四冲程发动机主要构造与特点

  尽管人类在不断地发明各种各样的发动机，现在人们还在不断地研制各种新型的发动机，但是非常遗憾的是，应用在汽车、摩托车上的发动机极其有限。特别是小巧玲珑的摩托车，由于各种条件的限制，摩托车只能采用往复活塞式内燃发动机。其主要零件有曲轴连杆、活塞、汽缸。汽缸呈圆筒形状，发动机工作时，活塞及活塞环在汽缸内作往复运动，使用专用的一些机构将混合气吸入汽缸，然后，通过某种方式点燃混合气，使其燃烧膨胀，利用燃气的压力推动活塞下行，通过连杆，把活塞的力传递给曲轴，并将活塞的往复力转化成曲轴的旋转扭矩输出，再经过传动链条驱动摩托车后轮前进。往复式发动机结构紧凑、重量轻、输出的转速和功率容易控制，特别适合摩托车作为驱动动力。摩托车发动机是由一部许多机构和系统组成的复杂机器。现代摩托车发动机的结构形式有许多种，即使是同一类型的发动机，其具体构造也是多种多样的，其主要结构由以下几部分组成。
  1.机体组
  摩托车发动机机体组包括汽缸盖、汽缸体、左、右曲轴箱和左、右曲轴箱盖。曲轴箱分二冲程发动机和四冲程发动机曲轴箱；独立式曲轴箱和与变速器组合式曲轴箱；整体式曲轴箱和分体式曲轴箱。
  机体组的作用是作为发动机的各机构、各部件的装配基体，而且其本身的许多部分又分别是曲柄连杆机构、配气机构、燃油供给系统、润滑系统和传动系统的组成部分。汽缸体和汽缸盖的内壁共同组成燃烧室的一部分，是承受高温高压的机件。汽缸体用来形成汽缸的工作容积，同时也是活塞往复运动的导向轨道，并且在活塞、活塞环的配合下，密封活塞的顶部和下部。
  2.曲柄连杆机构
  曲柄连杆机构包括活塞、活塞环、活塞销、连杆、曲轴组件等，这是发动机借以传递动力，并将活塞的直线运动转变为旋转运动，最终输出动力的机构。曲柄连杆机构是发动机运动机构和能量的转换机构，启动时，借助于发动机外部的动力使曲轴旋转，并通过连杆将其转换成活塞的往复直线运动。做功时，活塞的往复直线动力通过连杆又转换为曲轴的旋转运动向外输出旋转的机械能。发动机辅助行程时活塞的动力来源于曲轴组件曲柄的储能和运动惯性。曲轴连杆机构由活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡圈、曲柄、连杆、滚针轴承、曲柄销和轴颈组成。
  3.配气机构
  四冲程发动机的配气机构结构较为复杂，主要由凸轮轴、气门摇臂、摇臂座、摇臂销、气门、气门座、气门弹簧、气门锁夹、气门弹簧座、气门导管、气门间隙调整机构，以及主、从动齿轮或带轮，传动链条、三角皮带、传动轴等。凸轮轴分顶置式、下置式和侧置式。顶置式也又分单顶置和双顶置式凸轮轴；侧置式又分上侧顶置和下侧置凸轮轴。配气机构的传动机构分链条传动和齿轮直接传动、齿轮组合传动轴传动以及带传动。
  4.排气系统
  排气系统主要由排气消声器和排气管组成。排气消声器主要起消声作用，并使燃烧室排出的废气迅速通过排气管排到大气中去，其消音效果越好且排气阻力越小，排气系统的效率就越高。为了配合欧Ⅲ排放标准的实施，最新摩托车排气消声器内腔还配置了催化转换器（俗称触媒装置）。
  5.燃油供给系统（包含进气）
  燃油供给系统包括汽油箱、燃油开关、汽油滤清器、化油器、空气滤清器等。它的作用是将空气和汽油混合为合适比例的一定量的可燃混合气，并根据发动机不同的工况需要及时准确地输送到汽缸，以供发动机燃烧。摩托车发动机主要以汽油燃料为主，少数发动机也有燃烧天然气。混合气形成装置以化油器为主体（少数车型发动机采用电控燃油喷射系统，）由化油器浮子室内的燃油与化油器气道内的怠速、过渡、主喷口和加浓喷口贯通，在进气控制阀的作用下，气流流过喷口时形成负压区，浮子室油面的大气压强把燃油压到负压区的喷口处，由主喷管上的泡沫管与空气形成泡沫状，并被流动的气流带走，形成油、气的混合体，呈雾状进入燃烧室，供发动机燃烧膨胀，从而产生动力源。
