[练习]恶补汽车知识：单置顶凸轮轴和双置顶凸轮轴

[练习]恶补汽车知识：单置顶凸轮轴和双置顶凸轮轴 DOHC是指顶置双凸轮轴. SOHC是指顶置单凸轮轴. DOHC(Double Overhead Camshaft, 顶置双凸轮轴)与SOHC(Single Overhead Camshaft, 顶置单凸轮轴) SOHC的中文含义是“顶置单凸轮轴”，DOHC的中文含义则是“顶置双凸轮轴”。仅仅翻译成中文，读者朋友肯定还是一头雾水，下面我们就简单解释一下。要说SOHC和DOHC，我们还得先从发动机的气门谈起。 气门(Value)的作用是专门负责向发动机内输入燃料并排出废气，传统发动机每个汽缸只有一个进气门和一个排气门，这种结构相对简单，成本较低，维修方便，低速性能较好，缺点是功率很难提高，尤其是高转速时充气效率低、性能较弱。为了提高进排气效率，现在多采用多气门技术，常见的是每个汽缸布置有4个气门(也有单缸3或5个气门的设计，原理一样，如奥迪A6的发动机)，4汽缸一共就是16个气门，我们在汽车资料上经常看到的“16V”就示发动机共16个气门。这种多气门结构容易形成紧凑型燃烧室，喷油器布置在中央，这样可以令油气混合气燃烧更迅速、更均匀，各气门的重量和开度适当地减小，使气门开启或闭合的速度更快。 了解了有关气门的知识，下面我们切入正题。凸轮轴是发动机配气机构的一部分，专门负责驱动气门按时开启和关闭，作用是保证发动机在工作中定时为汽缸吸入新鲜的可燃混合气，并及时将燃烧后的废气排出汽缸。凸轮轴直接通过摇臂驱动气门，很适用于高转速的轿车发动机，由于转速较高，为保证进排气和传动效率、简化传动机构、降低高转速的振动和噪音，多采用顶置式气门和顶置式凸轮轴，这样，发动机的结构也比较紧凑。但任何事物都有两面性，顶置式凸轮轴的缺点是由于部件的布置设计比较复杂，维修起来也比较麻烦。但衡量利弊，它还是比较适合于轿车。 轿车发动机按照顶置凸轮轴的数目，分为顶置单凸轮轴和顶置双凸轮轴。当每缸采用两个以上气门时，气门排列形式一般有两种:一是进气门和排气门混合排列在一根凸轮轴上，即顶置单凸轮轴(SOHC)，另一种是进气门与排气门分列在两根凸轮轴上。前者的所有气门由一根凸轮轴通过顶杆驱动，但因气门在进气道中所处位置不同，所以不能保持动作的精确性，效果要稍差一些，而后者则无此缺点，可以获得更好的性能，但需多配备一根凸轮轴，这就是顶置式双凸轮轴(DOHC)，近年来推出的新型发动机多采用这种形式。一般来说，SOHC的运动性比较高，F1赛车应用较多，但是由于制造工艺复杂，成本较高;DOHC 的相对配置较简易、使用耐久性较好，既可以适应一般客户的动力性要求，也可以适应其对经济性的要求。 目前市面常见的国产轿车中采用SOHC发动机的轿车有:奥拓、羚羊、欧蓝德、派力奥、中华等;采用DOHC发动机的轿车有:吉利美日、捷达、宝来、富康、POLO、君威、奥迪A6等。 看到这儿，也许车友会认为DOHC就比SOHC好，所以就说LS的发动机不好。其实这是错误的，虽然单从技术上看SOHC是没DOHC先进，但事实上基本情况大致一样的。(压缩比、排量、空燃比。。。。) DOHC和SOHC两个原厂设定发动机放在一起对比的话，无论哪个方面都绝对是SOHC占优的，但若要疯狂改装高转渣马力的话，SOHC就不用比了。另外从发明时间来说2者是同一时期的。只是从名字上解释2个凸轮轴好象比较先进，但是DOHC工艺复杂，维护成本高这些可能大家没注意到，而SOHC 在这方面是占优势的。 