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气门正时皮带和链条哪种更耐用?为什么有些车企从正时链条改回了皮带?
在说正时皮带和链条之前,我们不妨先来怀念一下历史最悠久的内燃机配气机构,OHV(Over Head Valve)顶置气门侧置 凸轮轴配气机构。理论上讲这种结构可靠性相当高,但缺点也是很明显的,那就是只能采用每缸两气门,这种难以提高 进、排气效率的设计,所以逐渐被更先进的顶置单凸轮轴、顶置双凸轮轴配气机构所取代。
顶置凸轮轴设计就面临着一个如何驱动凸轮轴转动的问题,OHV机构由于凸轮轴安放在曲轴上方不远的位置,所以驱动 起来很容易,不存在顶置凸轮轴遇到的问题。最早的顶置凸轮轴发动机采用的是齿状皮带驱动方式,但很快就发展出来 了链条驱动和如今还在F1赛车发动机上采用的齿轮驱动。
皮带驱动方式的优点主要就是成本低、噪音低、结构简单、重量轻,但缺点也是很明显的,那就是可靠性差、需要定期 检查及更换。链条驱动凸轮轴的设计,并不是近些年才出现的,比如1962年问世的宝马M10系列发动机,1953年诞生的 丰田R系列发动机,采用的都是链条驱动方式。正时链条驱动凸轮轴的优势主要是,气门正时更准确、不易发生断裂的 情况、可靠性高、高转速下工作更稳定,缺点是噪音大、结构复杂、重量高,但是通过工艺优化和液压涨紧机构可以明 显改善这些缺点。
为什么F1赛车发动机需要使用齿轮机构来驱动凸轮轴呢?因为从上世纪90年代中期开始,F1赛车发动机从涡轮增压进气 形式重返自然吸气,发动机工作转速范围大幅度错后,只有传动最直接的齿轮在这种情况下才能正常驱动凸轮轴。几个 齿轮叠加在一起,就可以把凸轮轴齿盘和曲轴输出轴之间连接到一起,结构比正时皮带和链条都要紧凑,但金属直齿齿 轮摩擦产生的噪音会相当大,所以这种凸轮轴驱动方式并不适用于量产车。
有一个例外就是本田曾经在S2000车型的发动机中,采用了斜齿齿盘、正时链条混合式凸轮轴驱动方式,使用这么复杂 的机构目的还是为了适应发动机较高的工作转速,斜齿齿盘则可从一定程度上降低噪音。单就可靠性而言,正时皮带无 疑没有任何优势,只是有着成本低、噪音低的优点,而正时链条也需要较为成熟的技术和较高的工艺水平,否则很难克 服成本高、噪音大的缺点。