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。
最早采用单顶置凸轮轴（SOHC）的汽车包括1902年英国设计的莫兹利和1903年美国制造的马尔汽车。
双顶置凸轮轴（DOHC）首次出现在一辆法国标致车上，该车赢得了1912年法国大奖赛。
顶置凸轮轴发动机曾用于第一次世界大战的许多军用飞机。这些发动机型号大多使用轴驱动凸轮。现代由正时链条驱动的凸轮轴随后在1920年代的普及汽车中出现。
二战后，双顶置凸轮轴发动机在菲亚特和阿尔法·罗密欧等多个汽车品牌中越来越受欢迎。如今，单顶置和双顶置凸轮轴设计在我们国内和国外制造的汽车中广泛使用。继续阅读，了解SOHC和DOHC发动机以及底置凸轮轴发动机的比较。
凸轮轴的作用
当今的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由发动机曲轴驱动，协调进气门和排气门的正时。
这些阀门将空气和燃料引入燃烧室，并使燃烧后的混合物排入排气系统。
什么是SOHC发动机？
首先，SOHC和DOHC发动机型号是顶置气门配置。
单顶置凸轮轴发动机在每个气缸组上方使用一个凸轮轴。对于V型设计发动机，如V6或V8，将有两个这样的凸轮轴，每个气缸组上方一个。凸轮轴由链条或齿形正时皮带驱动。
根据发动机设计师的选择，可以使用多种方法从这个单凸轮轴操作气门。例如，如果所有气门都与气缸盖的长度平行对齐，凸轮可以直接驱动所有气门。对于其他气门布置，可以使用摇臂或有时非常短的推杆。
SOHC的优点
SOHC设计相较于底置凸轮设计具有多个优势：
- 气门可以定位以实现优化的燃烧室设计。可以使用多个气门；每个燃烧室最多可达五个。也可以使用双火花塞。这些改进可以改善空气-燃料流动和燃烧能力，提供更高的功率和更好的燃油经济性。
- 不需要通过发动机缸体和气缸盖的推杆通道。这两个区域因此可以使用额外（或更大）的冷却液通道，提高冷却效率。改进的冷却，特别是在气缸盖区域，可以实现更高的压缩比。这有利于功率和燃油经济性。
- 由凸轮轴驱动打开气门的机构可以更简单、更轻。这减少了气门浮动的可能性，使得更高的发动机转速成为可能。更高的转速通常提高输出功率。
- 访问所有气门系统组件，特别是凸轮轴，更简单。发动机这一关键区域的维修成本因此更低。
SOHC的缺点
SOHC发动机相较于底置凸轮设计以及DOHC设计存在一些缺点：
- 发动机复杂性增加。这增加了设计和制造成本。与底置凸轮设计相比，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引入底置凸轮发动机不常见的可靠性和维护考虑。
- 发动机可能变得更大，需要更高的引擎盖高度以提供间隙。由于发动机尺寸增加，重量也可能增加。
- 可变气门正时很大程度上限于同时改变进气门和排气门的正时。这是与底置凸轮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排上方有两个凸轮轴。对于V型设计发动机，如V6或V8，将总共有四个凸轮轴。与SOHC发动机设计一样，DOHC将使用正时链条或齿形皮带来驱动凸轮轴。
在大多数情况下，对于DOHC（或双凸轮）发动机，每个凸轮将直接驱动其关联的气门。
DOHC的优点
DOHC发动机具有与SOHC设计相同的优点。这些包括：
- 气门可以定位以实现优化的燃烧室布局。优化气门布局可以有利于功率和燃油经济性。
- 通过DOHC设计，发动机缸体和气缸盖的冷却效率得到提高。增加的压缩比提供更高的功率和能源效率。
- DOHC设计提供最直接的气门操作。街道车的峰值发动机转速可达8,500或更高。赛车通过先进的DOHC系统可以达到更高的发动机转速。
- 维护凸轮轴和挺杆的访问更容易。这有助于降低整体维护和维修成本。
- DOHC发动机提供VVT优势的最佳部分。可变气门正时可以独立为每个凸轮轴工作，为进气门和排气门提供最佳的气门正时。
DOHC的缺点
与SOHC发动机一样，DOHC设计具有相同的基本缺点。
- 与底置凸轮设计相比，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费用。
- 与SOHC设计一样，DOHC发动机的高度增加，总重量也往往更高。
什么是底置凸轮轴发动机？
二战后建造的大多数美国汽车发动机是底置凸轮型号。这些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平头发动机的气门。
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），凸轮轴通过一个由推杆和称为摇臂的杠杆组成的系统驱动每个气门。
底置凸轮的优点
底置凸轮气门系统的主要优点如下：
- 这样的系统设计简单且制造成本低廉。
- 它们被证明非常可靠。
- 底置凸轮发动机的总高度相对较低。这允许更低的引擎盖轮廓，这对于流线型车身设计可能是一个福音。
底置凸轮的缺点
底置凸轮设计存在一些缺点，特别是对于OHV发动机：
- 通过发动机缸体的推杆空间分配以及气缸盖顶部的摇臂可能规定或挤占其他组件的位置。
- 推杆和摇臂的几何形状可能迫使气缸盖燃烧室的形状和大小效率低下。
- 凸轮轴和每个气门之间的机构的质量（或重量）引入了惯性效应，限制了气门的操作速度。在非常高的发动机转速下，例如超过7,000转每分钟（RPM），气门可能无法完全关闭。这被称为气门浮动，它将始终限制发动机功率。
- 推杆需要向上通过发动机缸体和气缸盖的通道。这样的通道可能限制发动机缸体和气缸盖中冷却区域的大小，倾向于降低冷却效率。
- 可以改善性能和燃油经济性的独立可变气门正时（VVT）将难以提供给进气门和排气门。
当今一些非常高性能的发动机仍然是底置凸轮设计。这些设计可能包括某种形式的可变气门正时。然而，凸轮正时的变化将同时适用于进气门和排气门，因为这些发动机只有一个凸轮轴。
如何判断您拥有的是SOHC还是DOHC？
通常，您可以简单地打开汽车引擎盖并检查发动机顶部。一个狭窄但高且前端有明显凸起用于凸轮驱动齿轮的发动机顶部通常表明下面隐藏着SOHC。
一个宽大的发动机和/或带有两个凸起的顶部将揭示DOHC配置的存在。如有疑问，在线搜索您汽车的品牌、型号、年份和排量应该能在这方面提供澄清。
您可以将SOHC改为DOHC吗？
进行这样的更改通常极其昂贵。然而，一些汽车品牌和型号在SOHC和DOHC配置中有类似的发动机选择。一些本田车型符合这个模式。
对于特定型号，SOHC气缸盖可以替换为DOHC气缸盖。并且通过适当的发动机控制单元（ECU）重新编程和辅助发动机系统的更改（以及良好的DIY技能），这样的转换当然是可能的。