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第2章 摩托車發(fā)動機(jī)

2.1 摩托車發(fā)動機(jī)基本構(gòu)造

2.1.1 機(jī)體組

機(jī)體組的作用是構(gòu)成發(fā)動機(jī)的骨架,支承所有的運(yùn)動件,安裝輔助系統(tǒng),利用曲軸箱將發(fā)動機(jī)總成吊掛在車架上。機(jī)體組由氣缸蓋、氣缸體和曲軸箱三部分組成,如圖2-1所示。

圖2-1 發(fā)動機(jī)機(jī)體組的組成

1—?dú)飧咨w罩;2—凸輪軸;3—?dú)忾T組件;4—?dú)飧咨w;5—?dú)飧讐|;6—?dú)飧左w;7—曲軸箱體;8—時規(guī)鏈;9—?dú)忾T;10—時規(guī)鏈輪;11—搖臂軸;12—搖臂

(1)氣缸蓋

氣缸蓋的作用是與氣缸蓋襯墊共同密封氣缸的上平面,并與活塞頂部共同組成燃燒室。氣缸蓋與高溫高壓燃?xì)庵苯咏佑|,承受交變的機(jī)械負(fù)荷,因此要求氣缸蓋有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗腐蝕性能,以確保工作中不會因變形而造成漏氣。氣缸蓋通常采用具有高強(qiáng)度、剛度和導(dǎo)熱性好的鋁合金壓鑄而成。為了滿足發(fā)動機(jī)的冷卻要求,風(fēng)冷發(fā)動機(jī)氣缸蓋外表面鑄有許多散熱片,以增加氣缸蓋的散熱面積,并被吹來的空氣帶走熱量,以冷卻氣缸蓋;水冷發(fā)動機(jī)氣缸蓋內(nèi)鑄有冷卻液套,其端面的冷卻液孔與氣缸體上端面的冷卻液孔相通,以便于利用由氣缸體來的冷卻液冷卻燃燒室等高溫部分。

氣缸蓋因發(fā)動機(jī)配氣方式不同而不同,可以分為頂置凸輪式和下置凸輪式兩種。頂置凸輪式氣缸蓋內(nèi)部布置有鏈條腔、凸輪軸室、氣門室、氣門座及進(jìn)排氣道、燃燒室、潤滑油道等,其上可以安裝氣門、氣門彈簧、氣門導(dǎo)管、凸輪軸、氣門搖臂、火花塞等;下置凸輪式氣缸蓋由于配氣凸輪軸是安裝在曲軸箱左側(cè)上的,所以在氣缸蓋上未設(shè)凸輪軸室和鏈條腔,其上能夠安裝氣門、氣門彈簧、氣門導(dǎo)管、氣門搖臂、火花塞等。

(2)氣缸體

氣缸體的圓柱形空腔稱為氣缸。氣缸是一個光孔,是可燃混合氣壓縮、燃燒和膨脹的空間,對活塞運(yùn)動起導(dǎo)向作用,并將氣缸的部分熱量傳遞給周圍冷卻介質(zhì)。氣缸體一側(cè)鑄有矩形空腔或推桿孔等,作為正時鏈或推桿的通道。為了滿足發(fā)動機(jī)冷卻的要求,風(fēng)冷發(fā)動機(jī)氣缸體外表面鑄有許多散熱片,利用摩托車在行駛過程中迎面吹來的空氣直接將氣缸體的熱量帶走,以冷卻氣缸體;水冷發(fā)動機(jī)氣缸體內(nèi)部鑄有冷卻液通道夾層(即冷卻液套)。氣缸體按結(jié)構(gòu)形式可以分為整體式和組合式兩種。整體式氣缸體按材料的不同,可以分為鋁合金氣缸體和合金鑄鐵氣缸體,見表2-1。

