單頂置凸輪軸(Single overhead camshaft, SOHC)
- 汽缸頭內只設置一支凸輪軸,用於1進1排單汽門結構
- 需要往復運動的部件及其總質量較同等條件下的OHV顯著減少,SOHC能提高引擎轉速,在輸出扭矩相同的情況下提高引擎的功率輸出
- 凸輪軸能夠直接或通過搖臂控制汽門開閉,不需像OHV的推桿式引擎通過挺杆、較長的推桿以及搖臂,將引擎組內凸輪軸上凸輪的運動傳遞到汽缸蓋內的汽門上。
- 進、排汽門在進氣道中位置不同,汽門開閉時間的精確性會受到一定影響
- 相比於推桿式結構, SOHC能使引擎結構(主要是配氣結構)更加緊湊。這優勢在採用多汽門設計(即一個汽缸有兩個以上的汽門)時特別顯著
優點
一根凸輪軸開啟進排汽門,所以汽門開啟時間是固定的,進氣量及油氣混合受到其他因素影響小,維護起來相對簡單。
- 在正常城市道路偏低速行駛時,低轉速扭矩響應快,更適應起起停停的節奏。(普通家用車排量一般不大,因此在意低扭能力強不強)
- 低扭能力強,順勢而來的就是較好的燃油經濟性還有駕駛快感。(在低轉速公路上燃油更經濟)
- 由於只有一個凸輪軸由正時齒輪直接驅動,所以發動機的上升轉速時將不會受到凸輪軸的旋轉阻力的影響,並且能夠更快的完成低轉速部分的出力。
缺點
- 無法自由控制汽門開合時間,速度提高後會覺得馬力不足。
- 在高速下,搖臂本身具有一定的彈性,多個部件的往復運動產生慣性,所以汽門行程控制在高轉速時缺乏穩定性,會有一些不必要的振動或噪音。
雙頂置凸輪軸(Double overhead camshafts, DOHC)
- 簡稱「雙凸輪軸」(twin cam)
- 可用於多汽門結構
- 汽缸頭內配備兩支凸輪軸的汽門,分別控制進汽門和排汽門
- 根據引擎構造的不同(汽缸排列形式),一台一般的雙頂置凸輪軸汽車引擎,最多可擁有兩支到四支不等的凸輪軸。
- 驅動兩個凸輪軸,可以直接通過凸輪軸在汽門下旋轉,汽門搖臂不再是介質,但需要更長的正時小鏈或皮帶來驅動。
- 多汽門引擎的汽門需要被直接驅動(一般都通過挺杆驅動),那麼DOHC是不可缺少的
- DOHC結構的引擎不一定有兩個以上的進汽門和排汽門(多汽門技術普及之前,兩汽門引擎上也經常配備兩支凸輪軸)
- 並非所有DOHC都是多汽門的設計,不過當今幾乎所有的DOHC引擎中,每個汽缸都有三個到五個汽門,因此DOHC已經與多汽門技術劃上了等號
優點
技術更先進,動力輸出平順,噪音及震動較小,極速較高
適合經常跑高速,對功率要求比較高,發動機想要高速更帶勁
- 可以更自由的控制進排汽門的開合時間,解決SOHC開合汽門的不精確以及通風的穩定性問題
- 在高轉速中能讓更多的空氣輸入和燃料混合,所以輸出功率優越性提高很多。
- 高轉速中動力儲備厚,動力衰竭慢,極速很高,性能比較強悍。
- 沒有過多的往復運動部件和傳遞介質,所以振動控制更好。
- 使用兩個單獨的凸輪,採用V型燃燒室讓汽門角度更靈活, 火花塞可以放置在燃燒室的中間,有助於完全和均勻的燃燒。
缺點
- 越是小排量,如果用雙凸輪軸,低扭狀況就越不好。
- 由於要驅動兩個凸輪,所以發動機的低速加速間隔轉矩將會丟失。
- DOHC引擎可以擁有諸如連續可變汽門、可變進氣、渦輪增壓、機械增壓等各種技術來彌補缺陷。(排量>1.8L,低扭不強的缺點可被弱化)
大排量車型基本都採用DOHC引擎,尤其是高性能車款,由於DOHC結構複雜,維修難度與成本較高
SOHC v.s. DOHC
DOHC比SOHC有效率?
- SOHC只有一支凸輪軸控制進氣和排氣汽門,在汽門開啟和關閉的時間控制上,沒辦法像DOHC那麼好,因為DOHC在進氣和排氣各有一支凸輪軸來控制汽門開啟和關閉。
- DOHC在高轉速的表現會比在低轉速時來得好,而SOHC在低轉時的表現會比在高轉速時好,且DOHC在低轉速時的表現會比SOHC還差,低轉速SOHC引擎比較有效率(一般行車轉速不高於4000轉)
DOHC比SOHC適合高轉速?
- DOHC結構(CAM推Valve)比SOHC簡單很多,高轉速下,機械結構較多的SOHC比較有LAG的情況,導致高轉速高氣流速度下SOHC引擎進氣跟排氣的效率會比DOHC稍差
- 部分的DOHC引擎可設計把進排氣CAMSHIFT拉遠些,讓燃燒室中的進排汽門有比較大的夾角,改變進排氣的流速
- 高性能引擎除了多半使用高角度凸輪、高斷油轉速、高壓縮比設計之外,還多半也會採用Valve汽門夾角較大的DOHC設計
- SOHC因為需帶動大型的頂桿去推汽門,若將原廠的汽門夾角大幅擴大,機械頂桿會增長很多,結構強度會變差,結構重量卻增加許多,所以高轉速就會吃虧些