发动机技术基础.docx

发动机技术基础.docx

《发动机技术基础.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发动机技术基础.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

发动机技术基础

摩托车发动机技术知识

一、热机部分

§1四冲程摩托车发动机热机系统的基本结构及功能

热机系统是发动机的核心机构和动力来源，四冲程摩托车发动机的热机系统主要由气缸总成、曲柄连杆机构、配气机构及润滑分总成组成，下面分别介绍其结构和功能。

一．气缸总成

气缸总成主要由气缸头、气缸体及气缸垫等组成

1、气缸头（气缸盖）

四冲程发动机的气缸头结构复杂，气缸盖燃烧室表面受炽热燃气的作用并承受气缸压力形成的机械负荷，所以气缸头的燃烧室、气门、气道及火花塞必须布置合理，各部分温度应尽可能分均匀，散热片的大小应与散出的热量相适应，且发动机在工作时，气缸头不能出现变形。

1）气缸头结构型式

四冲程发动机气缸头冷却方式分为风冷和水冷两种型式，大多采用2气门、单顶置凸轮轴、单缸结构；也有部分发动机采用下置凸轮轴（如CG125）；三气门发动机（如CG125三气门）；四气门（如ZS2000）；四气门、双顶置凸轮结构，凸轮轴直接驱动气门（如ZS96）及多缸发动机（如双缸125、V250）。

风冷气缸头散热片一般以横向布置为主，气门与气缸中心线的夹角常在30度左右。

燃烧室多为半球形，火花塞则安置在排气门侧；多气门发动机燃烧室形状为篷形，火花塞布置在中间。

水冷气缸头外形相对较简单，内部结构较复杂，缸头内腔布置有水道。

气门与气缸中心线的夹角在20度左右。

2）气缸头的材料

气缸头的材料应具有良好的导热性和耐热性，在高温时能保持必要的强度，一般采用铝合金铸造，常用材料有ZL107，ZL111或日本牌号AC4B。

2、气缸体

四冲程发动机的气缸体与二冲程气缸体比较，结构较更简单。

气缸体在高温高压作用下，承受机械应力和热应力。

另外，由于活塞组对气缸的侧压力和滑动摩擦，使气缸发生弯曲应力和磨损。

所以气缸必须具有足够的强度和刚度，良好的耐磨性。

1）气缸体的结构型式

风冷发动机常见的气缸体结构为整体式铸铁（或铝合金）气缸体和双金属气缸体。

整体式气缸体由铸铁或铝合金直接浇铸而成，外部的散热片布置大多采用横向布置，只有部分卧式机为纵向布置；双金属气缸体由铸铁钢套压入或直接与铝合金气缸体组合浇铸成一体（包括散热片）。