表2-1 鋁合金氣缸體和合金鑄鐵氣缸體

(3)曲軸箱

曲軸箱是發(fā)動機(jī)的安裝基體,幾乎所有的發(fā)動機(jī)零件和輔助系統(tǒng)的一些附件均安裝在曲軸箱上,并承受燃燒爆發(fā)沖擊和曲軸連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動的慣性力,且構(gòu)成密閉空間。曲軸箱上還設(shè)有與車架連接的懸掛孔,通過此孔將發(fā)動機(jī)安裝在車架上。曲軸箱是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁腔體,用鋁合金壓鑄經(jīng)精密加工而成,它一般由左右箱體和左右箱蓋組成。曲軸箱體和曲軸箱蓋的結(jié)構(gòu)、形狀均根據(jù)其功能而設(shè)計。曲軸箱體按其結(jié)構(gòu)形式不同,可以分為有變速器室的曲軸箱和無變速器室的曲軸箱,見表2-2。

表2-2 有變速器室的曲軸箱和無變速器室的曲軸箱

2.1.2 曲軸連桿機(jī)構(gòu)

曲軸連桿機(jī)構(gòu)(圖2-2)的作用是承受氣體燃燒的爆發(fā)壓力,推動活塞連桿,再由連桿推動曲軸旋轉(zhuǎn),使活塞的直線往復(fù)運(yùn)動變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,為摩托車提供動力。同時,活塞在曲軸和飛輪的帶動下,完成進(jìn)氣、壓縮、排氣三個輔助行程,并驅(qū)動配氣機(jī)構(gòu)以及輔助裝置。

圖2-2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)

1—活塞環(huán);2—活塞;3—活塞銷;4—活塞銷擋圈;5—活塞銷軸承;6—鍵;7—左曲柄;8—連桿;9—連桿軸承;10—曲柄銷;11—右曲柄;12—曲軸左軸承;13—油封;14—隔套;15—O形圈;16—曲軸右軸

曲軸連桿機(jī)構(gòu)主要包括活塞、活塞環(huán)、活塞銷、連桿、曲軸、飛輪等,在組合式曲軸中還有曲柄銷,見表2-3。

表2-3 曲軸連桿機(jī)構(gòu)

2.1.3 配氣機(jī)構(gòu)

摩托車發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)發(fā)動機(jī)進(jìn)氣過程和排氣過程的控制機(jī)構(gòu)。其作用是按照發(fā)動機(jī)的工作次序,定時地打開和關(guān)閉進(jìn)氣門及排氣門,使新鮮空氣或燃油混合氣進(jìn)入氣缸,并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出去。配氣機(jī)構(gòu)主要由凸輪軸、氣門、搖臂、氣門彈簧及氣門傳動機(jī)構(gòu)等組成(圖2-3),配氣機(jī)構(gòu)的組成部件及作用見表2-4。

圖2-3 配氣機(jī)構(gòu)

1—搖臂;2—?dú)忾T彈簧;3—?dú)忾T;4—曲軸;5—?dú)忾T間隙調(diào)整螺母;6—正時從動鏈輪;7—凸輪軸;8—正時鏈條;9—正時主動鏈輪

表2-4 配氣機(jī)構(gòu)的組成部件及作用

圖2-4 氣門傳動機(jī)構(gòu)

1—張緊臂;2—張緊滾輪;3—油泵鏈軸;4—正時鏈條;5—正時從動鏈輪;6—鏈條導(dǎo)向滾輪組件;7—導(dǎo)向滾輪銷軸;8—油泵傳動鏈輪;9—鏈條張緊臂心軸;10—張緊桿;11—張緊彈簧

2.1.4 燃料供給系統(tǒng)

燃料供給系統(tǒng)的作用是根據(jù)發(fā)動機(jī)不同的工況要求,將汽油與所需要的空氣混合,形成可燃混合氣,及時、定量、準(zhǔn)確地將可燃混合氣送入氣缸,并將燃燒后的廢氣從氣缸內(nèi)排出,確保發(fā)動機(jī)工作的平穩(wěn)性和經(jīng)濟(jì)性。

燃料供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。

圖2-5 燃油供給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1—油量計;2—燃油箱;3—燃油箱蓋;4—燃料油氣分離器;5—燃油濾清器;6—燃油泵;7—化油器隔熱管;8—化油器

(1)化油器

化油器安裝在汽油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣通路上,其作用是準(zhǔn)備混合氣,使燃油與空氣按一定比例混合成適當(dāng)濃度的可燃混合氣,然后送入氣缸中燃燒。常用的化油器主要包括柱塞閥油門可變喉管化油器、固定真空度可變喉管化油器和碟片轉(zhuǎn)閥油門固定喉管化油器三種。

