淺析：如何提高摩托車發(fā)動機動力的性能

www.mydingqi.com 來源：機械專家網(wǎng) 作者：俠名類別：摩托車維修時間：2009-4-11

摩托車發(fā)動機是將其燃燒室內(nèi)可燃混合氣燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能的一種熱機。其基本原理是將由燃燒產(chǎn)生的推力推動活塞做的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(Tansfer)動，進(jìn)而對外輸出作功。作為摩托車消費者，最關(guān)心的莫過于發(fā)動機的動力性能。衡量發(fā)動機動力性能的指標(biāo)包括有效扭矩和有效功率，即人們常常提到的發(fā)動機的載重爬坡能力和行駛加速力。本文以發(fā)動機的動力損失及改善措施為重點，就如何提高摩托車發(fā)動機動力性能作一淺析。一、發(fā)動機的動力損失 1、發(fā)動機效率在熱能轉(zhuǎn)化為機械能的過程中，存在一個輸入與輸出的關(guān)系，即發(fā)動機效率。發(fā)動機效率等于發(fā)動機的輸出功率和燃料燃燒所能獲得的功率之比，主要包括機械效率和熱效率兩個指標(biāo)。其中機械效率等于有效功率與指示功率(發(fā)動機在燃燒過程中燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的功率)之比。一般摩托車發(fā)動機的機械效率為0.8~0.9。而熱效率是指可燃混合氣燃燒后用于作功的那部分熱量與所能產(chǎn)生的總熱量之比。一般摩托車發(fā)動機的熱效率為0.20~0.25。 2、發(fā)動機動力是如何損失的若汽油與空氣的混合氣按照空燃比(可燃混合氣中空氣與汽油的質(zhì)量之比)A/F=14.7：1或過量空氣系數(shù)(燃燒1kg燃料實際供給的空氣質(zhì)量與完全燃燒1kg燃料所需的理論空氣質(zhì)量之比)α=1來完全燃燒，那么燃燒所產(chǎn)生的熱量，其中一部分在發(fā)動機排氣行程中進(jìn)入大氣，這部分損失稱為排氣損失，約占總能量的40%左右。另一部分熱量由發(fā)動機冷卻系統(tǒng)散發(fā)到大氣中，這部分損失稱為冷卻損失，約占總能量的20%左右。僅有40%左右的剩余熱量用來作功，亦即理論上的熱效率。而發(fā)動機的實際熱效率很低，一般四沖程發(fā)動機約為20%~25%，即使是高性能發(fā)動機，其熱效率也不到30%。這是因為：第一，摩托車發(fā)動機隨工況不同，對可燃混合氣的成份要求也不同，所以可燃混合氣不可能按照理論上的空燃比A/F=14.7：1或過量空氣系數(shù)α=1來完全燃燒，也就使可燃混合氣燃燒不充分，熱量不能完全得到釋放，其中未能完全燃燒的燃料約占5%左右。第二，發(fā)動機在實際運轉(zhuǎn)中的各種摩擦損失約占總能量的5%~8%。主要包括①活塞環(huán)與氣缸壁之間的摩擦損失。②各軸承與曲軸之間的滑動摩擦損失。③曲軸驅(qū)動配氣機構(gòu)及各種輔助機構(gòu)如機油泵、水泵、風(fēng)扇等產(chǎn)生的動力損失。④克服潤滑油黏度及黏溫特性所帶來的摩擦損失。根據(jù)測試統(tǒng)計，在以上機械摩擦中：活塞約占25%、活塞環(huán)約占19%、傳動系約占22.5%、曲軸約占5%、閥系約占6%、連桿軸承約占10%、曲軸大小軸瓦約占12.5%。而且摩擦損失會隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高而增大，轉(zhuǎn)速越高，摩擦損失越快。