如何提高摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能

如何提高摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能

摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)械能的一種熱機(jī)。其基本原理是將由燃燒產(chǎn)生的推力推動(dòng)活塞做的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)外輸出作功。作為摩托車消費(fèi)者，最關(guān)心的莫過(guò)于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。衡量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(dòng)機(jī)的載重爬坡能力和行駛加速力。本文以發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力損失及改善措施為重點(diǎn)，就如何提高摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能作一淺析。

　　一、發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力損失

　　1、發(fā)動(dòng)機(jī)效率

　　在熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程中，存在一個(gè)輸入與輸出的關(guān)系，即發(fā)動(dòng)機(jī)效率。發(fā)動(dòng)機(jī)效率等于發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率和燃料燃燒所能獲得的功率之比，主要包括機(jī)械效率和熱效率兩個(gè)指標(biāo)。其中機(jī)械效率等于有效功率與指示功率(發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒過(guò)程中燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的功率)之比。一般摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)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(dòng)機(jī)的熱效率為0.20~0.25。

　　2、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)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(guò)量空氣系數(shù)(燃燒1kg燃料實(shí)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(lái)完全燃燒，那么燃燒所產(chǎn)生的熱量，其中一部分在發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(lái)作功，亦即理論上的熱效率。而發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際熱效率很低，一般四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)約為20%~25%，即使是高性能發(fā)動(dòng)機(jī)，其熱效率也不到30%。這是因?yàn)椋旱谝?，摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)隨工況不同，對(duì)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(guò)量空氣系數(shù)α=1來(lái)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(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)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(dòng)摩擦損失。③曲軸驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)及各種輔助機(jī)構(gòu)如機(jī)油泵、水泵、風(fēng)扇等產(chǎn)生的動(dòng)力損失。④克服潤(rùn)滑油黏度及黏溫特性所帶來(lái)的摩擦損失。根據(jù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)，在以上機(jī)械摩擦中：活塞約占25%、活塞環(huán)約占19%、傳動(dòng)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(huì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)動(dòng)力性能的途徑

　　1、減少摩擦損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部潤(rùn)滑性能

　　(1)合理設(shè)置潤(rùn)滑方式

　　根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦部位的不同，設(shè)置使用不同的潤(rùn)滑方式。如主軸頸、連桿軸承、凸輪等部位采用飛濺潤(rùn)滑方式；水泵軸承、發(fā)電機(jī)和啟動(dòng)電機(jī)軸承、冷卻風(fēng)扇軸承等則采用油脂潤(rùn)滑方式。

　　(2)選擇性能良好的潤(rùn)滑部件并合理設(shè)置潤(rùn)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(rùn)滑油及潤(rùn)滑脂。

(4)對(duì)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(guò)以上改進(jìn)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能可提高5%~15%。

　　2、減少熱損失，改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒條件

　　(1)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比

　　發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)，混合氣的壓力和溫度愈高，燃燒速度加快，因而發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率也愈大，動(dòng)力性能自然更好。但是壓縮比過(guò)大，反而會(huì)出現(xiàn)爆燃或表面點(diǎn)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(gè)或多個(gè)新的火焰核心，引發(fā)爆炸式的燃燒反應(yīng)。不僅會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱，功率下降，嚴(yán)重時(shí)還可能損壞發(fā)動(dòng)機(jī)零部件；而表面點(diǎn)火是氣缸內(nèi)混合氣被燃燒室內(nèi)熾熱表面或熾熱點(diǎn)所點(diǎn)燃，也會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)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(huì)增加摩托車使用成本，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比一般控制在6~12之間，不易過(guò)高。

