直壓式DOHC vs搖臂式DOHC同為DOHC也有不同的機械結構？

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2018.03.12　作者：OPTION 　

進氣門和排氣門有各自的凸輪軸驅動，稱為DOHC，早期是以凸輪軸的凸出部直接壓動氣門挺桿的直壓式，另外也有在中間插入氣門搖臂的方式。

1. 原來DOHC引擎是Peugeot開發的？

2. 直接壓、間接壓，哪個比較好？

3. 直壓式受到滑輪的干涉，搖臂式的自由度較高？

4. 直壓式更換墊片來調整間隙，搖臂式則不用？

原來DOHC引擎是Peugeot開發的？

DOHC引擎首次面世是於1912年由Peugeot開發，在當時是非常先進的機械結構，因此首先採用於賽車，然後才導入市售車，而在Peugeot開發出DOHC之前最先進的氣門驅動方式是SOHC，再以前是OHV，更往前則使用側置氣門等方式。進氣門和排氣門各自以專屬凸輪軸驅動的DOHC引擎反應比SOHC更快，對傳動系統的質量慣性也小，因此有利於高轉速，這樣的特性讓DOHC成為賽車引擎必備的機械結構，然後在市售性能車的引擎上也普及了。

Peugeot開發的DOHC氣門驅動方式是稱為連控軌道閥的強制開閉式，但後來進化成以凸輪直接壓動氣門挺桿的簡單方式，這種方式長期為DOHC固定使用的構造，但在開發出與SOHC相同的搖臂式之後，如今直壓式與搖臂式都有車廠使用。搖臂式是Honda在F2賽車引擎上開發的，然後導入於F1引擎、並採用於市售B16系列引擎，這款引擎在四個氣門內側支點使用搖臂式，是全世界最早將這種方式導入市售車的引擎。

直壓式

以凸輪軸的凸出部直接壓動氣門挺桿，稱為直壓式，自從有DOHC引擎開發以來，首先以此種方式為主流，相較之下，這種方式更適合高轉速引擎。

搖臂式

與SOHC引擎同樣於凸輪和氣門之間插入搖臂，最大特徵是應用槓桿原理增加氣門揚程、同時在與凸輪的接觸點加入滾珠軸承以降低摩擦損耗。

直接壓、間接壓，哪個比較好？

四行程的內燃機以進氣、壓縮、（爆炸）燃燒、排氣這四個行程完成一次循環，進氣行程開啟進氣門，壓縮行程和燃燒行程關閉全部氣門，排氣行程開啟排氣門。

控制氣門開閉的是凸輪軸上一體成型構造、蛋型變形的凸輪，凸出部因應四個行程和汽缸數目做出相合的設定，隨著凸輪軸的旋轉依序壓開各氣門，凸出部通過後，氣門即回復關閉狀態，四行程是曲軸每轉兩圈時凸輪軸轉一圈。至於壓開氣門的部分，由凸輪軸的凸出部直接壓動氣門閥上的氣門挺桿者為直壓式，像SOHC一樣有搖臂介入，如蹺蹺板一樣壓動氣門閥稱為「搖臂式」，目前採用的就這兩種。

如同先前提到，早期的DOHC引擎全為直壓式，構造簡單、零件數目少、反應快速，這種方式看來似乎沒有缺點，但它其實有兩個主要的弱點：一是無法控制改變氣門揚程，一是磨擦損耗令人在意，因此以搖臂間接壓動氣門閥的搖臂式誕生。

直壓式，由凸輪軸的凸出部直接壓動，特徵是反應直接、零件數目少，因此受到質量慣性的影響也小，而且可靠性高、成本較低，這些都是優點。

搖臂式以較小的凸輪卻能控制更大的氣門揚程，這是搖臂式的首要特徵。DOHC引擎率先由Honda採用於F2賽車，然後再普及到市售車引擎。最近凸輪軸的接觸點上新加了滾珠軸承，讓滾動阻力趨近於零，旋轉時的感受有口皆碑，對於降低油耗也有貢獻。

日本最早搭載DOHC引擎的車款是輕型貨卡

超輕型貨卡車Honda T360

為了在賽車中獲勝而開發的DOHC引擎，在歐洲也搭載於運動型車款、以發揮高性能，但在日本最早搭載DOHC引擎的卻是輕型貨卡車，Honda T360就是日本的第一款，Honda在重機賽就已經具備DOHC的經驗，而為參加四輪賽車所開發的引擎也是DOHC，原本預定搭載於雙座位的S360，但這款車並未投入量產，改以S500上市，因此這具最早開發的354c.c. DOHC引擎就搭載於T360上市。

