凸轮轴用来驱动气门组件,通过轴承支承在气缸盖上,凸轮轴由发动机前部的正时齿轮、正时链或正时带驱动。凸轮轴上有许多油孔,用来润滑凸轮和气门组件。在四冲程发动机上,由于凸轮轴驱动齿轮的齿数是曲轴正时齿轮齿数的两倍,所以凸轮轴的转速是曲轴转速的1/2凸轮轴上的凸轮与气缸中的气门相对应,发动机不同,气门的数量也有所不同。气门开闭时间取决于凸轮的形状,气门开闭时刻取决于凸轮轴的位置。凸轮轴的结构如图8-2所示。
凸轮轴的类型：
根据在发动机上的安装位置不同,凸轮轴可分为顶置式、下置式、中置式三种,如图8-3所示。
1.顶置式凸轮轴顶置式凸轮轴安装在发动机气缸盖上方,由于取消了推杆,所以凸轮轴更接近气门组件,可以快速驱动气门,因而适用于高转速发动机。但是顶置式凸轮轴增加了发动机的高度需要较长的传动链或传动带来驱动。
目前汽油发动机配置的顶置式凸轮轴有单顶置式凸轮轴(SOHC)和双顶置式凸轮轴(DOHC)两种类型,如图8-4所示。单顶置式凸轮轴发动机在气缸盖上仅有一根凸轮轴,同时驱动进气门和排气门;双顶置式凸轮轴发动机在气缸盖上装有两根凸轮轴,分别驱动进气门和排气门。进气凸轮轴上般标有“IN”标记,排气凸轮轴上一般标有“EX”标记,如图8-5所示。
2.下置式凸轮轴下置式凸轮轴与曲轴距离较近,可以采用齿轮传动的方式进行驱动,但是需要通过摇臂、推杆等部件对气门进行控制,传动距离长,机构强度差,平顺性不佳,输出功率也比较低,但这种结构的发动机输出转矩和低速性能比较出色,结构也比较简单,易于维修。
3.中置式凸轮轴中置式凸轮轴与下置式凸轮轴相似,但是推杆的长度减小了。
凸轮轴的润滑：
凸轮轴在发动机工作时高速旋转,凸轮轴轴颈与轴承之间以及凸轮与挺柱之间都需要良好的润滑。凸轮轴内部加工有润滑油道轴颈上加工有润滑油孔,润滑系统主油道的润滑油进入凸轮轴内部油道,从润滑油孔流出,对凸轮轴轴颈和凸轮轴轴承进行润滑。对于凸轮轴轴承处的润滑,轴承间隙对其润滑效果影响很大。如果间隙过大,润滑油就会从轴承间隙中泄漏出来,造成轴颈处润滑不良。凸轮轴润滑油孔如图8-6所示。
凸轮轴的驱动方式：
凸轮轴由曲轴驱动,其驱动方式有齿轮驱动、链条驱动和带驱动三种,如图8-7所示。
目前大部分发动机采用链条或带驱动方式。
1.齿轮驱动齿轮驱动一般适用于下置式凸轮轴,不需要张紧器,齿轮驱动配气精确,噪声小,使用寿命长,但是制造成本较高,因受发动机活塞作功行程的冲击,齿轮容易振动。为了保证正确的配气正时和喷油正时,通常在驱动齿轮上刻有正时标记,装配时必须对正标记。
2.链条驱动链条驱动适用于顶置式或中置式凸轮轴,其优点是可以长距离传递动力,允许链轮之间的轴线存在轻微的不同。链条驱动的缺点是链条传动产生的振动会使链节磨损,影响自由齿隙,容易产生噪声,因此需要安装张紧器和减振器来减轻链条的振动。另外,为了降低链节的磨损,链条还需要保持良好的润滑。链条驱动机构如图8-8所示。
3.带驱动带驱动机构的正时带采用齿形传动带,它运行柔和,噪声低且不需要润滑,更适合轴间距较长的传动,另外齿形传动带制造成本低,更换方便。但是齿形传动带由橡胶合成材料制作,寿命短,容易磨损断裂,在有些发动机上,正时带一旦断裂,往往会造成活塞撞击气门的事故发生,因此正时带需要定期检查或更换。带驱动机构如图8-9所示。
凸轮轴的运动状态：
当凸轮轴凸轮推动推杆或气门组件时,凸轮克服气门弹簧弹力将气门打开的同时,反作用力也会作用在凸轮上,阻碍凸轮轴的转动。在凸轮轴高速运转时,这种反作用力和驱动力的交替变化易导致凸轮轴发生轴向运动,凸轮轴轴向移动过大会影响配气正时。为了限制凸轮轴在工作中产生轴向移动,凸轮轴需要轴向定位。
1.凸轮轴定位顶置式凸轮轴通常利用凸轮轴轴承盖的两个端面和凸轮轴轴颈两侧的凸肩进行轴向定位,中置式、下置式凸轮轴的轴向定位通常采用止推片,止推片用螺栓固定在机体前端面上(图8-10)此外,有的凸轮轴采用在正时齿轮盖上安装止推螺栓进行定位。
2.凸轮升程凸轮升程通常指相对于凸轮轴轴线来讲,凸轮最高点(顶尖)与最低点(基圆)之间的距离差,如图8-11所示。有些发动机的进、排气凸轮升程、规格相同,所以进、排气凸轮轴可以互换使用。但是如果发动机的进、排气凸轮升程不同,则进、排气凸轮轴规格也不相同,此时进、排气凸轮轴不能互换使用。