　　(2)提高發(fā)動(dòng)機(jī)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(lái)作功的熱量也就愈多，動(dòng)力性能也就相應(yīng)得到提高。

　　a)采用二次進(jìn)氣裝置

　　通過(guò)在進(jìn)氣歧管上加裝獨(dú)立的二次進(jìn)氣裝置，增加單位時(shí)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力亦會(huì)顯著提高。

　　b)采用多氣門

　　進(jìn)排氣門的增多，提高了進(jìn)排氣面積和高速氣流的流量，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣效率也得到提高。且采用多氣門后，每個(gè)氣門的體積減小，重量減輕，其運(yùn)動(dòng)慣量小也利于高速運(yùn)動(dòng)。所以發(fā)動(dòng)機(jī)采用多氣門機(jī)構(gòu)可提高進(jìn)氣效率和動(dòng)力。多氣門主要針對(duì)高速時(shí)的進(jìn)排氣效率，但低速時(shí)其進(jìn)排氣效率反而有所降低，故對(duì)于多氣門應(yīng)視情況來(lái)設(shè)定。

　　c)改進(jìn)進(jìn)排氣門行程

　　氣門行程的改變會(huì)改變進(jìn)排氣面積，亦能提高進(jìn)排氣效率。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，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(dòng)機(jī)低速時(shí)進(jìn)排氣效率；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)，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(dòng)機(jī)高速時(shí)進(jìn)氣效率。

　　d)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣門根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)，打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)刻所對(duì)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能有很大影響。如果配氣相位不準(zhǔn)確，會(huì)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力下降。由于廢氣和新鮮空氣在運(yùn)動(dòng)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(gè)同時(shí)開(kāi)啟的時(shí)刻，即氣門重疊角，也就是配氣相位。所以發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。

　　(3)改善點(diǎn)火提前角

　　發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和可燃混合氣的燃燒速度，造成可燃混合氣點(diǎn)燃時(shí)必須有一定的點(diǎn)火提前角(點(diǎn)火時(shí)，曲軸的曲拐所在位置與壓縮行程終了活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。

所以應(yīng)嚴(yán)格控制點(diǎn)火提前角。①當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)：負(fù)荷加大，產(chǎn)生爆燃的傾向增大，應(yīng)適當(dāng)減小點(diǎn)火提前角；負(fù)荷減小則應(yīng)加大點(diǎn)火提前角。②當(dāng)節(jié)氣門開(kāi)度一定時(shí)：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增高，適當(dāng)加大點(diǎn)火提前角，反之則適當(dāng)減小點(diǎn)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(jì)量可燃混合氣濃度，并能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況隨時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)均勻點(diǎn)噴，使空燃比經(jīng)常保持在A/F=14.7:1或過(guò)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(dòng)機(jī)功率提高15%~20%。

　　三、案例

　　針對(duì)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)久不衰的鈴木GS125摩托車，2003年經(jīng)過(guò)動(dòng)力升級(jí)后，其低速功率和扭矩提高了10%左右，能瞬間爆發(fā)強(qiáng)勁動(dòng)力，最高時(shí)速達(dá)到100km以上，爬坡能力更加卓越。其動(dòng)力升級(jí)主要采取了以下改進(jìn)：

　　1、采用全新雙橢圓燃燒室，形成獨(dú)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(dòng)力。

　　2、改變了凸輪軸的形狀曲線，變更進(jìn)排氣門的開(kāi)啟幅度和發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣定時(shí)，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(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)阻力和功率損耗，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)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(guò)距離，使油門響應(yīng)更快捷，提速更快。

　　5、采用最新數(shù)字點(diǎn)火系統(tǒng)，智能控制，確保點(diǎn)火更精確、燃燒更充分。

　　通過(guò)對(duì)改善前后的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行200小時(shí)耐久試驗(yàn)對(duì)比可知：改善后其動(dòng)力性能提高了10%。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　摩托車良好的動(dòng)力性能會(huì)帶給騎行者舒暢的心境，如果工廠采取適當(dāng)?shù)氖侄?，在提高摩托車?dòng)力性能上卓有成效，就一定會(huì)使消費(fèi)者滿意。但這個(gè)課題仍需眾多研發(fā)者為之不斷探索。