根凸輪軸通過頂桿驅(qū)動，但因氣門在進(jìn)氣道中所處位置不同，所以不能保持動作的精確性，效果要稍差一些，而后者則無此缺點(diǎn)，可以獲得更好的性能，但需多配備一根凸輪軸，這就是頂置式雙凸輪軸（DOHC），近年來推出的新型發(fā)動機(jī)多采用這種形式。一般來說，DOHC的運(yùn)動性比較高，F(xiàn)1賽車應(yīng)用較多，但是由于制造工藝復(fù)雜，成本較高；SOHC的相對配置較簡易、使用耐久性較好，既可以適應(yīng)一般客戶的動力性要求，也可以適應(yīng)其對經(jīng)濟(jì)性的要求。15第二章 發(fā)動機(jī)凸輪軸的配置第一節(jié) 凸輪軸成為發(fā)動機(jī)的重要標(biāo)志汽車發(fā)動機(jī)是由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)，冷卻系，燃油系，潤滑系，電氣系和機(jī)體等組成，大大小小零件有近千個，它們之中最具有代表性的就是凸輪軸了。在現(xiàn)代轎車的技術(shù)規(guī)格表上，經(jīng)?？梢钥匆姟巴馆嗇S”這個名詞出現(xiàn)在發(fā)動機(jī)性能欄里面。 凸輪軸是屬于發(fā)動機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)是保證發(fā)動機(jī)在工作中定時將新鮮的可燃混合氣充入氣缸，并及時將燃燒后的廢氣排出氣缸的機(jī)構(gòu)。它由進(jìn)氣門，排氣門，氣門挺桿，挺柱，搖臂，凸輪軸等組成，其中凸輪軸因其橫截面形狀近似桃子，又稱桃子軸或偏心軸，是配氣機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動件，專門驅(qū)動氣門按時開啟和關(guān)閉。各種車型發(fā)動機(jī)的凸輪軸的結(jié)構(gòu)大同小異，主要差別在于安裝的位置，凸輪的數(shù)目和形狀尺寸不盡相同，特別是凸輪軸的安裝位置，被列為區(qū)別發(fā)動機(jī)構(gòu)造和性能的重要標(biāo)志。目前發(fā)動機(jī)的凸輪安裝位置分為下置，中置，頂置三種形式。 第二節(jié) 凸輪軸配置發(fā)動機(jī)上凸輪軸的有幾個不同配置。我們來談?wù)剮讉€通用部件。你可能聽到過這些術(shù)語：頂置凸輪軸(SOHC)、雙頂置式凸輪軸(DOHC)、推桿。 一、頂置凸輪軸的配置這一配置相當(dāng)于一個發(fā)動機(jī)每頭有一個凸輪。如果是一個單列式四氣缸或單列式六氣缸發(fā)動機(jī)，這里會有一個凸輪。如果是V6或V8發(fā)動機(jī)，這里會有二個凸輪。凸輪開動搖臂按到閥門上，打開它們。彈簧使閥門回到它們閉合的位置。這些彈簧必須相當(dāng)堅(jiān)固因?yàn)榘l(fā)動機(jī)速度很快，閥門被按下很快，彈簧必須使搖臂與這些閥門接觸。如果彈簧不是很堅(jiān)固，閥門可能會脫離搖臂同時迅速跳回。這將導(dǎo)致凸輪和搖臂額外的磨損。 在頂置凸輪軸和雙頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)上，凸輪由凸輪軸驅(qū)動，通過一根到皮帶或鏈條，稱為正時皮帶或正時鏈。這些皮帶和鏈子在固定間隔必須被更換或調(diào)整。如果正時皮帶斷了，凸輪會停止旋轉(zhuǎn)，活塞會撞到排氣閥上。 二、雙頂置式凸輪軸的配置一個雙頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)每頭有兩個凸輪。所以單列式發(fā)動機(jī)有兩個凸輪，V發(fā)動機(jī)有四個凸輪。通常雙頂置式凸輪軸用于每個氣缸有四個或更多閥門的發(fā)動機(jī)上一個凸輪軸不能驅(qū)動所有的閥門。采用雙頂置式凸輪軸的主要原因是可以使用更多的進(jìn)氣和排氣閥。更多的閥門意味著進(jìn)氣和排氣流動更自由，因?yàn)樗懈嗫梢粤魍ǖ纳?。這就增加了發(fā)動機(jī)的功率。就像頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)和雙頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)，在推桿發(fā)動機(jī)閥門位于頂部，在氣缸的上面。在推桿發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵區(qū)別是凸輪位于發(fā)動機(jī)氣缸體內(nèi)部而不是在氣缸的頂部。凸輪驅(qū)動推桿經(jīng)過氣缸箱體并進(jìn)入氣缸頂部移動搖臂。這些推桿又增加了系統(tǒng)的質(zhì)量，從而增加了閥門彈簧的載荷。這能限制推桿發(fā)動機(jī)速度；頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)在系統(tǒng)取消了推桿，從而使更快速度的發(fā)動機(jī)成為可能。