凸轮轴（Camshaft）是内燃机配气机构的核心部件，通过其表面凸轮的旋转运动，精准控制气门开闭时机与升程，直接影响发动机的进气效率、排气彻底性、动力输出特性及燃油经济性。以下从功能原理、技术参数、应用案例及发展趋势四方面展开分析：

一、凸轮轴的核心功能

1. 气门正时与升程控制

工作原理：

凸轮轴通过正时齿轮/链条/皮带与曲轴联动（转速比1:2），凸轮轮廓推动挺柱/摇臂，驱动进气门和排气门按特定时序开启/关闭。

关键参数：基圆半径：决定气门关闭时的密封性（误差需≤0.01mm）。

升程（Lift）：凸轮最高点与基圆半径差值，影响气门开启幅度（如高性能发动机升程可达12-15mm）。

开启持续角（Duration）：气门全开对应的曲轴转角（通常200°-280°CA，CA为曲轴转角）。

示例：

某2.0T发动机采用中置凸轮轴（DOHC）设计，进气门升程11.5mm、持续角248°CA，低速扭矩提升12%，高速功率提高8%。

2. 配气相位优化

可变气门技术：VVT（可变正时）：通过液压/电磁机构调整凸轮轴相位角（如丰田VVT-i可实现±50°CA调节），兼顾低速响应与高速功率。

VVL（可变升程）：采用分段式凸轮或电子液压机构（如本田VTEC），高转速时切换高升程凸轮，功率提升15%-20%。

数据对比：技术类型扭矩提升功率提升油耗降低成本增加

基础DOHC - - - 基准 

VVT 8%-10% 3%-5% 2%-4% +15% 

VVT+VVL 12%-15% 8%-12% 5%-7% +30% 

二、凸轮轴的类型与特性

1. 按驱动方式分类

类型结构优点缺点应用场景

顶置凸轮轴（OHC） 凸轮轴位于气缸盖顶部 传动链短、惯性小、响应快 结构复杂、成本高 高速发动机（如F1赛车） 

单顶置凸轮轴（SOHC） 单根凸轮轴控制进/排气门 结构简单、成本低 配气灵活性差 经济型轿车（如丰田卡罗拉） 

双顶置凸轮轴（DOHC） 独立控制进/排气凸轮轴 高转速性能优异、可变气门易实现 成本高、占用空间大 高性能车（如宝马B58发动机） 

底置凸轮轴（OHV） 凸轮轴位于曲轴箱内 结构紧凑、低速扭矩大 惯性大、高速响应慢 大排量V8发动机（如雪佛兰LS） 

2. 按材质与工艺分类

铸铁凸轮轴：成本低（约$5-10/根），强度高，但重量大（适合OHV结构）。

钢制锻造凸轮轴：重量减轻20%-30%，适合高速发动机（如F1赛车采用钛合金凸轮轴，重量仅铸铁的1/3）。

装配式凸轮轴：凸轮与轴管通过热套/过盈配合组装，降低制造成本（如大众EA888发动机采用此工艺）。

中空充钠凸轮轴：轴管中空并填充钠金属（熔点97.8℃），利用钠液循环散热，温度降低30%-40%（如奔驰M274发动机）。