凸輪軸（Camshaft）是內燃機配氣機構的核心部件，通過其表面凸輪的旋轉運動，精準控制氣門開閉時機與升程，直接影響發動機的進氣效率、排氣徹底性、動力輸出特性及燃油經濟性。以下從功能原理、技術參數、應用案例及發展趨勢四方面展開分析：

一、凸輪軸的核心功能

1. 氣門正時與升程控制

工作原理：

凸輪軸通過正時齒輪/鏈條/皮帶與曲軸聯動（轉速比1:2），凸輪輪廓推動挺柱/搖臂，驅動進氣門和排氣門按特定時序開啟/關閉。

關鍵參數：基圓半徑：決定氣門關閉時的密封性（誤差需≤0.01mm）。

升程（Lift）：凸輪最高點與基圓半徑差值，影響氣門開啟幅度（如高性能發動機升程可達12-15mm）。

開啟持續角（Duration）：氣門全開對應的曲軸轉角（通常200°-280°CA，CA為曲軸轉角）。

示例：

某2.0T發動機采用中置凸輪軸（DOHC）設計，進氣門升程11.5mm、持續角248°CA，低速扭矩提升12%，高速功率提高8%。

2. 配氣相位優化

可變氣門技術：VVT（可變正時）：通過液壓/電磁機構調整凸輪軸相位角（如豐田VVT-i可實現±50°CA調節），兼顧低速響應與高速功率。

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

數據對比：技術類型扭矩提升功率提升油耗降低成本增加

基礎DOHC - - - 基準 

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. 按驅動方式分類

類型結構優點缺點應用場景

頂置凸輪軸（OHC） 凸輪軸位於氣缸蓋頂部 傳動鏈短、慣性小、響應快 結構復雜、成本高 高速發動機（如F1賽車） 

單頂置凸輪軸（SOHC） 單根凸輪軸控制進/排氣門 結構簡單、成本低 配氣靈活性差 經濟型轎車（如豐田卡羅拉） 

雙頂置凸輪軸（DOHC） 獨立控制進/排氣凸輪軸 高轉速性能優異、可變氣門易實現 成本高、占用空間大 高性能車（如寶馬B58發動機） 

底置凸輪軸（OHV） 凸輪軸位於曲軸箱內 結構緊湊、低速扭矩大 慣性大、高速響應慢 大排量V8發動機（如雪佛蘭LS） 

2. 按材質與工藝分類

鑄鐵凸輪軸：成本低（約$5-10/根），強度高，但重量大（適合OHV結構）。

鋼制鍛造凸輪軸：重量減輕20%-30%，適合高速發動機（如F1賽車采用钛合金凸輪軸，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發動機采用此工藝）。

中空充鈉凸輪軸：軸管中空並填充鈉金屬（熔點97.8℃），利用鈉液循環散熱，溫度降低30%-40%（如奔馳M274發動機）。