水冷气缸体与风冷气缸体不同之处主要是内部设置了水道，去掉了外部的散热片。

2）气缸体的材料

常用的铸铁气缸体或气缸套的材料是磷钒铸铁、合金铸铁和硼铸铁等。

气缸套内表面处理现大都采用金属陶瓷复合薄膜等离子化学沉积和纳米电镀处理。

常用的铸造铝合金有YL112或ZL111。

二．曲柄连杆机构

曲柄连杆机构是发动机产生动力的主要机构部分。

它的作用是承受气体爆发的压力，通过活塞在气缸中的直线往复运动，传递至活塞销、连杆、曲轴上变成旋转运动而产生动力。

它包括的主要零件有：

活塞、活塞环、活塞销、曲柄连杆等。

1．活塞

活塞有活塞顶部、活塞头部、活塞裙部和活塞销座四部分组成。

活塞在气缸内承受燃烧气体的高温高压作用（做功行程），并通过连杆推动曲轴转动；在飞轮的惯性作用下，完成活塞的进气、压缩和排气三个辅助行程。

活塞顶部承受的温度高达300℃以上，裙部温度一般为100~130℃。

活塞顶面接受的热量主要通过活塞环传给气缸壁，为了控制活塞的热流和温度分布规律，活塞顶厚度从中央到四周逐步加大，并有足够大的过渡圆角，呈所谓的“热流形”。

活塞裙部为中凸椭圆形。

活塞一般使用含硅量在10~13%的共晶铝硅合金的材料，如ZL109，ZL108或日本的AC8A。

2．活塞环

根据用途不同，活塞环分为气环（2道环）和油环两种。

气环主要起密封作用，其断面形状有有多种，常见的有矩形环、锥面环、扭曲环、桶面环和梯形环等。

其中桶面环是将环的外圆表面制成凸圆弧形，它具有良好的润滑性、密封性和磨合性，避免了棱缘负荷。

因此，桶面环已得到广泛应用，通常作为第一环，且表面大多采用镀铬覆盖层。

一环常用不锈钢或弹簧钢，二环常用合金铸铁或球墨铸铁。

油环主要用于四行程发动机，一般采用组合式，即油环由上下二片导轨（钢环镀铬）和一个衬簧组成。

油环可刮去汽缸壁上多余的润滑油，防止它窜入燃烧室。

为保证油环良好的密封性，油环对汽缸壁面接触应力应大一些，通常用减小环与汽缸的接触面积或在环背面加弹性弹簧的方法增大接触应力。

3．活塞销

活塞销使活塞和连杆上端作关节式连接，并将活塞承受的压力传递给连杆。

活塞销装在活塞的销孔中，并用卡圈固定在销座内，防止其轴向窜动。

活塞销常用材料为20CrMo，其加工精度要求较高，外圆尺寸精度在IT3~IT4。

。

4．连杆

连杆的功用是将活塞在汽缸里的往复直线运动传递给曲轴，使曲轴旋转。

连杆由连杆小头、连杆大头和杆身三部分组成，杆身的断面通常呈“工”字形，以增加抗弯强度，并由小头端到大头端逐渐增大使其受力均匀。

杆身于大、小头连接处常用大圆弧过渡，避免应力集中。

连杆大头上使用的是带镶嵌式保持架的滚针轴承，保持架用特种刚制成。

5．曲轴

曲轴的功用是把连杆传来的推力变成扭转力矩，并通过主动齿轮传给传动装置，然后再靠飞轮的惯性带动连杆、活塞完成进气、压缩和排气行程，并平衡活塞及连杆运动产生的部分往复惯性力。

曲轴由左、右曲柄轴、曲柄、曲柄销等组成。

右曲柄轴用来安装曲轴主动齿轮，通过主动齿轮将动力传给离合器。

左曲柄轴用来安装飞轮。

左右曲柄轴均通过单列向心滚珠轴承的支承。

8．飞轮

飞轮用来贮存发动机做功行程中的能量，在进气、压缩和排气行程中再释放出一部分能量，以保持发动机运转平稳。

另外，飞轮一般兼做磁电机的转子，在飞轮的内侧上镶有4～6块永久磁铁，它们既是飞轮的主要质量，又是磁电机的转子。

三．配气机构

配气机构的作用是按照发动机的工作次序，定时地打开和关闭汽缸的进气门和排气门，使新鲜空气和燃料混合物进入汽缸，然后把燃烧生成的废气排出汽缸。

根据结构的不同可分为侧置气门式和顶置气门式两大类。

凸轮轴常用的材料为可锻铸铁（KTZ），气门常用材料：

进气门的温度为300~500℃，一般采用马氏体钢（4Cr10Si2Mo）；排气门的温度为600~800℃，一般采用奥氏体钢（5Cr21Mn9Ni4N），并在气门与气门座接触处及气门轴端焊接硬质合金，提高其耐磨性。

现代摩托车发动机主要使用顶置气门式配气机构。

顶置气门式配气机构可分为挺杆式（如CG125）和链条式（如CB125或C100）两种，由于其进、排气门均布在汽缸盖上，与侧置气门式配气机构相比，它具有进气效率高、气门调整方便等优点，现代摩托车发动机凸轮轴大多布置在气缸盖上，使用链条传动。

1．链条式顶置配气机构的主要零件有：

凸轮轴、气门摇臂、摇臂轴（也有采用凸轮轴直接驱动顶柱及进排气门的，此结构无摇臂及摇臂轴）、气门和气门弹簧、正时主动链轮、正时从动链轮、链条、张紧板、导向板、张紧器等。

该系统的工作过程为：

当曲轴转动时，正时主动链轮通过链条带动正时从动链轮旋转，从而驱动凸轮轴转动，凸轮轴按规定的进、排气门开闭角度，定时驱动气门摇臂，摇臂顶开气门，在气门弹簧的作用下气门关闭。

其中张紧板和张紧器的作用是张紧链条，导向板的作用是为链条导向。

链条根据发动机的结构，有套筒滚子链及齿形链。

用此结构的发动机总体布置比较紧凑，零件数目较少，配气机构刚性好，自振频率较高，高速性好。

2．挺杆式顶置配气机构的主要零件有：

上摇臂、气门、气门弹簧、挺杆、下摇臂、下摇臂轴、正式从动齿轮、正式主动齿轮等。

该系统的工作过程为：

当曲轴转动时，正时主动齿轮驱动正时从动齿轮转动，由于正时从动齿轮上带有凸轮，凸轮在转动中带动下摇臂绕着下摇臂轴往复摆动，在在摆动的过程中带动挺杆向上下往复运动，继而挺杆带动上摇臂绕着上摇臂轴往复摆动。

这样气门在上摇臂和弹簧的共同作用下定时的开气和关闭。

此结构安装调整方便；但整个结构刚性差，保证不了高速化（中速性能好）。

四、润滑系统

为了保证整个发动机的正常工作，其必需要有良好的润滑系统，四冲程发动机的燃油系统和润滑系统完全分开，大部分都采用压力润滑与飞测润滑相结合的方式，机油靠曲轴箱外部的散热片散热。