日本最早搭載DOHC引擎的是Honda輕型貨卡車T360，354c.c.直列4缸，最高轉速8500rpm可得馬力30ps。

擴大至531c.c.的引擎搭載於S500，是日本首先使用DOHC引擎的小客車。

AS280E型引擎，直壓式、單汽缸、2氣門、四連裝化油器。

直壓式受到滑輪的干涉，搖臂式的自由度較高？

氣門揚程對引擎性能有很大的影響，倘若進氣門的揚程小，進氣量就小，為了達到最佳的空燃混合比，供給的燃油也必須少，結果就無法提昇動力。引擎的開發史其實也可說是如何吸進更多空氣的研究史，為了增加氣門面積，每個汽缸採用了4個氣門，但凸輪的揚程也是重要的元素，直壓式要做到大揚程的話，就必須使用大凸輪，大凸輪的質量也大，連帶就會產生必須加大氣門挺桿面積的問題，因此直壓式只能在有限的尺寸中盡量設計最大的揚程。

直壓式將屋頂型的燃燒室緊緻化並提高燃燒效率，就必須縮窄氣門夾角，但直壓式的左右受到正時齒輪的干涉，能縮窄的角度也很有限。

相較之下，搖臂式的自由度就比較高，來自於蹺蹺板的發想，若將中央的支點做為左右的中心，左右的上下距離就相同，轉移支點的位置就可以改變左右的上下距離，也就是說搖臂式應用了槓桿的比例，讓小凸輪產生大揚程，即在小凸輪的前提下擴大氣門揚程特性或是正時，這也是它的優點。還有一個特徵，就是因應支點偏外的型式而縮窄氣門夾角，就可以形成緊緻的燃燒室；而支點偏內的型式則有縮窄汽缸頂的優點。

搖臂式將支點設置在外側的搖臂式，由於採行氣門挺桿在內側的佈局，因此避開了正時滑輪的干涉，氣門夾角得以縮得更窄。

直壓式的凸輪面光滑

搖臂式的滾珠軸承降低滾動阻力

驅動系統都有摩擦損耗，氣門驅動也不例外，即便已有機油提供潤滑，但是金屬和金屬之間接觸部分的摩擦仍然不可避免，就發生了磨擦損耗。直壓式凸輪軸的凸出部在氣門挺桿的表面以滑移的方式作動，高轉速時摩擦損耗並不小，因此要將氣門挺桿的表面予以平滑化，還要進行硬質薄膜等方式處理，也有引擎使用最新的DLC類鑽石碳膜處理來降低摩擦損耗。

直壓式以凸輪軸的凸出部直接壓動氣門挺桿表面的直壓式，儘管有用機油潤滑，仍不可避免摩擦損耗發生。

搖臂式和直壓式同樣有金屬與金屬的摩擦點，早期的搖臂式在搖臂上有滑片與凸輪軸的凸出部接觸，因此產生摩擦損耗，但現在的搖臂式採用滾珠軸承，摩擦損耗無限趨近於零。今天直壓式和搖臂式仍在服役，直壓式擁有零件數目少、成本低的巨大優勢，但最重視油耗表現的引擎款式則大多傾向摩擦損耗少的滾珠搖臂式。

搖臂式搖臂式早期使用滑片的部分會產生摩擦損耗，但在改用滾珠搖臂式之後得以解決，對於改善油耗也有貢獻。

直壓式更換墊片來調整間隙，搖臂式則不用？

凸輪最底部和氣門挺桿之間必須有適當的間隙，理由是為了因應受熱時產生的形變，金屬會隨著高溫而膨脹，氣門系統主要是氣門閥膨脹的影響很大，如果冷車時氣門間隙是零，溫度上昇時氣門挺桿就會經常處於受壓狀態，造成氣門開閉的時機失準。

SST專用工具

為了防範這個狀況，冷車時必須保持規定的空隙、也就是調整氣門間隙。直壓式在氣門挺桿上方設有凹處，藉由更換插入此處的墊片來調整，墊片的厚度為0.05公厘，以規定值為準、有十幾種類型；直壓式也有無縫型式，這種方式則是更換氣門挺桿本體；另外還有搭配氣門挺桿內部的間隙調節器的方式。

直壓式藉由更換插入氣門挺桿上方的墊片來調整間隙，墊片厚度以0.05公厘為準、有十幾種類型，更換時要使用特殊工具。

搖臂式則在氣門閥一側的活動樞紐上設置螺栓，藉由轉動螺栓來調整間隙，但採用這種方法的不多，如今的主流引擎在末端樞紐上搭配油壓式間隙調節器，自動調整間隙並常保持為零。

直壓式也有採用無縫氣門挺桿的引擎，優點是有效面積廣、氣門揚程大，但在整備便利性上不如墊片式。

早期的搖臂式也有採用螺栓來調整的，如今則是在末端樞紐上搭配油壓式間隙調節器，就不需要手動調整氣門間隙。

搖臂式也有各種型式？

搖臂式大致分有兩種型式，一種是將搖臂支點設於內側，另一種是支點設於外側。2氣門引擎例如Toyota的5M-GE採用在內側支點搭配液壓式間隙調節器的方式，4氣門引擎則是Honda的ZC為世界首創採用內側支點搖臂，內側支點的優點是凸輪軸位於氣門內側的佈局，令汽缸頂得以縮窄。另一方面，外側支點在不用減少進排氣凸輪軸間隔的前提下，就能縮窄氣門夾角，優點是能營造緊緻的燃燒室，但也要避免正時滑輪的干涉。