如何提高摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性能

如何提高摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性能

摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機是將其燃燒室內可燃混合氣燃燒產(chǎn)生的熱能轉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(dòng)活塞做的往復直線(xiàn)運動(dòng)轉化為曲軸的旋轉運動(dòng)，進(jìn)而對外輸出作功。作為摩托車(chē)消費者，最關(guān)心的莫過(guò)于發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性能。衡量發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性能的指標包括有效扭矩和有效功率，即人們常常提到的發(fā)動(dòng)機的載重爬坡能力和行駛加速力。本文以發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力損失及改善措施為重點(diǎn)，就如何提高摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性能作一淺析。

　　一、發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力損失

　　1、發(fā)動(dòng)機效率

　　在熱能轉化為機械能的過(guò)程中，存在一個(gè)輸入與輸出的關(guān)系，即發(fā)動(dòng)機效率。發(fā)動(dòng)機效率等于發(fā)動(dòng)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(gè)指標。其中機械效率等于有效功率與指示功率(發(fā)動(dòng)機在燃燒過(guò)程中燃燒室內產(chǎn)生的功率)之比。一般摩托車(chē)發(fā)動(dòng)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(chē)發(fā)動(dòng)機的熱效率為0.20~0.25。

　　2、發(fā)動(dòng)機動(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(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)機排氣行程中進(jìn)入大氣，這部分損失稱(chēng)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)機冷卻系統散發(fā)到大氣中，這部分損失稱(chēng)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)機的實(shí)際熱效率很低，一般四沖程發(fā)動(dòng)機約為20%~25%，即使是高性能發(fā)動(dòng)機，其熱效率也不到30%。這是因為：第一，摩托車(chē)發(fā)動(dòng)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(guò)量空氣系數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)機在實(shí)際運轉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曲軸驅動(dòng)配氣機構及各種輔助機構如機油泵、水泵、風(fēng)扇等產(chǎn)生的動(dòng)力損失。④克服潤滑油黏度及黏溫特性所帶來(lái)的摩擦損失。根據測試統計，在以上機械摩擦中：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)機轉速的升高而增大，轉速越高，摩擦損失越快。

　　二、提高發(fā)動(dòng)機動(dòng)力性能的途徑

　　1、減少摩擦損失，提高發(fā)動(dòng)機內部潤滑性能

　　(1)合理設置潤滑方式

　　根據發(fā)動(dòng)機摩擦部位的不同，設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(dòng)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置潤滑油道。

　　(3)根據不同地區和氣溫差異選用質(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(guò)以上改進(jìn)，發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性能可提高5%~15%。

　　2、減少熱損失，改善發(fā)動(dòng)機燃燒條件

　　(1)提高發(fā)動(dòng)機的壓縮比

　　發(fā)動(dòng)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(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 )出現爆燃或表面點(diǎn)火等不正常燃燒現象。爆燃是燃燒室內末端混合氣在火焰前鋒未到達前自燃，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。不僅會(huì )造成發(fā)動(dòng)機過(guò)熱，功率下降，嚴重時(shí)還可能損壞發(fā)動(dòng)機零部件；而表面點(diǎn)火是氣缸內混合氣被燃燒室內熾熱表面或熾熱點(diǎn)所點(diǎn)燃，也會(huì )造成發(fā)動(dòng)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(huì )增加摩托車(chē)使用成本，所以發(fā)動(dòng)機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)機的進(jìn)排氣效率

　　提高進(jìn)排氣效率，進(jìn)入氣缸內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)氣歧管上加裝獨立的二次進(jìn)氣裝置，增加單位時(shí)間內進(jìn)入氣缸內的空氣量，減少進(jìn)氣阻力，提高充氣效率，使燃燒更充分，發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力亦會(huì )顯著(zhù)提高。

　　b)采用多氣門(mén)

