文丨煜捷史馆

编辑丨煜捷史馆

汽车凸轮轴是现代内燃发动机中的重要组成部分，它在引擎的工作过程中起着至关重要的作用。凸轮轴的设计和性能直接影响着发动机的输出功率、燃油效率以及排放性能。

接下来，就由煜捷来为大家讲解一下汽车凸轮轴的结构、工作原理以及对发动机性能的影响，带您一窥这个关键之器的奥秘。

汽车凸轮轴是发动机中的重要组成部分，其结构和形状对于发动机的性能和效率有着重要影响，一般情况下，汽车凸轮轴由一根长条形金属材料制成，并且在其表面上装有凸轮，凸轮的形状和数量会因不同的发动机设计而异，这直接关系到发动机的性能特点。

汽车凸轮轴通常是一根位于发动机缸体内部的长条形金属材料，其位置通常在发动机缸体的上方或侧面，通过气门传动机构与气门相连。

凸轮轴的旋转由曲轴带动，从而使凸轮推动气门的开闭动作，凸轮轴的旋转速度通常是曲轴速度的一倍，因为每个气缸的工作周期需要两个曲轴转动周期来完成（四冲程发动机的工作周期包括进气、压缩、爆发和排气四个过程）。

常见的凸轮形状有圆形、椭圆形、正弦形和梯形等，不同形状的凸轮会影响气门的开启时间、开启持续时间和气门升程，进而影响气门的进气量和排气量，从而调节发动机的输出功率和扭矩。

凸轮的数量也会因发动机的设计而有所不同。常见的有单凸轮、双凸轮和三凸轮结构，单凸轮结构适用于较简单的发动机，它只有一个凸轮来控制进气和排气气门的动作。

而双凸轮和三凸轮结构通常用于高性能发动机，因为它们允许更精确的气门控制和更大的气门开启时间，从而提高发动机的输出功率和性能。

单凸轮结构适用于普通的经济型发动机，它在设计上较为简单，成本较低。这类发动机的功率输出相对较低，因此气门控制要求不太严格。

但随着汽车技术的发展，高性能发动机的需求也越来越高，为了满足更高的性能要求，双凸轮和三凸轮结构被广泛应用于高性能发动机中。

这些结构允许分别控制进气和排气气门，使得气门的开闭时间和气门升程可以更加精确地调节，从而实现更优化的进气量和排气量，提升发动机的性能和效率。

凸轮轴通过曲轴带动，是内燃发动机中实现气门控制的重要机构之一，它的转动运动与曲轴的旋转密切相关，通过凸轮上的凸点来推动气门的开闭，从而实现气门的工作周期。

在四冲程发动机中，凸轮轴的转速通常是曲轴转速的两倍，这是因为每个气缸的工作周期需要两个曲轴转动周期来完成一个完整的循环。

凸轮轴和曲轴之间的传动关系是通过一个或多个皮带或链条来实现的，通常，凸轮轴位于发动机缸体的上方或侧面，并且与曲轴平行。

凸轮轴上的凸点（也称为凸轮）随着曲轴的旋转而转动，而凸轮的形状决定了气门的开闭时机和持续时间。

凸轮轴上的凸点在旋转时，会通过气门传动机构（通常是凸轮轴上的凸轮与气门通过一组摇臂或滚子来传递动力）将动力传递给气门。

当凸轮上的凸点与气门传动机构接触时，会使得气门迅速打开或关闭。凸轮的凸点形状和位置决定了气门的开启时机和开启持续时间，从而控制着进气和排气的时机。

在四冲程发动机中，每个气缸的工作周期包括四个阶段：进气、压缩、爆发和排气。凸轮轴的设计和转速与发动机的工作周期密切相关。

在每个气缸的工作周期中，曲轴需要完成两个转动周期才能完成一个完整的循环，因此，为了保证凸轮轴的凸点能够按时推动气门的开闭动作，凸轮轴的转速通常是曲轴转速的两倍。

凸轮轴的气门正时是指凸轮的转动角度与发动机的工作周期之间的对应关系，气门正时的调整可以影响气门的开启和关闭时机，从而影响进气量和排气量，进而调节发动机的性能和效率，高性能发动机通常需要精确调整气门正时，以获得更高的输出功率和扭矩。

汽车凸轮轴通过曲轴带动，随着曲轴的旋转而转动，凸轮上的凸点通过气门传动机构推动气门的开闭，在四冲程发动机中，凸轮轴的转速通常是曲轴转速的两倍，以保证凸轮轴的凸点能够按时推动气门的开闭动作。

通过凸轮轴的转动控制气门的工作周期和气门正时，发动机的性能和效率得以调节，满足不同驾驶条件下的需求，这使得凸轮轴成为现代发动机中的关键组件之一，为汽车的性能和动力提供了重要支持。