推桿發(fā)動機(jī)中的凸輪通常由齒輪或短鏈驅(qū)動。齒輪驅(qū)動通常與皮帶驅(qū)動相比不易斷裂，所以在頂置式凸輪軸發(fā)動機(jī)經(jīng)?？吹?。 三、可變式氣門正時 這里有幾種凸輪制造商改變氣門正時的辦法。用在本田發(fā)動機(jī)上的一個系統(tǒng)稱為可變氣門正時和升程電子控制系統(tǒng)（VTEC） 可變氣門正時和升程電子控制系統(tǒng)（VTEC）是本田發(fā)動機(jī)上一個電子機(jī)械系統(tǒng)，它能允許發(fā)動機(jī)有多個凸輪軸。VTEC發(fā)動機(jī)有一個額外的進(jìn)氣凸輪并有一個與之相連的搖臂。凸輪的形狀能使進(jìn)氣閥升程比其它凸輪形狀大。在發(fā)動機(jī)速度較低時，這個搖臂不與任何閥門相連。在高速時，活塞鎖住額外搖臂，讓兩個搖臂控制兩個進(jìn)氣閥。 一些汽車采用先進(jìn)的氣門正時裝置。這不會使閥門升程更大，它打開和閉合它們更遲。它通過旋轉(zhuǎn)凸輪幾度來實(shí)現(xiàn)。 如果進(jìn)氣閥通常在活塞到達(dá)上止點(diǎn)(TDC)旋轉(zhuǎn)10度，并在到達(dá)上止點(diǎn)(TDC)后旋轉(zhuǎn)90度關(guān)上，總的持續(xù)時間為200度。打開和關(guān)閉的時間可以通過在凸輪旋轉(zhuǎn)時旋轉(zhuǎn)到前面一點(diǎn)的機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移。所以可以在活塞到達(dá)上止點(diǎn)(TDC)旋轉(zhuǎn)10度，并在到達(dá)上止點(diǎn)(TDC)后旋轉(zhuǎn)210度關(guān)上。在隨后20度時關(guān)閉閥門是好的，但如果它能在進(jìn)氣閥打開時增加持續(xù)時間會更好。但已經(jīng)有一個做到一點(diǎn)的好方法。凸輪在發(fā)動機(jī)上有一個三維形狀可以隨凸輪的長度而變化。在凸輪的一端是一個較不靈巧的凸輪形狀，而在另一端是一個靈巧的凸輪形狀。凸輪平穩(wěn)地把這兩種形狀結(jié)合在一起。一個機(jī)構(gòu)能側(cè)面地滑動整個凸輪從而使閥門能采用凸輪的不同的部分。軸仍然像普通凸輪一樣旋轉(zhuǎn)——但隨著發(fā)動機(jī)速度和載荷增加逐漸側(cè)面地滑動凸輪，從而氣門正時被優(yōu)化。一些發(fā)動機(jī)制造商正在試驗(yàn)氣門正時無限可變系統(tǒng)。比如，想象每個閥門有一個電磁開關(guān)，它能過計算機(jī)而不是凸輪控制打開和關(guān)閉閥門。有了這類系統(tǒng)，你就能在發(fā)動機(jī)每個轉(zhuǎn)速時達(dá)到最大的發(fā)動機(jī)性能。盼望將來能實(shí)現(xiàn)的東西。第三章 設(shè)計論述第一節(jié) 優(yōu)化設(shè)計內(nèi)燃機(jī)凸輪軸凸輪優(yōu)化設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到其動力性，經(jīng)濟(jì)性，可靠性，振動，噪聲與排放特性的好壞。凸輪的豐滿系數(shù)越大，則進(jìn)氣量越多，內(nèi)燃機(jī)的動力性能與經(jīng)濟(jì)性能越好，排氣煙度與熱負(fù)荷越底；凸輪形線的圓滑性越好，內(nèi)燃機(jī)的振動與噪聲越??；凸輪與挺柱間的接觸應(yīng)力越??；潤滑特性越好，內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的沖擊載荷及摩擦磨損越小。隨著內(nèi)燃機(jī)不斷地向輕巧化，高速化，高性能與高壽命方向發(fā)展，對配氣凸輪設(shè)計與制造的要求越來越高。然而，現(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，大都采用多項(xiàng)動力凸輪，n次諧波凸輪或復(fù)合擺線凸輪。但這些凸輪形線方程不僅計算復(fù)雜，而且與內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)無關(guān)，有的n階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)。盡管不少研究者對上述幾種形線凸輪進(jìn)行了各種優(yōu)化設(shè)計，還不能適應(yīng)內(nèi)燃機(jī)高速化與高性能的要求。顯然，研究出具有n階導(dǎo)數(shù)連續(xù)，自變量為內(nèi)燃機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，充氣性能好，振動小，噪聲低，設(shè)計簡單的新型配氣凸輪形線方程，是一