SOHU与DOHC的优缺点比较: 单凸轮轴机械结构简单，问题比较少，低转速扭力较大。单凸轮轴的进排气门开启时间是固定的，但是机械结构简单，维修容易，经济省油都是单凸的优势。 双凸轮轴因为可以改变汽门重迭角，所以可以发挥出比较大的马力，但是低转速的扭力比较不足 而且也因为机械结构的复杂会造成维修上一定的困难。双凸轮轴的技术来自于赛车，主要是可以控制进气门跟排气门的时间差。 单凸双凸没有所谓的好坏，只是结构不同。 由上可以看出SOHC在扭力和油耗上有优势，所以比较适合市区行车，DOHC在马力上有优势所以比较适合高速行驶。 通过以上的对比，我想大家应该对1.3和1.5TT的优劣已经有了一个折中的看法。其实并不存在谁好谁坏，还是看你的个人应用。所以每个厂商在推出他的新车的时候，多种的存在目的就是为了考虑不同的用户群体，拿华晨刚刚上市的骏捷来说，有三款发动机型号1.6L，1.8L，2.0L，它们的应用特点是: 经常城市道路行驶的朋友:1.6升——扭力爆发早，适合走走停停的城市道路 偏重高架环路和高速的朋友:1.8升——DOHC和4气门结构适合高转速巡航 追求综合性能:2.0升——SOHC和4气门配合，全面性能更平衡，适合综合道路使用+B52 所以最后，告诉在这里的各位DX，如果你买TT主要还是在城市里跑，建议1.5的，如果经常走高速，那1.3绝对是首选。大家在买车的时候，也不要被JS那些所谓的发动机技术参数所蒙蔽，那不过是唬人的把戏。 汽车气门驱动的设计时，首先谈气门驱动的演变过程。 汽车的气门驱动方式，在60年代以前盛行的是OHV，什么是OHV呢,OHV是英文Over Head Valve的缩写，中文意义是顶置气门。最早以前的汽车驱动气门的方式，是由凸轮轴透过气门挺杆驱动气门的，因此增加了一个气门挺杆的传动损耗。60年代后新一代的OHC引擎大行其道，OHC是英文Over Head Cam的缩写，中文意义是顶置凸轮轴。OHV和OHC有何不同呢,OHV是气门的位置在凸轮轴上方，凸轮轴利用气门挺杆驱动气门。OHC则是凸轮轴的位置在气门上方，引擎飞轮透过皮带或链条连接到凸轮轴齿轮，带动凸轮轴直接驱动气门。因此，OHC比OHV少掉了气门挺杆的传动损耗，同样排气量下，OHC比 OHV动力大，油耗小，易修护。现代的汽车基本上都已经是OHC的设计。 在多气门科技之前，OHC的设计就已经衍生出顶置单凸轮轴SOHC和顶置双凸轮轴DOHC的设计。顾名思义，SOHC就是在气门上面只有一支凸轮轴驱动进排气门，DOHC就是在气门上面有两支凸轮轴，一支驱动进气门，另一支驱动排气门。早期70年代和80年代 WRC 的常胜盟主是菲亚特集团的LANCIA DELTA，当时的菲亚特集团生产的车型就已经大部分都用上了DOHC。由于是分别用一支凸轮轴驱动进气门和排气门，所以，DOHC会比SOHC在物理作用方面“省功”，因此理论上同一个系列的发动机，DOHC比SOHC马力大。到了多气门科技成熟的时候，DOHC比SOHC就更加盛行了。因为同样在16 气门的发动机中，DOHC的每一个凸轮轴只要驱动8个气门，而SOHC的凸轮轴却要驱动16个气门，因此，DOHC省功的能力就更被凸现，同样的多气门发动机DOHC比SOHC马力就更大了。例如三菱的4G92发动机，SOHC的马力是100PS，而DOHC的则有125PS。 但是DOHC是否就完全没缺点了呢,是否定的，由于分别要用一支凸轮轴驱动进气门和排气门，因此，凸轮轴的设计就要更注意协调性。