也有部分摩托车发动机箱体外部连接有油冷器，如ZS96。

在机油泵的作用下，大部分发动机采用下述润滑方式：

润滑油流向为：

曲轴箱→滤网→机油泵→曲轴箱油道→

→曲轴箱。

其他零部件是靠飞溅润滑的。

润滑油的使用：

大部分地区均采用15W/40或20W/40，东北、西北地区为10W/30或5W/30。

§2四冲程发动机工作原理

四冲程发动机主要工作原理是每一个工作循环需要完成进气、压缩、燃烧膨胀、排气四个行程，其中曲轴转动两圈（720°），活塞在汽缸中往返移动两次。

C100/CG125发动机均为四冲程发动机，

1、进气冲程

活塞从上止点（活塞在汽缸位置的最高点）向下止点（活塞在汽缸位置的最低点）移动，此时进气门开启，排气门关闭。

随着活塞的下行，汽缸容积增大，压力下降，当低于大气压力时，经化油器雾化的新鲜可燃混合气通过进气门被吸入汽缸内。

当活塞到达下止点时，整个汽缸内便充满了新鲜可燃混合气。

为了使新鲜可燃混合充分进入汽缸，进气门总是在上止点前逐渐开启，下止点后快速关闭。

2、压缩冲程

活塞由下止点向上止点移动，此时进气门开始关闭，排气门仍处于关闭状态，随着活塞上行，汽缸容积缩小，可燃混合气受压缩，其压力和温度升高。

当活塞接近上止点时，可燃混合气受到压缩，其压力和温度升高。

当活塞接近上止点时，可燃混合气被火花塞点燃，并开始燃烧。

3、燃烧膨胀冲程

活塞从上止点向下止点移动，此时进、排气均关闭。

在压缩冲程终了，被燃烧的混合气在活塞通过上止点后迅速燃烧膨胀，使燃烧室内的压力和温度急剧升高而产生动力，推动活塞向下移动，推动活塞向下移动，并通过连杆带动曲轴旋转，发动机输出功率。

4、排气冲程

飞轮（磁缸与离合器）的惯性作用使曲轴继续转动，带动活塞由下止点上上止点移动，此时进气门关闭，排气门开启，随着活塞的上移，汽缸内燃烧后的废气不断从排气门排出。

为了使废气充分排出汽缸，排气门总是在下止点前快速开启，上止点后逐渐关闭。

排气冲程直到活塞到达上止点前进气门再度开启、、上止点后排气门关闭为止。

至此，发动机完成一个工作循环。

四冲程发动机曲轴每转动两圈完成一个工作循环，做一次功，如此循环，发动机便可持续运转下去，并不断输出功率

二、传动部分

§1C100变速系统的组成、原理和故障分析

1、变速器和离合器

1.1变速器结构和工作原理

C100的变速器为有极变速机构，其变速比是恒定的。

采用机械式齿轮变速器，由左脚踩变速踏板。

由变速拨叉轴向移动来完成变速过程，这种机构虽然比较复杂，但工作可靠，寿命长。

、C100及绝大多数100型发动机采用四档主轴、副轴常啮合式齿轮变速器，主轴上装有离合器及各档位的主动齿轮；副轴上装有各档位的从动齿轮。

其中主副轴上各装有一个可移动的齿轮，齿轮两端面有凸台式凹槽，可以在花键轴上滑动，这个齿轮在径向还开有环型凹槽，供变档拨叉左右移动时使用

变档拨叉安装在变速鼓上，依靠变速鼓的旋转来实现拨叉的轴向左右移动，从而得到不同齿数的齿轮相结合。

C100变速转鼓上装有两个拨叉，分别对主轴和副轴上可移动的齿轮作左右滑动，一个拨叉左右滑动可以完成两个档位，两个拨叉即可完成四个档位的变速。

拨叉的左右移动是依靠变速转鼓外圆表面上的螺旋槽内滑动来完成的。

C100传动比用下式表示：

i=

=

式中i——传动比

n1——主动齿轮转速

n2——从动齿轮转速

z1——主动齿轮的齿数

z2——从动齿轮的齿数

1.2维护保养和故障分析

1.2.1离合器的保养：

离合器保养的主要内容是检查、调整离合器自由行程及分离机构的间隙，若手动离合器到一定周期，还须润滑离合器的钢索，若摩擦片磨损严重，扰曲变形以及离合器弹簧弹性衰减变形等都应进行更换，对于油冷式离合器，要定期更换机油。

对于自动离心式离合器，应定期检查离心蹄块，磨损严整或磨损不均匀则应全部更换。

1.2.2变速器的保养

变速器的保养主要是清洁表