淺談摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻

1、淺談摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻由內(nèi)燃機(jī)原理可知，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所產(chǎn)生的熱量只有25%35%能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功及有效功率，其余65%75%的熱量是“多余”的，需要散發(fā)出去。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣帶走了大量的熱能，這一部分損失的熱能稱為排氣損失，約占發(fā)動(dòng)機(jī)總熱量的30%。剩下的約30%的熱量，其中一部分由潤滑油在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部先行降溫后，通過箱體機(jī)件慢慢散發(fā)。當(dāng)然，這里面的少部分熱量還包括發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中為克服自身摩擦阻力時(shí)產(chǎn)生的，它同樣需要在冷卻時(shí)將這部分熱量吸收散發(fā)。據(jù)有關(guān)資料介紹，四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)正常的冷卻損失約為燃放熱量的22%25%；而二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)由于溫差較大，熱損失較多，高達(dá)30%以上。 眾所周知，發(fā)

2、動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)的爆發(fā)壓力和燃燒溫度最大。氣缸爆發(fā)壓力約30kg50kg/cm2，燃燒室內(nèi)的燃?xì)鉁囟雀哌_(dá)19002000，直接與高溫氣體接觸的機(jī)件如氣缸體、氣缸蓋、活塞、氣門、氣缸壁上部的溫度約600左右。這些零件吸收了大量的熱量，若不及時(shí)加以適當(dāng)?shù)乩鋮s，零件會受熱膨脹，使其原有的間隙變小，潤滑油膜無法建立，造成機(jī)件卡死等一系列嚴(yán)重故障。為了達(dá)到冷卻機(jī)件的目的，一般采用兩種方法，先從發(fā)動(dòng)機(jī)的摩擦機(jī)件等內(nèi)間零件開始，利用潤滑油的壓力和飛濺作用潤滑、冷卻摩擦副運(yùn)動(dòng)零件。而冷卻氣缸體、氣缸蓋、曲軸箱以及左、右蓋等外部機(jī)體的主要介質(zhì)一般為自然風(fēng)、水、油等。 目前摩托車采用的冷卻系統(tǒng)主要有以下幾種類型：

3、 一、 自然風(fēng)冷卻系統(tǒng)。騎跨式風(fēng)冷摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)往往在氣缸蓋、氣缸體等高溫機(jī)件外表，合理地排列著長度與間隙適宜有序，并與摩托車行駛方向平行的散熱片，利用摩托車行駛時(shí)的自然風(fēng)順著散熱片表面流過，從而帶走機(jī)件外表的大部分熱量，以達(dá)到散熱的目的，這也是跨式摩托車使用最多的冷卻方式。例如：嘉陵JL70、南方NF125、本田CG125、春蘭CL125-2等車型。 它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低，冷卻時(shí)不再浪費(fèi)發(fā)動(dòng)機(jī)本身的能源，且基本不需要維修。只是當(dāng)摩托車雨天行駛在路況較差的軟質(zhì)泥土路面，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱片沾滿泥土或污垢時(shí)，才需要人工清理保養(yǎng)。但缺點(diǎn)也比較明顯：摩托車在低擋、低速行駛，尤其是低速大負(fù)荷運(yùn)行

4、時(shí)（如在較大坡度或山路上連續(xù)行駛等），因發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，車速低，車輛行駛時(shí)的自然風(fēng)不能將發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量及時(shí)帶走，冷卻效果較差，使機(jī)件過熱，發(fā)動(dòng)機(jī)會因過熱而動(dòng)力下降。 二、 強(qiáng)制風(fēng)冷冷卻系統(tǒng)。由于結(jié)構(gòu)上的限制，有些車型的發(fā)動(dòng)機(jī)隱藏在車體內(nèi)，無法利用自然風(fēng)進(jìn)行冷卻，故在氣缸體和氣缸蓋周圍合理布置導(dǎo)流罩，在曲軸及磁電機(jī)端安裝冷卻風(fēng)扇（冷卻風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)有：離心式風(fēng)扇和軸流式風(fēng)扇兩種類型），利用曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使風(fēng)扇葉片強(qiáng)烈地?cái)噭?dòng)氣流，引進(jìn)自然風(fēng)對發(fā)動(dòng)機(jī)外部進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，這是目前國內(nèi)坐式摩托車常用的冷卻方法。譬如：南雅凌鷹ZY125T、五羊-本田公主WH125T、天津本田TH90T、春蘭CL125T

