凸輪軸（Camshaft）是內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的核心部件，通過其表面凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，精準(zhǔn)控制氣門開閉時(shí)機(jī)與升程，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣效率、排氣徹底性、動(dòng)力輸出特性及燃油經(jīng)濟(jì)性。以下從功能原理、技術(shù)參數(shù)、應(yīng)用案例及發(fā)展趨勢四方面展開分析：

一、凸輪軸的核心功能

1. 氣門正時(shí)與升程控制

工作原理：

凸輪軸通過正時(shí)齒輪/鏈條/皮帶與曲軸聯(lián)動(dòng)（轉(zhuǎn)速比1:2），凸輪輪廓推動(dòng)挺柱/搖臂，驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門和排氣門按特定時(shí)序開啟/關(guān)閉。

關(guān)鍵參數(shù)：基圓半徑：決定氣門關(guān)閉時(shí)的密封性（誤差需≤0.01mm）。

升程（Lift）：凸輪*高點(diǎn)與基圓半徑差值，影響氣門開啟幅度（如高性能發(fā)動(dòng)機(jī)升程可達(dá)12-15mm）。

開啟持續(xù)角（Duration）：氣門全開對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角（通常200°-280°CA，CA為曲軸轉(zhuǎn)角）。

示例：

某2.0T發(fā)動(dòng)機(jī)采用中置凸輪軸（DOHC）設(shè)計(jì)，進(jìn)氣門升程11.5mm、持續(xù)角248°CA，低速扭矩提升12%，高速功率提高8%。

2. 配氣相位優(yōu)化

可變氣門技術(shù)：VVT（可變正時(shí)）：通過液壓/電磁機(jī)構(gòu)調(diào)整凸輪軸相位角（如豐田VVT-i可實(shí)現(xiàn)±50°CA調(diào)節(jié)），兼顧低速響應(yīng)與高速功率。

VVL（可變升程）：采用分段式凸輪或電子液壓機(jī)構(gòu)（如本田VTEC），高轉(zhuǎn)速時(shí)切換高升程凸輪，功率提升15%-20%。

數(shù)據(jù)對比：技術(shù)類型扭矩提升功率提升油耗降低成本增加

基礎(chǔ)DOHC - - - 基準(zhǔn) 

VVT 8%-10% 3%-5% 2%-4% +15% 

VVT+VVL 12%-15% 8%-12% 5%-7% +30% 

二、凸輪軸的類型與特性

1. 按驅(qū)動(dòng)方式分類

類型結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)應(yīng)用場景

頂置凸輪軸（OHC） 凸輪軸位于氣缸蓋頂部 傳動(dòng)鏈短、慣性小、響應(yīng)快 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高 高速發(fā)動(dòng)機(jī)（如F1賽車） 

單頂置凸輪軸（SOHC） 單根凸輪軸控制進(jìn)/排氣門 結(jié)構(gòu)簡單、成本低 配氣靈活性差 經(jīng)濟(jì)型轎車（如豐田卡羅拉） 

雙頂置凸輪軸（DOHC） 獨(dú)立控制進(jìn)/排氣凸輪軸 高轉(zhuǎn)速性能優(yōu)異、可變氣門易實(shí)現(xiàn) 成本高、占用空間大 高性能車（如寶馬B58發(fā)動(dòng)機(jī)） 

底置凸輪軸（OHV） 凸輪軸位于曲軸箱內(nèi) 結(jié)構(gòu)緊湊、低速扭矩大 慣性大、高速響應(yīng)慢 大排量V8發(fā)動(dòng)機(jī)（如雪佛蘭LS） 

2. 按材質(zhì)與工藝分類

鑄鐵凸輪軸：成本低（約$5-10/根），強(qiáng)度高，但重量大（適合OHV結(jié)構(gòu)）。

鋼制鍛造凸輪軸：重量減輕20%-30%，適合高速發(fā)動(dòng)機(jī)（如F1賽車采用鈦合金凸輪軸，重量僅鑄鐵的1/3）。

裝配式凸輪軸：凸輪與軸管通過熱套/過盈配合組裝，降低制造成本（如大眾EA888發(fā)動(dòng)機(jī)采用此工藝）。

中空充鈉凸輪軸：軸管中空并填充鈉金屬（熔點(diǎn)97.8℃），利用鈉液循環(huán)散熱，溫度降低30%-40%（如奔馳M274發(fā)動(dòng)機(jī)）。