(2)燃油箱(又稱油箱)

用于儲存一定數(shù)量的燃油,供發(fā)動機(jī)工作時使用,確保摩托車行駛一定路程。主要是由油箱體、油箱蓋和油箱開關(guān)三部分組成的。其頂部有加油口,油箱開關(guān)裝在油箱的下端。

(3)油箱開關(guān)

油箱開關(guān)用于接通或關(guān)閉油箱與化油器之間的油路,控制燃油的供給。油箱開關(guān)有開、關(guān)及備用三個位置。常見油箱開關(guān)主要有三通式油箱開關(guān)和膜片式油箱開關(guān)(又稱真空式或真空膜片閥式油箱開關(guān))兩種。三通式油箱開關(guān)主要由開關(guān)體、濾油杯、手柄等組成;膜片式油箱開關(guān)是由兩個閥門串聯(lián)而成的,一個類似于三通式開關(guān),另一個則是膜片閥,主要包括開關(guān)體、手柄、濾油杯、膜片芯閥等零件。

二沖程發(fā)動機(jī)的燃油供給系統(tǒng)如圖2-6所示。四沖程發(fā)動機(jī)的燃油系統(tǒng)如圖2-7所示。

圖2-6 二沖程發(fā)動機(jī)的燃油供給系統(tǒng)

1—簧片閥;2—燃燒室;3—排氣消聲器;4—曲軸箱;5—空氣濾清器;6—化油器;7—輸油管;8—燃油開關(guān);9—油箱

圖2-7 四沖程發(fā)動機(jī)的燃油供給系統(tǒng)

1—油箱;2—燃油開關(guān);3—輸油管;4—浮子;5—浮子室;6—空氣濾清器;7—化油器;8—燃燒室

二沖程發(fā)動機(jī)和四沖程發(fā)動機(jī)的燃油供給系統(tǒng)的工作原理見表2-5。

表2-5 二沖程發(fā)動機(jī)和四沖程發(fā)動機(jī)的燃油供給系統(tǒng)的工作原理

2.1.5 點(diǎn)火系統(tǒng)

點(diǎn)火系統(tǒng)的作用是按照發(fā)動機(jī)不同工況要求,在限定的時間內(nèi)將蓄電池或發(fā)電機(jī)輸出的低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)火用的高壓電,通過高壓線送到火花塞,使火花塞電極間產(chǎn)生電火花,點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的可燃混合氣,從而使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)做功。點(diǎn)火系統(tǒng)按電源不同可以分為發(fā)電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)和蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng);按照點(diǎn)火形式不同可以分為有觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)和無觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng);按照點(diǎn)火原理不同還可以分為電容放電式點(diǎn)火系統(tǒng)、電感放電式點(diǎn)火系統(tǒng)、數(shù)字控制式點(diǎn)火系統(tǒng)等。有觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)的斷電器觸點(diǎn)易損壞,觸點(diǎn)間隙易發(fā)生變化導(dǎo)致點(diǎn)火時間不精確,因此逐漸被無觸點(diǎn)式點(diǎn)火系統(tǒng)所取代。目前,在摩托車上普遍應(yīng)用的點(diǎn)火系統(tǒng)種類包括電容放電式無觸點(diǎn)發(fā)電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)、電容放電式無觸點(diǎn)蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)、晶體管式無觸點(diǎn)蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)、數(shù)字控制式無觸點(diǎn)蓄電池點(diǎn)火系統(tǒng)等。

2.1.6 冷卻系統(tǒng)

摩托車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)的作用是冷卻發(fā)動機(jī),以確保發(fā)動機(jī)正常工作。摩托車發(fā)動機(jī)在工作過程中會產(chǎn)生很高的熱量,如果無法及時冷卻,則必然引起發(fā)動機(jī)過熱,導(dǎo)致活塞環(huán)咬死或拉缸事故。同時,高溫可能使機(jī)油變稀,降低其潤滑性能,使機(jī)件的磨損量增加。