另外， DOHC的噪音要比SOHC大， 维修也比SOHC复杂，发动机的体积也比SOHC大。所以，敏感的朋友应该有注意到，不是所有的车厂在家用轿车上面都支持 DOHC。以日本车而言，丰田、日产、马自达是支持DOHC的，本田和三菱则比较支持SOHC。本田和三菱都是比较技术导向的公司，本田早年(80年代)在F1赛事上曾经连拿好几年的冠军，而三菱则是在90年代的WRC上大有斩获(当然红头4G63是DOHC的)。本田和三菱在家用轿车方面不是靠DOHC 增大马力的，本田的重心在可变气门，而三菱则是利用特殊的Y型摇臂提升马力并降低噪音。但本田和三菱都仍然有各自的DOHC的车型。 有朋友提到V型气缸和直列气缸的问题，我承认V型气缸比直列气缸更适合用DOHC。但发挥马力的大小我觉得关键还是要看车厂设计发动机的能力，不是所有的V型DOHC一定都优于V型SOHC。例如三菱新款的6G72发动机，虽然是V6 SOHC设计，但马力却不输给NISSAN和TOYOTA的同排量V6 DOHC发动机。 同样的1.6升直列四缸发动机，三菱4G92和本田B16发动机都是SOHC，马力都能达到100PS，不输给马自达、丰田、日产的DOHC发动机。但三菱4G92DOHC和本田早期生产过的一款DOHC发动机，马力至少都达到120PS以上远高于另外三个日本对手，甚至所有的欧洲车厂(宝来的 20气门DOHC马力比三菱4G92DOHC还要小10PS)。从以上的比较当中，大家可以发现三菱和本田在发动机的设计能力上有其相当独到的技术。 最后，给一个观念给大家。从8气门进化到16气门，由于进气和排气的呼吸面积提升了15%以上，所以动力性会有飞跃的进步。但是从16气门进化到 20气门虽然每缸增加了一个进气门，但必须使得每缸三个进气门的呼吸面积不得大于另两个排气门呼吸面积的总和(如果进气总面积超过排气总面积会造成排气不顺产生燃烧不完全现象)，在这种限制下总呼吸面积的增加不容易超过5%，对马力的增加是相当有限的，但却使机械结构更加复杂，事实上每缸多一个进气门有可能增加引擎的呼吸量，但进排气门的动作就要更加精密不可，而且每缸多一个进气门对凸轮轴而言也多了一点传动的损耗。这也是为什么有些人觉得宝来提速有点肉的原因。而且20气门的发动机一般普遍反映质量不稳的原因也在于此。 多 气 门 发 动 机 1886年1月29日，德国人卡尔?本茨将自己研制的四冲单缸燃油发动机装上了一辆三轮的车子并获得专利权，世界从这一天开始才真正有了汽车。可以说，是发动机创造了汽车。发动机的基本构造(如图)是由气缸1、活塞2、连杆3、曲轴4等主要机件组成，每一个气缸至少有两个气门，一个进气门(蓝色)和一个排气门(橙色)。 气门装置是发动机配气机构的一个组成部分，在发动机工作起非常重要的 作用。燃油发动机的工作运转由进气，压缩，作功和排气四个工作过程组成。要使发动机连续运转就必须使这四个工作过程周而复始，顺序定时地循环工作。 其中的两个工作过程，进气和排气过程，需要依K发动机的配气机构准确地按照各气缸的工作顺序输送可燃混合气(汽油发动机)或新鲜空气(柴油发动机)，以及排出燃烧后的废气。另外的两个工作过程，压缩和作功过程，则必须隔绝气缸燃烧室与外界进排气通道，不让气体外泄以保证发动机正常地工作。负责上述工作的机件就是配气机构中的气门。它好比人的呼吸器官，吸进呼出，缺它不可。随着技术的发展，汽车发动机的转速已经越来越高，现代轿车发动机的转速一般可达每分钟5500转以上，完成四个工作过程只需0.005秒时间，传统的两气门已经不能胜任在这么短促的时间内完成换气工作，限制了发动机性能的提高。