  6.点火系统
  摩托车点火系统，包括磁电机定子和转子、电子点火器（即C.D.I）、触发线圈、点火线圈、高压导线、阻尼帽、火花塞等。它的作用是保证发动机按规定的时刻及时点燃汽缸中被压缩的可燃混合气。摩托车发动机点火系统可分为以下几类。
（1）按点火电源不同分类：按点火电源不同，可分为蓄电池点火系统和磁电机点火系统。
（2）按有无触点分类：按有无触点，可分为有触点式点火系统（该点火系统在现代发动机中已经被淘汰）和无触点式点火系统。
（3）按放电的原理不同分类：按放电的原理不同，可分为电感放电式点火系统和电容放电式点火系统。
  目前摩托车上普遍应用的有：无触点式蓄电池点火系统；电容放电式无触点磁电机点火系统（即C.D.I电子点火系统）。由于电容放电式无触点磁电机点火系统，以其优异的点火性能和高度的工作可靠性，得到了广泛的应用。随着科技水平的不断发展，近年来，在点火系统中还应用了计算机技术，使得点火性能和点火提前角更加合理准确。国内已有少数型号的摩托车开始应用这些先进的点火系统。
  7.润滑系统
  润滑系统包括机油泵、机油滤清器、润滑油道等。润滑系统是利用机油的密封作用、吸热传热作用、润滑降阻作用、循环清洗作用、油膜防腐作用和减震缓冲作用来不断地供给有相对运动的零件表面，以减少它们之间的摩擦阻力，减轻机件的异常磨损，保证发动机正常运转，以延长机件的使用寿命。
  四冲程发动机润滑系润滑方式分为压力式和飞溅式两种方式，润滑效果极佳。
（1）压力式。机油泵按一定的压力将润滑油直接泵送到运动摩擦副零件需要润滑的摩擦表面；
（2）飞溅式。利用曲轴组件中的曲拐和齿轮副等的旋转惯性力，击溅发动机油底壳（即曲轴箱底壳）内的润滑油，或由连杆轴承甩出的润滑油，形成油雾，使零件摩擦表面得到润滑。
  8.启动装置
  由于发动机在静止状态下无法实现自动工作，必须借助于发动机外部的动力使曲轴产生旋转运动，并要达到一定的旋转速度，即达到发动机最低点火转速，启动装置主要由脚踏启动机构和电启动机构组成。
（1）脚踏启动机构
  脚踏启动机构主要由启动踏杆、启动轴、启动齿轮、启动棘轮、弹簧、启动轴回位弹簧、棘轮导向板等组成。它的作用是使静止的发动机能够启动，并顺利转入运转工况。
（2）电启动机构
  电启动机构主要由启动电机及减速齿轮系、超越离合器、蓄电池、继电器、启动按钮等组成。
  9.变速装置
  由于摩托车发动机具有高转速、低扭矩的特征，其转速范围很小，而摩托车在行驶过程中会遇到各种各样的道路和交通状况。因此，摩托车除依靠发动机发出有效功率以外，还必须将发动机输出的扭矩，通过一定的速比进行减缓传动，以适应经常变化的道路条件。同时使发动机在最有利的工况下工作，达到油耗低、功率大的目的。摩托车变速装置分有级变速机构和无级变速机构。  
（1）有级变速机构
  有级变速机构采用有级式常啮合齿轮变速器，主要由变速器主、副轴齿轮副等组成。发动机的动力经离合器齿轮传递给变速器主轴，再通过变速齿轮传给副轴，安装在副轴上的小链轮将动力传给后轮。由于变速器只有主、副两轴，结构简单，其动力在变速过程中只经过一对齿轮啮合，传动效率高（一般情况下，齿轮的传动效率为0.92左右，而齿形皮带式无级变速的传动效率只有0.76～0.82）。这种齿轮常啮合式变速器，还包括变速传动机构和变速控制机构，且变速箱体与曲轴箱体往往制成一体，使其结构更趋紧凑。
（2）无级变速机构
  由于结构上的限制，小功率摩托车和坐式摩托车一般采用无级自动变速器。最常采用的是无级自动变速器是V型皮带无级变速器，与干式自动离心蹄块式离合器和二级减速传动装置配合使用。目前市场上比较流行的坐式摩托车，均采用V型皮带无级变速器。无级变速机构由自动离心变速器，简称驱动轮组、齿形皮带和干式离心离合器（也称从动轮组）组成。它的特点是传动平稳，噪声小，操作简便，维修保养容易。