5、-6等車型。 它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，需要額外增加零件少；摩托車怠速或低速上坡時(shí)，其冷卻效果不受車速高低的影響；冬季冷機(jī)啟動(dòng)后暖機(jī)時(shí)間短，消耗能源少（不像自然風(fēng)冷機(jī)要暖機(jī)好長一段時(shí)間）。缺點(diǎn)是；因冷卻風(fēng)扇裝在曲軸及磁電機(jī)上，要損耗發(fā)動(dòng)機(jī)少部分功率，并且增加了裝風(fēng)扇一端曲軸主軸承的負(fù)載（尤其是二沖程機(jī)依靠油霧潤滑的主軸承），軸承極易磨損。另外，冷卻風(fēng)扇在攪動(dòng)空氣流通的同時(shí)，其運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲使發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲相應(yīng)增大。 三、 液冷卻系統(tǒng)。利用水泵將具有防凍、防腐性能的冷卻液泵到發(fā)動(dòng)機(jī)水套及冷卻管道中，將發(fā)動(dòng)機(jī)多余的熱量帶到散熱器中散發(fā)掉。同時(shí)利用閉式循環(huán)系統(tǒng)使冷卻液保持在最佳溫度范圍內(nèi)（液冷發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳溫度為8

6、595），這種液冷卻系統(tǒng)可充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量進(jìn)行工作，使發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量損失減少到最小范圍。 此外，液冷系統(tǒng)很容易調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)各部分的冷卻強(qiáng)度，并方便對局部區(qū)域保溫或加強(qiáng)冷卻，使整機(jī)溫度能控制在合適的范圍之內(nèi)。液冷系統(tǒng)與風(fēng)向無關(guān)，即使摩托車怠速或低速運(yùn)行時(shí)，冷卻系統(tǒng)也同樣具有足夠的散熱能力。因氣缸蓋、氣缸體周圍鑄有水套，它可以吸收運(yùn)動(dòng)摩擦副一部分噪聲，使發(fā)動(dòng)機(jī)的聲音更加柔和。其缺點(diǎn)是：液冷卻系統(tǒng)需要增加的零件和附件較多，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，制造成本高，且冷卻液具有一定的腐蝕作用，須定時(shí)更換和定期保養(yǎng)整個(gè)冷卻系統(tǒng)。目前國內(nèi)水冷車型較多，如：金城-鈴木天客SJ125T、嘉陵JL125T、珠峰ZF150T-3

7、、春蘭CL125T（125T-2、125T-3）等。 四、 油冷式。油冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和液冷卻式基本相同，只是用機(jī)油代替水作冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷卻。它的優(yōu)點(diǎn)是：可與發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑共用，而不需要再額外增加水液。由于油冷機(jī)中的機(jī)油有一部分經(jīng)油管（銅管）輸送到機(jī)油冷卻器（即散熱器），冷卻后的機(jī)油又經(jīng)油管流回曲軸箱，以保持曲軸箱內(nèi)的機(jī)油溫度恒定在60左右。因此，油冷發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑油溫度要比液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑油溫度低1015，而且用潤滑油作冷卻介質(zhì)不會像水那樣容易生銹和產(chǎn)生水垢腐蝕機(jī)件。其缺點(diǎn)是：冷卻油專用的機(jī)油泵結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，冷卻油用量多，使用費(fèi)用相對較高，在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。油冷機(jī)型國內(nèi)不太多見，如金城JC

8、150-18，少數(shù)進(jìn)口車也采用油冷發(fā)動(dòng)機(jī)。 以上介紹的幾種冷卻方式主要是針對發(fā)動(dòng)機(jī)的外部箱體，以及需要散熱降溫的機(jī)件而言。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)件的散熱主要是通過潤滑油，即利用機(jī)油泵將具有一定壓力的潤滑油輸送到各摩擦副潤滑點(diǎn)，以及利用運(yùn)動(dòng)機(jī)件旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的飛濺作用進(jìn)行潤滑和冷卻。這當(dāng)中有一個(gè)重要摩擦副零件的散熱方式比較獨(dú)特，這就是運(yùn)行作功的活塞。 四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞裙部及內(nèi)腔除利用飛濺潤滑油冷卻外，充分利用汽油汽化需要吸收大量熱量的原理，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)往往將進(jìn)氣流對著活塞頂，讓一部分油粒（由化油器流出的油霧有70%未被汽化）在高溫的活塞頂上汽化，吸收一部分熱量。而二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)對活塞的冷卻方式，則是利用曲軸

