凸轮轴的工作原理是什么？

凸轮轴是发动机中非常关键的一个部件。

一、基本结构和位置

凸轮轴通常是一根细长的轴，上面有许多凸轮（也称为桃尖）。它一般位于发动机的气缸盖内或者气缸体的上部。在多缸发动机中，凸轮轴的长度根据气缸的数量和排列方式而有所不同。

例如，在直列四缸发动机中，凸轮轴的长度相对较短，且其凸轮的分布是均匀间隔的，用于控制四个气缸的进气门和排气门的开启和关闭；而在 V 型发动机中，可能会有两根凸轮轴，分别负责两列气缸的气门控制。

二、工作原理

气门控制

凸轮轴的主要功能是控制发动机气门的开启和关闭。当凸轮轴旋转时，凸轮的凸起部分会推动气门挺杆（在顶置气门发动机中）或者直接推动气门（在某些简单结构的发动机中）。随着凸轮轴的持续转动，气门按照一定的时间顺序和升程规律开启和关闭。

以进气门为例，当凸轮的凸起部分接触并推动挺杆时，进气门开启，新鲜的空气和燃油混合气（对于汽油发动机）或者新鲜空气（对于柴油发动机）进入气缸。当凸轮的凸起部分转过，气门在气门弹簧的作用下关闭，从而完成一个进气过程。

与曲轴的配合

凸轮轴的转速通常是曲轴转速的一半。这是因为发动机的工作循环要求每个气缸在曲轴旋转两圈的过程中完成一次进气、压缩、做功和排气过程。例如，在四冲程发动机中，曲轴旋转两圈（720°），凸轮轴旋转一圈（360°），来精确控制气门在每个冲程的动作。它们之间通过正时皮带、正时链条或者齿轮等传动装置来保持准确的相位关系。如果这种相位关系出现偏差，就会导致发动机气门开启和关闭的时间不准确，影响发动机的性能和效率。