二、提高發(fā)動機動力性能的途徑 1、減少摩擦損失，提高發(fā)動機內(nèi)部潤滑性能 (1)合理設(shè)置潤滑方式根據(jù)發(fā)動機摩擦部位的不同，設(shè)置使用不同的潤滑方式。如主軸頸、連桿軸承、凸輪等部位采用飛濺潤滑方式；水泵軸承、發(fā)電機和啟動電機軸承、冷卻風(fēng)扇軸承等則采用油脂潤滑方式。 (2)選擇性能良好的潤滑部件并合理設(shè)置潤滑油道。 (3)根據(jù)不同地區(qū)和氣溫差異選用質(zhì)量性能良好的潤滑油及潤滑脂。 (4)對影響摩擦損失較大的零部件，如氣缸套和活塞環(huán)等采用金屬陶瓷等新型材料，并進(jìn)行精磨合，能使摩擦阻力降低80%左右。經(jīng)過以上改進(jìn)，發(fā)動機的動力性能可提高5%~15%。 2、減少熱損失，改善發(fā)動機燃燒條件 (1)提高發(fā)動機的壓縮比發(fā)動機壓縮比就是壓縮前氣缸中氣體的最大容積與壓縮后的最小容積之比。壓縮比愈大，在壓縮行程終了時，混合氣的壓力和溫度愈高，燃燒速度(Tempo)加快，因而發(fā)動機的輸出功率也愈大，動力性能自然更好。但是壓縮比過大，反而會出現(xiàn)爆燃或表面點火等不正常燃燒現(xiàn)象。爆燃是燃燒室內(nèi)末端混合氣在火焰前鋒未到達(dá)前自燃，產(chǎn)生一個或多個新的火焰核心，引發(fā)爆炸式的燃燒反應(yīng)。不僅會造成發(fā)動機過熱，功率下降，嚴(yán)重時還可能損壞發(fā)動機零部件；而表面點火是氣缸內(nèi)混合氣被燃燒室內(nèi)熾熱表面或熾熱點所點燃，也會造成發(fā)動機零部件的損壞等不良后果。加之為了提高壓縮比，通常使用更高辛烷值的汽油，又會增加摩托車使用成本，所以發(fā)動機的壓縮比一般控制在6~12之間，不易過高。 (2)提高發(fā)動機的進(jìn)排氣效率提高進(jìn)排氣效率，進(jìn)入氣缸內(nèi)的新鮮可燃混合氣就愈多，燃燒后的廢氣排放愈干凈，燃燒愈充分，用來作功的熱量也就愈多，動力性能也就相應(yīng)得到提高。 a)采用二次進(jìn)氣裝置通過在進(jìn)氣歧管上加裝獨立的二次進(jìn)氣裝置，增加單位時間內(nèi)進(jìn)入氣缸內(nèi)的空氣量，減少進(jìn)氣阻力，提高充氣效率，使燃燒更充分，發(fā)動機的動力亦會顯著提高。 b)采用多氣門進(jìn)排氣門的增多，提高了進(jìn)排氣面積和高速(High Speed)氣流的流量，發(fā)動機排氣效率也得到提高。且采用多氣門后，每個氣門的體積減小，重量減輕，其運動慣量小也利于高速(High Speed)運動。所以發(fā)動機采用多氣門機構(gòu)可提高進(jìn)氣效率和動力。多氣門主要針對高速(High Speed)時的進(jìn)排氣效率，但低速時其進(jìn)排氣效率反而有所降低，故對于多氣門應(yīng)視情況來設(shè)定。 c)改進(jìn)進(jìn)排氣門行程氣門行程的改變會改變進(jìn)排氣面積，亦能提高進(jìn)排氣效率。當(dāng)發(fā)動機低速時，采用較小的氣門行程即減少了進(jìn)氣面積，有利于提高發(fā)動機低速時進(jìn)排氣效率；當(dāng)發(fā)動機高速(High Speed)時，采用較大的氣門行程即增大了進(jìn)氣面積，有利于提高發(fā)動機高速(High Speed)時進(jìn)氣效率。 d)發(fā)動機的進(jìn)排氣門根據(jù)發(fā)動機的工作循環(huán)，打開或關(guān)閉時刻所對應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角稱為配氣相位。