解决这个问题的方法只能是扩大气体出入的空间。换句话就是用空间换取时间。多气门技术是解决问题的最好方法，直至80年代推广多气门技术才使发动机的整体质量有了一次质的飞跃。 多气门发动机是指每一个气缸的气门数目超过两个，即两个进气门和一个排气门的三气门式;两个进气门和两个排气门的四气门式;三个进气门和两个排气门的五气门式。目前轿车上的多气门发动机多是四气门式的。四缸发动机有16个气门，6气缸发动机有24个气门，8气缸发动机就有32个气门。例如日本凌志LS400型轿车的发动机就是8缸32个气门。增加了气门数目就要增加相应的配气机构装置，构造比较复杂，一般由两支顶置式凸轮轴来控制排列在气缸燃烧室中心线两侧的气门。气门布置在气缸燃烧室中心两侧倾斜的位置上，是为了尽量扩大气门头的直径，加大气流通过面积，改善换气性能，形成一个火花塞位于中央的紧凑型燃烧室，有利于混合气的迅速燃烧。 有人提出疑问，既然气门多好，为什么见不到一缸6气门以上的发动机,热力学有一个叫“帘区”的概念，指气门的园周乘以气门的升程，即气门开启的空间。“帘区”越大说明气门开启的空间越大，进气量也就越大。以奥迪100型轿车的发动机为例，它的四气门“帘区”值比两气门的“帘区”值，在进气状态时要大一半，在排气状态时要大百分之七十。当然，每一个事物都有它的一定适用范围，并不是说气门越多“帘区”值就越大，据专家计算当每个气缸的气门增加到六个时，“帘区”值反而会下降了，而且气门越多机构越复杂，成本就越大。因此，目前轿车的多气门燃油发动机的每个气缸的气门数目都是三至五个，其中又以四个气门最为普遍。 以汽油发动机为例，多气门发动机与传统的两气门发动机比较，前者能吸进更多的空气来混合燃油燃烧作功，节省燃油，更快地排出废气，排放污染少，能提高发动机的功率和降低噪音的优点，符合优化环境和节省能源的发展方向，所以多气门技术能迅速推广开来。 随着技术上的不断改进，多气门燃气发动机的这种技术缺陷也逐步克服了。现在，全世界几乎所有的中高级轿车都装备多气门燃油发动机。 气门是由凸轮轴、气门摇臂、气门弹簧、气门导管、气门本体及气门座组成。气门机构运动的动力来源是曲轴，即由连接于气缸曲轴上的时规齿盘以时规链条来带动连接于凸轮轴末端的另一个时规齿盘，两个齿盘的齿比是1:2，也就是说经过4个行程后曲轴转了7200， 而凸轮轴只转了3600.。有了这些驱动装置，凸轮轴便能随发动机运转而转动。平时因为气门弹簧的弹力作用而关着的气门，当凸轮轴上的的凸轮转到凸面时，由凸轮推动气门摇臂，气门便被打开，之后再随着凸面的离开及气门弹簧的作用而关闭。 SOHC是单顶置凸轮轴发动机的简称，即一个进气门一个排气门，是目前的主流发动机技术。相比双顶置凸轮轴发动机而言，能够有效提升发动机的功率和扭矩，对发动机自身的躁声和共震有很好的抑制作用，而且能有效节省燃油，省油率在5%左右。低转速时扭据较同排量DOHC发动机大，爆发力更好,SOHC发动机最合适在2500-3500转发挥最大功率.至于SOHC搭配每气缸5气门，现实中似乎并无哪家车厂采用这样的设计，虽然理论上通过设计SOHC也可以做到，但相信难度会比较高一点，在效能方面肯定不如DOHC，结构上也会过于复杂，成本方面恐怕也不会比DOHC搭配5气门有太大优势。 [DOHC] Double Overhead Cam 双顶置式凸轮轴 轿车发动机按照顶置凸轮轴的数目，分为单顶置凸轮轴(SOHC)和双顶置凸轮轴(DOHC)，由于中高档轿车发动机一般是多气门及V型气缸排列，需采用双凸轮轴分别控制进排气门，因此双顶置凸轮轴被不少名牌发动机所采用。由于凸轮轴的安装方式直接涉及到整台发动机的构造和性能，因此，顶置凸轮轴也和多气门一样，被视为衡量轿车发动机的一项重要的标志，列入了轿车技术表中。 发动机基本构造—配气机构 Post By:2009-8-21 9:32:00 目前，四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。 进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能的影响很大。进气量越多，发动 机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能的多;同时，废气要排除干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。 气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、 排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。 凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式3种。 一、凸轮轴下置式配气机构 凸轮轴置于曲轴箱内的配气机构为凸轮轴下置式配气机构 。 其中气门组零件包括气门、气门座圈、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座和气门锁夹等;气门传动组零件则包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、摇臂轴、摇臂轴座和气门间隙调整螺钉等。 下置凸轮轴由曲轴定时齿轮驱动。发动机工作时，曲轴通过定时齿轮驱动凸轮轴旋转。当凸轮的上升段顶起挺柱时，经推杆和气门间隙调整螺钉推动摇臂绕摇臂轴摆动，压缩气门弹簧使气门开启。当凸轮的下降段与挺柱接触时，气门在气门弹簧力的作用下逐渐关闭。 四冲程发动机每完成一个工作循环，每个气缸进、排气一次。这时曲轴转两周，而凸轮轴只旋转一周，所以曲轴与凸轮轴的转速比或传动比为2?1。 二、凸轮轴中置式配气机构 凸轮轴置于机体上部的配气机构被称为凸轮轴中置式配气机构。 与凸轮轴下置式配气机构的组成相比，减少了推杆，从而减轻了配气机构的往复运动质量，增大了机构的刚度，更适用于较高转速的发动机。 有些凸轮轴中置式配气机构的组成与凸轮轴下置式配气机构没有什么区别，只是推杆较短而已，如YC6105Q、6110A、依维柯8210.22S和福特2.5ID等发动机都是这种机构。 三、凸轮轴上置式配气机构 凸轮轴置于气缸盖上的配气机构为凸轮轴上置式配气机构(OHC)。 其主要优点是运动件少，传动链短，整个机构的刚度大，适合于高速发动机。由 于气门排列和气门驱动形式的不同，凸轮轴上置式配气机构有多种多样的结构形式。 气门驱动形式有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。 1.摇臂驱动、单凸轮轴上置式配气机构 凸轮轴推动液力挺柱，液力挺柱推动摇臂，摇臂再驱动气门;或凸轮轴直接驱动摇臂，摇臂驱动气门。 2.摆臂驱动、凸轮轴上置式配气机构 由于摆臂驱动气门的配气机构比摇臂驱动式刚度更好，更有利于高速发动机，因此在轿车发动机上的应用比较广泛。