　　進(jìn)排氣門(mén)的增多，提高了進(jìn)排氣面積和高速氣流的流量，發(fā)動(dòng)機排氣效率也得到提高。且采用多氣門(mén)后，每個(gè)氣門(mén)的體積減小，重量減輕，其運動(dòng)慣量小也利于高速運動(dòng)。所以發(fā)動(dòng)機采用多氣門(mén)機構可提高進(jìn)氣效率和動(dòng)力。多氣門(mén)主要針對高速時(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，故對于多氣門(mén)應視情況來(lái)設定。

　　c)改進(jìn)進(jìn)排氣門(mén)行程

　　氣門(mén)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。當發(fā)動(dòng)機低速時(shí)，采用較小的氣門(mén)行程即減少了進(jìn)氣面積，有利于提高發(fā)動(dòng)機低速時(shí)進(jìn)排氣效率；當發(fā)動(dòng)機高速時(shí)，采用較大的氣門(mén)行程即增大了進(jìn)氣面積，有利于提高發(fā)動(dòng)機高速時(shí)進(jìn)氣效率。

　　d)發(fā)動(dòng)機的進(jìn)排氣門(mén)根據發(fā)動(dòng)機的工作循環(huán)，打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)刻所對應的曲軸轉角稱(chēng)為配氣相位。配氣相位的準確與否對發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性能有很大影響。如果配氣相位不準確，會(huì )導致進(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)機的動(dòng)力下降。由于廢氣和新鮮空氣在運動(dòng)中的慣性，使進(jìn)排氣有一定的遲滯期。為了使氣缸內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(mén)有一個(gè)同時(shí)開(kāi)啟的時(shí)刻，即氣門(mén)重疊角，也就是配氣相位。所以發(fā)動(dòng)機低速時(shí)使用較小的氣門(mén)重疊角，反之則使用較大的氣門(mén)重疊角，這樣就可以提高進(jìn)排氣效率，提高發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力性。

　　(3)改善點(diǎn)火提前角

　　發(fā)動(dòng)機的轉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)機的動(dòng)力性。

所以應嚴格控制點(diǎn)火提前角。①當發(fā)動(dòng)機轉速一定時(shí)：負荷加大，產(chǎn)生爆燃的傾向增大，應適當減小點(diǎn)火提前角；負荷減小則應加大點(diǎn)火提前角。②當節氣門(mén)開(kāi)度一定時(shí)：發(fā)動(dòng)機轉速增高，適當加大點(diǎn)火提前角，反之則適當減小點(diǎn)火提前角。

　　(4)使用汽油噴射系統

　　汽油噴射系統能夠精確地計量可燃混合氣濃度，并能根據發(fā)動(dòng)機工況隨時(shí)修正，實(shí)現均勻點(diǎn)噴，使空燃比經(jīng)常保持在A(yíng)/F=14.7:1或過(guò)量空氣系數α=1的最佳區域內，混合氣燃燒充分，減少熱損失。使用汽油噴射系統，可使發(fā)動(dòng)機功率提高15%~20%。

　　三、案例

　　針對在國內市場(chǎng)經(jīng)久不衰的鈴木GS125摩托車(chē)，2003年經(jīng)過(guò)動(dòng)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(dòng)力，最高時(shí)速達到100km以上，爬坡能力更加卓越。其動(dòng)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化成動(dòng)力。

　　2、改變了凸輪軸的形狀曲線(xiàn)，變更進(jìn)排氣門(mén)的開(kāi)啟幅度和發(fā)動(dòng)機的配氣定時(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(mén)部件大大降低了發(fā)動(dòng)機的運轉阻力和功率損耗，提高了發(fā)動(dòng)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(guò)距離，使油門(mén)響應更快捷，提速更快。

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

　　通過(guò)對改善前后的發(fā)動(dòng)機進(jìn)行200小時(shí)耐久試驗對比可知：改善后其動(dòng)力性能提高了10%。

　　結束語(yǔ)

　　摩托車(chē)良好的動(dòng)力性能會(huì )帶給騎行者舒暢的心境，如果工廠(chǎng)采取