单顶置凸轮轴和双顶置凸轮轴自20世纪初以来一直是汽车、船舶、摩托车和飞机发动机的组成部分。
配备单顶置凸轮轴（SOHC）的早期车辆包括1902年在英国设计的莫兹利汽车，以及1903年在美国制造的马尔奥特卡汽车。
双顶置凸轮轴（DOHC）首次应用于1912年赢得法国大奖赛的法国标致汽车。
顶置凸轮轴发动机在第一次世界大战期间被许多军用飞机采用。这些发动机型号中有许多使用轴来驱动凸轮。现在常见的正时链条驱动的凸轮轴是在20世纪20年代的大众汽车之后出现的。
第二次世界大战后，DOHC发动机在包括菲亚特和阿尔法罗密欧在内的许多汽车品牌中广受欢迎。如今，单顶置和双顶置凸轮轴的设计已在国内和进口汽车中广泛普及。请继续阅读以了解SOHC和DOHC发动机与凸轮轴下置发动机的比较。
凸轮轴的目的
现代汽车活塞发动机使用一个或多个凸轮轴来驱动进气门和排气门。凸轮轴通过链条或皮带从发动机的曲轴驱动，调节进气门和排气门的正时。
这些阀门的作用是将空气和燃料引入燃烧室，并将燃烧后的混合气排放到排气系统中。
什么是SOHC发动机？
首先，SOHC和DOHC发动机模型是顶置气门配置。
单顶置凸轮轴发动机在每个气缸组上方放置一个凸轮轴。对于V6和V8等“V型”设计的发动机，每个气缸组上方各使用一个凸轮轴，总共两个凸轮轴。凸轮轴通过正时链条或正时皮带驱动。
根据发动机设计师的选择，使用不同的方法来从该单凸轮轴驱动气门。例如，如果所有气门都沿缸盖长度方向平行排列，凸轮可以直接驱动所有气门。在其他气门布置中，可能会使用摇臂或非常短的推杆。
SOHC的优点
SOHC设计相比凸轮轴下置设计具有以下几个优点：
- 气门可以为了最佳的燃烧室设计而布置。可以使用多个气门，每个燃烧室最多可达五个气门。也可以使用双火花塞。这些改进可以提高空气燃料流量和燃烧能力，从而有望提高输出功率和燃油效率。
- 发动机缸体和气缸盖上不需要推杆通道。这使得这两个区域可以使用额外（或更大）的冷却液通道，从而提高冷却效率。特别是在气缸盖区域改善冷却效果，可以实现更高的压缩比。这对输出功率和燃油效率都有好处。
- 由凸轮轴驱动的气门开闭机构更简单、更轻。这减少了气门浮动的可能性，允许更高的发动机转速。通常，更高的转速会提高输出功率。
- 所有气门系统组件，特别是凸轮轴的维护更容易。这降低了这一关键发动机区域的维修成本。
SOHC的缺点
SOHC发动机相比凸轮轴下置设计和DOHC设计有几个缺点：
- 发动机复杂性增加。这导致设计和制造成本增加。与凸轮轴下置设计相比，发动机整体重量也可能增加。使用链条或皮带的凸轮轴驱动可能会引入凸轮轴下置发动机所没有的可靠性和维护方面的考虑。
- 发动机可能变得更大，需要更高的引擎盖高度以提供间隙。发动机尺寸的增加也可能导致重量增加。
- 可变气门正时通常同时改变进气门和排气门的正时。这是凸轮轴下置发动机存在的相同正时问题。
什么是DOHC发动机？
双顶置凸轮轴发动机在每个气缸列上方放置两个凸轮轴。对于V6和V8等“V型”设计的发动机，总共使用四个凸轮轴。与SOHC发动机设计类似，DOHC使用正时链条或正时皮带来驱动凸轮轴。
在大多数情况下，DOHC（或双凸轮）发动机中，每个凸轮直接驱动相关的阀门。
DOHC的优点
DOHC发动机具有与SOHC设计相同的优点。这些包括：
- 气门可以为了最佳的燃烧室布置而定位。气门布置的优化有助于提高输出功率和燃油效率。