如CA488 3、SH680Q、克莱斯勒A452、奔驰QM615、奔驰M115等发动机均为单上置凸轮轴(SOHC)摆臂驱动式配气机构;而本田B20A、尼桑VH45DE、三菱3G81、富士EJ20等发动机都是双上置凸轮轴(DOHC)摆臂驱动式配气机构。 3.直接驱动、凸轮轴上置式配气机构 在这种形式的配气机构中，凸轮通过吊杯形机械挺柱驱动气门;或通过吊杯形液力挺柱驱动气门。与上述各种形式的配气机构相比，直接驱动式配气机构的刚度最大，驱动气门的能量损失最小。因此，在高度强化的轿车发动机上得到广泛的应用。如奥迪、捷达、桑塔纳、马自达6、欧宝V6、奔弛320E，还有依维柯8140.01、8140.21等均为直接驱动式配气机构。 配气机构的故障: 配气机构的故障主要有配气相位失准和配气机构异响。配气相位失准主要是同步带安装位置不正确或同步带齿形磨损引起滑转，遇此故障应立即更换同步带，并按发动机拆装的有关内容重新安装同步带。配气机构异响的故障诊断与排除如下所述。 (一)凸轮轴响 1.现象 (1)在发动机上部发出有节奏较钝重的“嗒嗒”声。 (2)中速时明显，高速时响声杂乱或消失。 2.原因 (1)凸轮轴轴向间隙过大，产生轴向窜动。 (2)凸轮轴有弯、扭变形。 (3)凸轮工作表面磨损。 (4)凸轮轴轴颈磨损，径向间隙过大。 3.诊断与排除 (1)按上节有关内容检查凸轮轴轴向间隙。如其轴向间隙过大，则应更换止推板;严重时，应更换凸轮轴。 (2)如凸轮轴轴向间隙正常，则表明有凸轮轴弯扭变形、此轮磨损或凸轮轴轴 颈磨损等不良现象。此时，应分解配气机构，查明具体原因，视情更换凸轮轴。 (二)气门脚响 1.现象 (1)发动机怠速时，气缸盖罩内发出有节奏的“嗒嗒嗒”的响声。 (2)发动机转速升高，响声增大。 (3)发动机温度变化或作断火试验，响声不变。 2.原因 (1)气门间隙调整不当 (2)气门杆尾端与气门间隙调整螺钉磨损。 (3)气门间隙调整螺钉的锁紧螺母松动。 (4)凸轮磨损或摇臂圆弧工作面磨损。 3.诊断与排除 (1)拆下气缸盖罩，检查气门间隙调整螺钉的锁紧螺母是否松动;检查气门间 隙值，并视情重新调整。 (2)检查气门杆尾部端面和调整螺钉的磨损情况，必要时更换气门或调整螺钉。 (3)检查凸轮与摇臂圆弧工作面的磨损情况，视情更换凸轮轴或摇臂。 (三)气门弹簧晌 1.现象 (1)发动机怠速时有明显的“嚓嚓”的响声。 (2)各转速下均有清脆的响声，多根气门弹簧不良，机体有震抖现象。 2.原因 气门弹簧过软或折断。 3.诊断与排除 (1)拆下气缸盖罩，用旋具撬住气门弹簧，若弹簧折断可明显地看出。弹簧折 断应予以更换。 (2)仍用旋具撬住气门弹簧，怠速运转发动机，若响声消失，即为该弹簧过软。 弹簧如过软，必须更换。 (四)气门座圈响 1.现象 (1)有节奏的类似气门脚响，但比气门脚响的声音大很多。 (2)发动机转速一定时，响声时大时小，并伴有破碎声。 (3)发动机中低速运转时，响声较清脆，高速时响声增大且变得杂乱。 2.原因 (1)气门座圈和气缸盖气门座圈座孔配合过盈量不足。 (2)气门座圈镶入气缸盖气门座圈座孔后，滚边时没有将座圈压牢。 (3)气门座圈粉末冶金质量不佳，受热变形以致松动。 3.诊断与排除 拆下气缸盖罩，经检查不是气门脚响和气门弹簧响，即可断定为气门座圈响。分解配气机构后进一步检查，必要时，铰削气门座圈座孔，更换松动的气门座圈，并保证其压入后有足够的过盈量。