Google+ 機動學論壇(TALKING MECHANISMS): 凸輪軸應用

2007年6月11日 星期一

凸輪軸應用


凸輪軸應用------頂置凸輪軸

B94611019 沈君恆

汽車發動機是由曲柄連杆機構,配氣機構,冷卻系統,燃油系統,潤滑系統,電氣系統和機體等組成,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。在現代轎車的技術規格表上,經常可以看見 凸輪軸這個名詞出現在發動機性能欄裡。


  凸輪軸是屬於發動機的配氣機構,配氣機構是保證發動機在工作中定時將新鮮的可燃混合氣充入氣缸,並及時將燃燒後的廢氣排出氣缸的機構。


  它由進氣門,排氣門,氣門挺杆,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,是配氣機構中的驅動件,專門驅動氣門按時開啟和關閉。各種車型發動機的凸輪軸的架構大同小異,主要差別在於安裝的位置,凸輪的數目和形狀尺寸不盡相同,特別是凸輪軸的安裝位置,被列為區別發動機構造和性能的重要標誌。目前發動機的凸輪安裝位置分為下置,中置,頂置三種形式。


  轎車發動機由於轉速較快,每分鐘轉速達5000轉以上,為保證進排氣效率,都採用進氣門和排氣門倒掛的形式,即頂置式氣門裝置,這種裝置都適合用凸輪軸的三種安裝形式。


  如果採用下置式或者中置式的凸輪軸,由於氣門與凸輪軸的距離較遠需要氣門挺杆和挺柱等輔助零件,造成氣門傳動機件較多,架構複雜,發動機體積大,而且在高速運轉下還容易產生噪聲,而採用頂置式凸輪軸則可以改變這種現象。


  現代車一般都採用了頂置式凸輪軸,將凸輪軸配置在發動機的上方,縮短了凸輪軸與氣門之間的距離,省略了氣門的挺杆和挺柱,簡化了凸輪軸到氣門之間的傳動機構,將發動機的架構變得更加緊湊。更重要的是,這種安裝模式可以減少整個系統往復運動的質量,提升了傳動效率。

  任何事物都有其兩面性,頂置凸輪軸一方面縮短了與氣門的距離,另一方面卻拉大了凸輪軸與曲軸之間的距離。由於凸輪軸是由曲軸帶動的,因此兩者之間一拉開距離就必須要用鏈條及鏈輪做轉動,架構比下置式凸輪軸的齒輪嚙合傳動複雜得多。儘管如此,人們衡量利弊還是喜歡採用頂置式凸輪軸。


  頂置式凸輪軸有多種驅動氣門的形式,有用搖臂過渡驅動式,也有直接驅動式,其中直接驅動式對凸輪軸和氣門彈簧的設計要求相對較低,往復運動的慣量最少,特別適用於高速運轉的轎車發動機上。另外,近年在高速轎車發動機上還廣泛採用齒形皮帶來代替傳動鏈,這種皮帶是用氯丁橡膠製作,混有玻璃纖維和尼龍織物以增加強度。採用齒形皮帶代替傳動鏈,可以減少噪聲,減輕架構質量的降低成本。


  轎車發動機按照頂置凸輪軸的數目,分為單頂置凸輪軸和雙頂置凸輪軸,由於中高檔轎車發動機一般是多氣門及V型氣缸排列,需採用雙凸輪軸分別控制進排氣門,因此雙頂置凸輪軸被不少名牌發動機所採用。由於凸輪軸的安裝模式直接涉及到整台發動機的構造和性能,因此,頂置凸輪軸也和多氣門一樣,被視為衡量轎車發動機的一項重要的標誌,列入了轎車技術規格表中。

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