凸轮轴作为内燃发动机中承载重要功能的零件，需要具备良好的强度和耐久性，因此，其材料选择和制造工艺对于发动机的可靠性和性能至关重要。

凸轮轴通常选用高强度的合金钢。合金钢具有优异的机械性能，能够在高速旋转和重复负载的条件下保持稳定的性能，不易发生变形或断裂。

此外，合金钢还具备良好的耐磨性和耐腐蚀性，可以在恶劣的工作环境中保持较长的使用寿命。

凸轮轴的制造工艺一般包括锻造和磨削两个关键步骤。

锻造是将金属材料加热至一定温度后，在模具的作用下施加压力使其产生塑性变形的工艺，凸轮轴通常采用热锻造工艺，通过锻造可以增加材料的均匀性和密度，提高凸轮轴的强度和耐久性。

磨削是将已经锻造好的凸轮轴放置在磨床上进行加工的过程，磨削可以使凸轮轴的表面达到较高的光滑度和精确度，确保凸轮轴的各个部位尺寸的精准性，这对于凸轮与摇臂或滚子等气门传动机构的配合非常重要，确保气门的开闭动作准确可靠。

凸轮轴的材料选择高强度的合金钢，使其能够承受高速旋转和重复的负载，并保持较长的使用寿命。

而制造工艺中的锻造和磨削工艺，则确保了凸轮轴的表面光滑度和精确度，以及整个凸轮轴的坚固性，为发动机的正常运行和高效工作提供了坚实的基础。

随着汽车技术的不断进步，凸轮轴也在不断演进，为发动机的性能和燃油经济性提供了更大的提升空间。

最早期的凸轮轴仅能简单地控制气门的开闭，而现代高级发动机的凸轮轴配备了更多的智能化技术，让发动机在不同负荷和转速下能够实现更精确的控制，从而实现更优化的性能和燃油经济性。

可变气门升程技术允许调整气门的开启高度，即气门升程，以适应不同负荷和转速的工作条件，在低负荷时，发动机可以通过减小气门升程来减少进气量，降低进气阻力，从而提高燃油经济性，而在高负荷时，增加气门升程可以增加进气量，提升发动机输出功率，提高性能。

可变气门正时技术允许调整凸轮轴上凸点与气门开启时机之间的角度，从而控制气门的开启和关闭时机。

通过智能控制气门正时，发动机可以实现更灵活的进气和排气控制，提高燃烧效率，减少排放，并增加发动机的动力性能。

Camless技术是凸轮轴演进的又一重要方向。它通过电动或液压控制直接操纵气门的开闭，而无需凸轮轴，这种技术能够实现更加灵活的气门控制，极大地提高了发动机的响应性、燃烧效率和燃油经济性。

凸轮轴的轻量化和材料优化也是发展趋势之一。采用更轻的材料和优化的结构，可以减少凸轮轴的惯性负荷，降低能耗，提高发动机的功率输出和燃油经济性。

凸轮轴是调节发动机性能的关键之器，通过改变凸轮轴的设计和气门正时，可以调整发动机的进气量和排气量，从而影响发动机的输出功率和扭矩，此外，凸轮轴的设计还影响着发动机的燃油经济性和排放性能，对环保和节能起着重要作用。

在高性能发动机中，凸轮轴的设计尤为重要。采用可变气门升程技术的凸轮轴可以在低负荷时减少气门升程，降低排气阻力，提高燃油经济性。

而在高负荷时，增加气门升程则能增加进气量，提升发动机输出功率。这种技术使得高性能发动机在不同工况下均能保持出色的性能表现。

凸轮轴作为发动机的关键部件，需要定期进行维护与保养，定期更换发动机油，以及保持发动机正常工作温度，可以延长凸轮轴的使用寿命，此外，及时更换气门和凸轮轴的驱动皮带也是保持发动机正常工作的重要步骤。

在电动汽车技术的发展下，传统内燃发动机可能逐渐减少，但凸轮轴作为调节气门的关键技术仍然具有重要意义。

尽管电动汽车使用电动机来驱动车辆，不再需要传统的内燃发动机，但在现实中，混合动力车型和燃料电池车型等仍然会使用内燃发动机，传统燃油车型在过渡期内仍然将继续存在，凸轮轴的应用仍然必不可少。

虽然电动汽车技术的发展可能会减少传统内燃发动机的应用，但凸轮轴作为调节气门的关键技术仍然具有重要意义。

未来，随着汽车技术的不断进步，凸轮轴可能会更加精细化和智能化，配合电动发动机等新技术，进一步提升汽车的动力性能和燃油经济性，为汽车行业的可持续发展贡献力量。

汽车凸轮轴作为发动机的重要组成部分，直接影响着发动机的性能和效率，凸轮轴的结构和类型、工作原理、材料与制造工艺都是影响发动机性能的关键因素。

随着技术的发展，凸轮轴在高性能发动机中的应用越发重要，同时也需要定期维护与保养，以确保发动机的正常运行，未来，凸轮轴将继续与新技术相结合，为汽车的发展注入新的活力。