摩托車發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)主要有自然風(fēng)冷式、強(qiáng)制風(fēng)冷式、水冷式和油冷式四種類型。不同冷卻類型的冷卻系統(tǒng),其組成部件也不盡相同,現(xiàn)以水冷式冷卻系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。水冷式冷卻系統(tǒng)組成,如圖2-8所示,冷卻系統(tǒng)的組成部件、作用及圖示見表2-6。

圖2-8 水冷式冷卻系統(tǒng)的組成

1—油箱;2—燃油開關(guān);3—輸油管;4—浮子;5—浮子室;6—空氣濾清器;7—化油器;8—燃燒室

表2-6 冷卻系統(tǒng)的組成部件、作用及圖示

2.1.7 潤滑系統(tǒng)

摩托車發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的作用是將機(jī)油供到各運(yùn)動件的摩擦表面,以減少運(yùn)動件間的摩擦阻力,并通過機(jī)油的循環(huán),帶走熱量,降低溫度,延長各運(yùn)動件的使用壽命。發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)主要有四沖程發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)和二沖程發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)兩大類。

(1)四沖程發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)

四沖程發(fā)動機(jī)一般都采用壓力潤滑和飛濺潤滑相結(jié)合的綜合潤滑方式。壓力潤滑是指通過機(jī)油泵泵出的機(jī)油來潤滑曲軸、凸輪軸和軸承等高速重負(fù)荷的零件表面;飛濺潤滑則是指利用曲軸、齒輪等的旋轉(zhuǎn)使機(jī)油飛濺起來,進(jìn)而潤滑采用壓力潤滑方式難以實現(xiàn)潤滑的零部件,如氣缸壁、正時齒輪等。四沖程發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)的主要零部件有油底殼(設(shè)在曲軸箱減速器底部)、機(jī)油泵、油管等。四沖程發(fā)動機(jī)機(jī)油泵采用轉(zhuǎn)子式或齒輪式。

(2)二沖程發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)

二沖程發(fā)動機(jī)的潤滑方式分為混合式和分離式兩種,見表2-7。

表2-7 混合式和分離式潤滑

圖2-9 CCI潤滑系統(tǒng)

1—油門把手;2—機(jī)油箱;3—機(jī)油觀察窗;4—進(jìn)氣口;5—化油器;6—機(jī)油泵;7—油底殼;8—噴嘴;9—單向閥1;10—主軸承;11—單向閥2

2.1.8 進(jìn)排氣系統(tǒng)

進(jìn)排氣系統(tǒng)是發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和排放系統(tǒng)的總稱。進(jìn)氣系統(tǒng)由空氣濾清器、進(jìn)氣管等組成,其作用是引導(dǎo)并過濾空氣,降低進(jìn)氣噪聲,控制進(jìn)入發(fā)動機(jī)的混合氣;排放系統(tǒng)由曲軸箱排放控制系統(tǒng)、二次補(bǔ)氣裝置、排氣消聲器等組成,其作用是促使混合氣燃燒更充分,排放得以凈化,減少污染,降低排氣噪聲。

(1)空氣濾清器

空氣濾清器是進(jìn)氣系統(tǒng)中的重要部件,其作用是濾除進(jìn)入氣缸內(nèi)空氣中的灰塵、雜物,避免灰塵、雜物進(jìn)入化油器而堵塞空氣量孔和空氣道等,以減少氣缸內(nèi)運(yùn)動件的磨損,延長發(fā)動機(jī)的使用壽命;減弱空氣流經(jīng)化油器時所產(chǎn)生的噪聲;防止發(fā)動機(jī)發(fā)生回火時火焰?zhèn)鞯酵饷妗?諝鉃V清器主要由濾芯、濾芯支架、殼體等組成,根據(jù)濾芯元件采用的材料及濾氣方式不同,目前摩托車上使用的空氣濾清器可以分為泡沫塑料濕式、紙質(zhì)干式和紙質(zhì)濕式三種形式。

(2)曲軸箱排放控制系統(tǒng)

