作者：御龙千里
早先的四冲发动机，尺寸都比较大，为了使换气阀门可以随主轴旁的凸轮轴同步运动，是用连杆或顶杆来传递凸轮轴运动的。因使用顶杆比拉杆结构简单，方便拆卸，拉杆方式渐渐退出
骑过多种摩托车的人都知道，顶杆机比较可靠耐用，但为什么后来活塞式内燃机要要走小链机的道路？这要从四冲发动机对换气机构的需要和特点说起。做为四冲发动机，当然是希望换气机构消耗的功率越小越好，一是希望提高发动机的有效输出功率，二是希望换气机构可以比较耐用。
早期的四冲发动机，多数体积大、转速慢，使用顶杆来传递换气阀门所需要的动力，矛盾还不是很多，所以被人们当作是四冲发动机的典型结构之一。但进入二十世纪后，内燃机车在军用和民间都开始大规模运用，发动机的体积也开始小型化，转速越来越高，顶杆机构开始有点不适应。
以摩托车发动机来说，在二十世纪末，民用摩托发动机的转速都已经普遍上升到每分钟八千转；从四冲作功程序的理论上来说，就是需要换气阀门每秒钟运动六十七次！在摩托车上，如果换气机构是二冲发动机的弹簧片，每秒钟运动上百次都不算什么。如果是凸轮轴，每秒钟旋转上百次也还可以。但这里是来回运动的一对钢质顶杆，每秒钟运动六十七次，将会对与其配合的相关部件产生多大的冲击力？将消耗发动机多少能量？
这样的问题，通常不需要做什么实验，有一定物理基础的人，稍加计算，就可得知顶杆机在换气机构上所消耗的能量。据说，汽车上的换气机构更厉害，每对气门会消耗3.5个马力；这个数据对于汽车还可以接受，若是用在摩托上，就是60ml汽缸全速做功的能量都被消耗光了。所以，对于高速发动机来说，顶杆换气机构是一大负担。
对于来回运动的部件，如果是象秋千那样的自由摆动，消耗的能量很低；就象老式的挂钟，虽然钟摆的运动很明显，但实际上挂钟并不因此而多消耗多少能量。自由振动的弹簧与连续旋转的部件也是如此，实际上消耗的能量并不多。但对于断断续续往复运动的顶杆，就不同了；那么重的顶杆运动系统，每一次被加速后的能量都无法回收，发动机需要额外付出很多的动能才能维持顶杆系统这样特殊的往复运动。
特别是摩托车用的高速发动机，全速时每次开启气门的时间只有五毫秒，为气门反应灵敏及时，所配套的弹簧都是非常硬的。在每只换气门开启的一瞬间，大约是二毫秒（千分之二秒）的时间内，顶杆发动机要通过减速齿轮、凸轮轴、滚轮、（或摇臂）顶杆、上摇臂、将换气阀门压下五毫米。这套机构部件的总重量不轻，还有弹簧的压力；这么快的“抖动”，对这套机件的冲击与磨损，要求材料的强度，是可以计算和想象的。
另外，由于顶杆等部件往复运动，产生的惯性力作用在气门摇臂上，在高速时将导致气门关闭过迟。进气门关闭过迟，将造成混合气倒流，压力损失。排气门关闭过迟，将造成可燃气泄漏，油耗上升，排放废气增加。由于凸轮轴位于下部，凸轮与摇臂之间的传动零件过多，配气机构的刚性较差。在发动机运转时，这些零件在周期性作用力下产生变形及振动，使得气门的运动规律发生畸变，气门的开闭时间与幅度相对于凸轮型线产生了偏差，发动机的配气相位不准。将导致功率下降，油耗增加。
在实际应用中，摩托车的顶杆机通常不适宜超过每分钟五千转，再高，驾车人就会感到ＰＰ被震得发麻，那就是顶杆在作高速运动的结果。过份的震动不是件好事，摩托车上有大量的部件是靠螺丝装配的，不少部件是滑动配合的；发动机剧烈震动的时间长了，很容易将螺丝震松、震掉，也很容易将部件之间的配合间隙磨损扩大。
如果一定要在顶杆机上提高转速、同时减少内耗，只有采用昂贵的高科技材料，将所有往复运动的部件都做得非常坚固轻巧，那样弹簧的压力也可以减弱些，换气机构才可以经受得起高速往复运动，才可以减少内耗与震动。做为民用产品，如此提高成本是厂商很不愿意的事；面对如此难题矛盾，小链换气机构才得以出台问世。
因顶杆机的这种先天性不足，最近这二十年来，凸轮轴置于缸头的小链机越来越多；至少在华东地区，几乎很少再看到顶杆机的摩托。凸轮轴置于缸头的小链机与传统的顶杆机换气传动结构不同，凸轮轴置于缸头后，减速齿轮、小链与凸轮轴全是连续旋转运动，几乎不消耗动能；原先消耗动能最大的一对顶杆，现在已经被连续运转的小链条代替。
这样一来，换气机构中做往复运动的部件只剩下一对气门与摇臂，原先消耗发动机很多能量的换气机构，现在对于发动机已经不再是沉重负担。这样的原理有点类似汽缸里的活塞运动，但活塞运动与换气运动有所不同，有飞轮可以吸收和释放活塞与连杆往复运动的能量，少有冲击震动与能量消耗，所谓的活塞减重，也只是为了让活塞销受力轻些。
在实际应用中，凸轮轴置于缸头的小链机运转起来比顶杆机安静、轻松许多，高转速也没很大震动，只是安装拆卸时需要细心点，有个压紧小链的弹簧顶帽需要放松下。目前看来，小链与凸轮轴的价格不是很贵，看似比较精细的小链条通常也还算比较耐用，几乎不见有人投诉半途中有小链被拉断的事情。这款机型在最近这些年的普及应用，基本上说明了这种换气机构还是比较实用的。
以目前摩托技术，市面上流行的小链机型已经又有变化，据说最近某集团推出在缸头安置双凸轮轴的小链传递结构，即进、排气门各自单独使用一只凸轮轴；据说此举的目的是减小摇臂或取消摇臂，将四冲换气机构中往复运动的部件减少到只剩下一对气门，更大限度地减少换气系统的震动、磨损与耗能。
小编PS：感谢【一杯清茶、观鱼摩修、宝松令、彭许、☆哥☆依旧潇洒☆】等朋友的赞赏，赞赏是一种荣誉，是一种动力，感谢支持！
联系客服