配氣相位的準(zhǔn)確與否對發(fā)動機的動力性能有很大影響。如果配氣相位不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致進(jìn)氣不充分，排氣不順暢，影響混合氣的形成品質(zhì)，造成燃燒不完全，使發(fā)動機的動力下降。由于廢氣和新鮮空氣在運動中的慣性，使進(jìn)排氣有一定的遲滯期。為了使氣缸內(nèi)的廢氣排除得更干凈，新鮮空氣進(jìn)入更充分，需要進(jìn)排氣門有一個同時開啟的時刻，即氣門重疊角，也就是配氣相位。所以發(fā)動機低速時使用較小的氣門重疊角，反之則使用較大的氣門重疊角，這樣就可以提高進(jìn)排氣效率，提高發(fā)動機的動力性。 (3)改善點火提前角發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和可燃混合氣的燃燒速度(Tempo)，造成可燃混合氣點燃時必須有一定的點火提前角(點火時，曲軸的曲拐所在位置與壓縮行程終了活塞到達(dá)上止點時的曲拐位置之間的夾角)，否則高溫高壓的氣體在氣缸內(nèi)不能得到比較完全的膨脹，熱能不能有效利用，損失增大，影響發(fā)動機的動力性。所以應(yīng)嚴(yán)格控制點火提前角。①當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時：負(fù)荷加大，產(chǎn)生爆燃的傾向增大，應(yīng)適當(dāng)減小點火提前角；負(fù)荷減小則應(yīng)加大點火提前角。②當(dāng)節(jié)氣門開度一定時：發(fā)動機轉(zhuǎn)速增高，適當(dāng)加大點火提前角，反之則適當(dāng)減小點火提前角。 (4)使用汽油噴射系統(tǒng) 汽油噴射系統(tǒng)能夠精確地計量可燃混合氣濃度，并能根據(jù)發(fā)動機工況隨時修正，實現(xiàn)均勻點噴，使空燃比經(jīng)常保持在A/F=14.7:1或過量空氣系數(shù)α=1的最佳區(qū)域內(nèi)，混合氣燃燒充分，減少熱損失。使用汽油噴射系統(tǒng)，可使發(fā)動機功率提高15%~20%。三、案例針對在國內(nèi)市場(Rialto)經(jīng)久不衰的鈴木GS125摩托車，2003年經(jīng)過動力升級后，其低速功率和扭矩提高了10%左右，能瞬間爆發(fā)強勁動力，最高時速達(dá)到100km以上，爬坡能力更加卓越。其動力升級主要采取了以下改進(jìn)： 1、采用全新雙橢圓燃燒室，形成獨特的燃料雙渦流現(xiàn)象，大大提高了混合氣體的燃燒效率，將更多的燃料更徹底地轉(zhuǎn)化成動力。 2、改變了凸輪軸的形狀曲線，變更進(jìn)排氣門的開啟幅度和發(fā)動機的配氣定時，增加進(jìn)氣量，提高熱量利用率，增加中低速性能及爬坡載重能力。 3、輕量化活塞和氣門部件大大降低了發(fā)動機的運轉(zhuǎn)阻力和功率損耗，提高了發(fā)動機的有效輸出功率。 4、采用日本MIKUNI新型化油器，縮短了混合氣體的通過距離，使油門響應(yīng)更快捷，提速更快。 5、采用最新數(shù)字點火系統(tǒng)，智能控制，確保點火更精確、燃燒更充分。通過對改善前后的發(fā)動機進(jìn)行200小時耐久試驗對比可知：改善后其動力性能提高了10%。結(jié)束語摩托車良好的動力性能會帶給騎行者舒暢的心境，如果工廠采取適當(dāng)?shù)氖侄危谔岣吣ν熊噭恿π阅苌献坑谐尚В鸵欢〞瓜M者滿意。但這個課題仍需眾多研發(fā)者為之不斷探索。