曲軸箱排放控制系統(tǒng)如圖2-10所示,當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時,經(jīng)活塞環(huán)竄入曲軸箱的混合氣及在曲軸箱內(nèi)形成的汽油、潤滑油混合氣經(jīng)空氣濾清器、化油器返回燃燒室燃燒完全后排出,防止曲軸箱內(nèi)混合氣直接從曲軸箱大氣平衡孔流入大氣中,減少污染。現(xiàn)在摩托車中均使用曲軸箱排放控制系統(tǒng)。

圖2-10 曲軸箱排放控制系統(tǒng)

1—化油器;2—空氣濾清器;3—曲軸箱通氣管;4—曲軸箱

(3)二次補(bǔ)氣裝置

二次補(bǔ)氣裝置由補(bǔ)氣單向閥、輸氣鋼管、空氣控制閥、補(bǔ)氣油管、負(fù)壓油管、空氣濾清器組成(圖2-11),在原始的狀態(tài)下,補(bǔ)氣單向閥處于常關(guān)狀態(tài),空氣控制閥處于常開狀態(tài)。發(fā)動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時,氣缸頭排氣道中的排氣壓力隨著發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)變化而脈動。排氣門打開時,氣缸內(nèi)的高溫高壓廢氣迅速進(jìn)入排氣管當(dāng)中,排氣管內(nèi)產(chǎn)生正壓力波使補(bǔ)氣單向閥關(guān)閉,避免了高溫排氣逆流燒壞空氣控制閥及補(bǔ)氣油管。當(dāng)這個正壓力波在排氣管中移動使排氣管的截面積逐漸增大而降低時,便在補(bǔ)氣單向閥附近位置形成一個負(fù)壓,此時單向閥的一邊是大氣壓,一邊是負(fù)壓,補(bǔ)氣單向閥在壓差的作用下打開,使新鮮空氣通過空氣濾清器、補(bǔ)氣油管、空氣控制閥、輸氣油管、輸氣鋼管到氣缸頭排氣道中,使沒有充分燃燒的熾熱廢氣氧化再燃燒,減少有害氣體CO、HC的排放量。當(dāng)摩托車高速行駛而突然減油時,化油器油門接近關(guān)閉,進(jìn)入氣缸的空氣量減少,氧氣不足,燃燒緩慢,有未燃的混合氣進(jìn)入排氣管,如果在這種情況下仍向排氣道中補(bǔ)充空氣,未燃的高溫混合氣與空氣相遇后會在排氣消聲器中爆燃而產(chǎn)生“放炮”。為了避免“放炮”,空氣控制閥在高速行駛而突然減油時將切斷補(bǔ)氣氣路。當(dāng)摩托車高速行駛而突然減油時,進(jìn)氣管中負(fù)壓較大,并通過負(fù)壓油管傳遞給空氣控制閥的控制腔,在壓差的作用下,閥芯隨膜片克服彈簧彈力向關(guān)閉方向移動,關(guān)閉氣路,停止補(bǔ)氣。

圖2-11 二次補(bǔ)氣裝置結(jié)構(gòu)原理

1—排氣管;2—輸氣鋼管;3—負(fù)壓油管;4—空氣控制閥;5—補(bǔ)氣油管;6—補(bǔ)氣單向閥;7—化油器;8—空氣濾清器;9—發(fā)動機(jī)

(4)排氣消聲器

排氣消聲器包括排氣管和消聲器,它們一般焊為一體。排氣管用鋼管彎曲成型,安裝于氣缸蓋排氣口與消聲器之間,其作用是引導(dǎo)和改變排出的廢氣氣流方向,將其引導(dǎo)到消聲器中。消聲器的作用是降低發(fā)動機(jī)排氣噪聲,消除廢氣中的火焰和火星,使廢氣降溫和減速后排向大氣,減少對環(huán)境的污染。消聲器從結(jié)構(gòu)形狀上可以分為筒式消聲器和盒式消聲器兩種。盒式消聲器多為阻抗復(fù)合消聲器,在踏板式摩托車上大多采用這種消聲器;筒式消聲器多為抗性消聲器,在跨騎式摩托車上大多采用這種消聲器,如圖2-12所示。

圖2-12 豪爵鈴木GN125H摩托車排氣消聲器

1—止動橡膠;2—排氣消聲器;3—排氣管襯墊;4—螺栓

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