- DOHC设计提高了发动机缸体和气缸盖的冷却效率。压缩比的提高带来了输出功率和能源效率的提升。
- DOHC设计提供了最直接的气门驱动方式。在量产车中，可以实现高达8,500转/分钟或更高的最高发动机转速。赛车可以通过先进的DOHC系统实现更高的发动机转速。
- 凸轮轴和从动件的维护方便。这有助于降低整体维护和维修成本。
- DOHC发动机能最大限度地利用VVT的优势。可变气门正时可以对每个凸轮轴独立工作，为进气门和排气门提供最佳的气门正时。
DOHC的缺点
与SOHC发动机类似，DOHC设计也具有相同的基本缺点。
- 与凸轮轴下置设计相比，发动机的复杂性和重量增加。设计和制造成本也更高。与SOHC设计相比，DOHC发动机具有更复杂的链条或皮带驱动系统。这降低了整体可靠性，并增加了维护成本。
- 与SOHC设计类似，DOHC发动机的高度增加，总重量也往往更高。
什么是凸轮轴下置发动机？
第二次世界大战后不久生产的美国汽车发动机，大部分是凸轮轴下置型号。这些发动机使用位于发动机缸体内的单个凸轮轴。这个凸轮轴直接驱动了许多流行的侧置气门发动机的气门。
对于高性能顶置气门（OHV）发动机（气门位于燃烧室上方的发动机），凸轮轴通过一个称为推杆和摇臂的杠杆系统来驱动每个气门。
凸轮轴下置的优点
凸轮轴下置气门系统的主要优点如下：
- 这样的系统设计简单，制造经济。
- 已被证明非常可靠。
- 凸轮轴下置发动机的整体高度相对较低。这使得较低的引擎盖轮廓成为可能，有助于实现时尚的车身设计。
凸轮轴下置的缺点
凸轮轴下置设计，特别是在OHV发动机中，有几个缺点：
- 发动机缸体中为推杆预留的空间以及气缸盖顶部为摇臂预留的空间，可能会限制或过度占用其他部件的布置空间。
- 推杆和摇臂的几何形状可能导致气缸盖燃烧室的形状和尺寸效率低下。
- 凸轮轴和每个气门之间的机构质量（或重量）会引入惯性效应，限制气门驱动速度。在非常高的发动机转速下，例如每分钟7,000转（rpm）以上，气门可能无法完全关闭。这被称为气门浮动，总是限制发动机的输出功率。
- 推杆需要穿过发动机缸体和气缸盖向上的通道。这种通道往往会限制发动机缸体和气缸盖冷却区域的尺寸，从而降低冷却效率。
- 用于提高性能和燃油效率的可变气门正时（VVT）很难独立地应用于进气门和排气门。
如今一些非常高性能的发动机仍然是凸轮轴下置设计。这些设计可能包含某种形式的可变气门正时。然而，由于这些发动机只有一个凸轮轴，凸轮正时的变化会同时作用于进气门和排气门。
如何判断您拥有的是SOHC还是DOHC？
通常，只需打开汽车的引擎盖并检查发动机顶部即可判断。如果发动机顶部狭窄且较高，前面有用于凸轮驱动链轮的明显凸起，则通常其下方隐藏着SOHC。
顶部宽大的发动机，或者有两个凸起的发动机，则表明存在DOHC配置。如果有疑问，您可以在线搜索汽车的制造商、型号、年份和排量来明确这一点。
可以将SOHC改为DOHC吗？
进行这样的改装通常非常昂贵。然而，一些汽车品牌和型号提供类似发动机选项，既有SOHC配置也有DOHC配置。一些本田车型符合这种模式。
对于特定型号，可以将SOHC气缸盖更换为DOHC气缸盖。然后，通过发动机控制单元（ECU）的适当重新编程以及辅助发动机系统的更改（以及出色的DIY技能），这样的转换肯定是可行的。