  10.冷却方式
  冷却方式分为自然风冷式、强制风冷式、水冷式和液冷式
  (1)自然风冷式
  利用摩托车行驶迎面风自然冷却发动机，并在发动机汽缸盖、汽缸体部位设置有散热片加强散热。跨骑式风冷摩托车发动机往往在汽缸盖、汽缸体等高温机件外表合理排列着长度与间隙适宜有序，与摩托车行驶方向平行的散热片，利用摩托车行驶时的自然风顺着散热片表面流过，从而带走机件外表的大部分热量，以达到散热的目的，这也是跨式摩托车使用最多的冷却方式。它的优点是：结构简单、重量轻、成本低，冷却时不再浪费发动机本身的能源，且基本不需要维修。只是当摩托车雨天行驶在路况较差的软质泥土路面，发动机散热片沾满泥土、污垢物时，才需要人工清理保养。但缺点也比较明显：摩托车在低档、低速行驶，尤其是低速大负荷运行时（如骑行在较大坡度桥梁和连续在山路上行驶等），因发动机的转速高，车速低，车辆行驶时的自然风不能将发动机的热量及时带走，使机件过热，冷却效果差，发动机因过热而动力下降。
  (2)强制风冷式
  利用装在磁电机转子上的风扇，强制冷却发动机，在汽缸盖、汽缸体部位同样也设置有散热片加强散热。由于结构上的限制，有些车型的发动机隐藏在车体内，无法利用自然风进行冷却，故在汽缸体和汽缸盖周围合理布置导流罩，在曲轴及磁电机端安装冷却风扇（冷却风扇的结构有：离心式风扇和轴流式风扇两种），利用曲轴运转时产生的旋转运动使风扇叶片强烈地搅动气流，从而引进自然风对发动机外部进行强制冷却，这是目前国内坐式摩托车常用的冷却方法。它的优点是：结构简单，需要额外增加的零件少；摩托车怠速或低速上坡时，其冷却效果不受车速高低的影响；在冬季，冷机启动后暖机时间短，消耗能源少（不像自然风冷机要暖机好长一段时间）。缺点是：因冷却风扇装在曲轴及磁电机上，要损耗发动机少部分功率，并且增加了装风扇端曲轴主轴承的负载（尤其是二冲程机依靠油雾润滑的主轴承），轴承极易磨损。另外，冷却风扇在搅动空气流通的同时，无形中产生了运转噪声，使发动机的运行噪声相应增大。
  (3)水冷却
  主要由储液罐、散热器、蒸汽空气阀、节温器、电机风扇和自动控制开关以及水泵和冷却水管等零件组成。利用水泵将具有防冻、防腐性能的冷却液，泵送到发动机水套及冷却管道中，将发动机多余的热量带到散热器中散发掉。同时利用闭式循环系统使冷却液保持在最佳的温度范围内（液冷发动机的最佳温度为85℃～95℃），这种液冷却系统可充分利用发动机的热量进行工作，使发动机的热量损失减少到最小范围。液冷系统很容易调节发动机各部分的冷却强度，并方便对局部区域保温或加强冷却，使整机温度能控制在合适的范围之内。液冷系统与风向无关，即使摩托车怠速或低速运行时，冷却系统也同样具有足够的散热能力。因汽缸盖、汽缸体周围铸有水套，它可以吸收运动摩擦副一部分噪声，使发动机的声音更加柔和。其缺点是：液冷却系统需要增加的零件和附件较多，结构相对复杂，制造成本高，且冷却液具有一定的腐蚀作用，冷却液须定时更换和定期保养整个冷却系统。
  (4)油冷却
  油冷却系统的结构和液冷却式基本相同，只是用机油代替水作冷却介质进行冷却。它的优点是：可与发动机润滑油共用，而不需要再额外增加水液。由于油冷机中的机油有一部分经油管（铜管）输送到机油冷却器（即散热器），冷却后的机油又经油管流回曲轴箱，因此，油冷发动机的润滑油温度要比液冷式发动机的润滑油温度低10℃～15℃，而且用润滑油作冷却介质不会像水那样容易生锈和产生水垢腐蚀机件。其缺点是：冷却油专用的机油泵结构较为复杂，冷却油用量多，使用费用相对较高，在实际应用中受到一定的限制。