9、箱內(nèi)的汽油油霧在活塞的內(nèi)腔汽化吸熱進(jìn)行散熱。 前面已提到，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)發(fā)出的熱量中，燃燒室的溫度最高，其中火花塞周圍的溫度790（火花塞墊片處的溫度約150220），氣缸蓋工作溫度350。而氣缸體的溫度是不太均勻的，上部溫度高，下部溫度低一些。因此，在冷卻時(shí)要求上部為強(qiáng)冷，下部為弱冷，使缸體冷卻均勻。一般來說，氣缸壁的溫度在120130范圍內(nèi)為最佳。 由上述可知：對發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻應(yīng)適當(dāng)，既要充分，又不能過度。一部分人錯(cuò)誤地認(rèn)為，冷卻后的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度越低越好，其實(shí)不然。發(fā)動(dòng)機(jī)過度冷卻，一方面由于燃燒過程中的熱量損失增大，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率，同時(shí)潤滑油的粘度增加，流動(dòng)性變差，摩擦損失增加，加速了機(jī)件的

10、磨損，使轉(zhuǎn)變成有用功的熱量相對減少；另一方面由于混合氣與過冷的氣缸壁接觸，會使氣缸中原已汽化的汽油又凝結(jié)成液體，容易使燃燒物中的酸根和冷凝的水蒸汽化合成為酸類，加速氣缸與活塞等摩擦副的腐蝕和磨損，致使燃燒不完全而形成積炭或流到曲軸箱內(nèi)使?jié)櫥妥兿∮绊懓l(fā)動(dòng)機(jī)的潤滑，還會使各部分的間隙變大，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率降低，出現(xiàn)油耗增加，功率下降等一系列問題。 另外，氣缸壁溫度過低時(shí)，將使氣缸壁的“激冷層”加厚，使燃燒不充分，致使排氣中的HC大大增加，排放值超標(biāo)，污染大氣環(huán)境。由此看來，發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度應(yīng)控制在合適的范圍以內(nèi)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的溫度分布狀態(tài)要合理、均勻，不能冷處更冷，熱處很熱，避免機(jī)件因冷熱不

11、均勻而產(chǎn)生異常變形。實(shí)踐表明，溫度不均勻的機(jī)件不利于發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。 發(fā)動(dòng)機(jī)本身的溫度極不均勻，各部分散發(fā)的熱量不一致，有的溫度相差較大，這給發(fā)動(dòng)機(jī)正常的熱量散發(fā)帶來一定的困難。由于以上四種冷卻方式各有其自身的特點(diǎn)，它們對溫度極不均勻的發(fā)動(dòng)機(jī)來說，顯得力不從心。如何更好地使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到最佳的冷卻效果，是擺在人們面前的一道不大不小的難題。 為了有效地冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果，經(jīng)過科研人員的不懈努力和反復(fù)實(shí)驗(yàn)，一些綜合利用風(fēng)、水、油的先進(jìn)冷卻方式問世，并已應(yīng)用于摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)上。下面簡要介紹近幾年日本鈴木公司研制成功的兩種新型冷卻系統(tǒng)。 第一種稱為（SATCS）三方式冷卻系統(tǒng)，用于鈴木GSX

12、-R型摩托車上。它把空氣冷卻、水冷卻和機(jī)油冷卻組合起來，溫度最高的氣缸蓋用水冷卻，溫度較低的氣缸體用風(fēng)扇冷卻，而活塞上部則利用曲軸軸承處噴出來的機(jī)油冷卻。機(jī)油參與冷卻后再被送入機(jī)油散熱器，使之成為循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)油噴射由機(jī)油控制閥控制，油道內(nèi)的壓力達(dá)到0.2MPa以上時(shí)閥門打開，噴射機(jī)油。機(jī)油散熱器被藏在前照燈的下方，用鋁合金制成波紋狀散熱器片。主要利用自然風(fēng)流過波紋管散熱器片時(shí)的氣流來吸收其熱量，從而達(dá)到降低溫度的目的。 第二種稱為風(fēng)油冷卻系統(tǒng)（SACS），這是一種積極利用機(jī)油作為冷卻介質(zhì)的冷卻方式。其基本構(gòu)造是：在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)除了設(shè)置潤滑油用機(jī)油泵外，又加裝了一個(gè)專用于冷卻系統(tǒng)的機(jī)油泵。它把大流量（流量約20L/min）的機(jī)油送入設(shè)在氣缸蓋上的噴