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=摩托车技术= 2冲程发动机 4冲程发动机
2007年07月03日 星期二 下午 09:37
=摩托车技术=
2冲程发动机   4冲程发动机

ＣＤＩ    风冷与水冷   车架结构

车架结构谈
摩托车的车架看上去只是几支杆件焊接在一起，比较简单，实际上它的设计涉及多方面的考虑。车架如同人体的骨骼，必须要有足够的强度和刚度，而且在重量、造型等方面也有相应的要求。
车架要有足够的强度。它要承受发动机、其它部件及乘员的重量，限制装配件的移动，并影响其运动性能。不同使用对象的摩托车车架强度是不一样的，例如街车就比越野车的强度要低。
车架要有足够的刚度。所谓刚度就指抵抗变形的能力。与四轮汽车相比，两轮摩托车具有更大范围的运动自由度，急剧转弯，行驶凹凸不平山路等等。车架刚度低，当车辆受到冲击时车架容易变形；但车架刚度过大会在某种范围内影响系统弹性，从而影响乘员的感觉。
车架的结构尺寸要符合要求。车架有些部分是十分关键的，影响摩托车运行的平稳性。设计师在设计车架要考虑到车辆的敏捷但又不宜太灵活，要稳定但又不宜太沉重。例如转向轴头，涉及到前叉倾角、车轮拖曳距、偏置距、两轮轴矩等尺寸问题。前叉倾角大，转向时方向把手移动的角度也就小；拖曳距大，前轮回中的扭力也就越大，车子也就觉得越稳定。所以美式摩托车车型虽然较大，但由于前叉角度较大，行驶起来十分平稳。但拖曳距越大转向就越重手，因此一般轻型摩托车的拖曳距在85毫米－120毫米之间。
摩托车在行驶中所产生的转向力、离心力及车子的颠簸，都会促使转向轴头向侧扭，为抵抗这种侧向扭力，车架常使用粗大的管梁和加强杆，从发动机两侧伸廷至转向轴头位置焊接。
车架重量要轻，从材料上看多用高强度钢材，这种钢材含有钛、铌、钒等微量元素。现在有些车辆巳应用铝合金车架或者钛合金车架。减轻摩托车本身的重量，等于增加了发动机的功率。
目前摩托车车架的形式主要分成三大类：主梁结构式车架、菱型式车架和托架式车架。主梁结构式车架又称脊骨型车架，是用一根或两根主梁做脊骨的车架，这种车架应用比较广泛。菱型式车架形似钻石状，因此车架又称钻石式车架，这种车架属于空间结构形式，发动机横置在钻石形内，作为车架的一个支承点，能增强车架的强度和刚度，道路竞赛摩托车应用较多。托架式车架形似摇篮，又称摇蓝式车架，也属空间结构形式，发动机安装在摇蓝形中，由于发动机下面有钢管支承，对发动机能起保护作用，所以许多越野车用此类车架。

主梁结构式车架（型式之一）
菱型式车架（型式之一）
托架式车架（型式之一）

风冷好还是水冷好
在冷却方面，摩托车与汽车不同，绝大多数汽车发动机是水冷却，统一得很。而摩托车发动机既有风冷却还有水冷却，风冷却还分有自然风冷却和强制风冷却。到底采用哪一种方式冷却，或是多种方式混合，这决定于发动机的结构和安装位置。
风冷却的发动机气缸外表面有数片散热片，散热片的表面积是气缸表面积的10倍以上，空气流经散热片时带走热量从而达到冷却目的。自然风冷依靠车辆运动时所产生的空气气流冷却，而强制风冷却的发动机带有风扇，用它吹风冷却气缸表面，多用于发动机隐藏在车身内的踏板车。
水冷却实质上是在风冷却的基础上再加上水冷却。它带有散热器（水箱）、节温器、水泵、水管等。散热器后面装有风扇强制通风冷却，整个水冷却系统与汽车冷却系统差不多。冷却水在水泵的驱动下不断循环，经过散热器降温，在节温器阀控制下（控制水温在80度左右）通过气缸体水套吸热再回到散热器，从而达到冷却目的。水冷却多用在250毫升以上大排量摩托车上，但近年有些125毫升摩托车也采用水冷却方式。
目前，我国摩托车产品和在用摩托车绝大部分是低排量的。因此绝大多数摩托车采用风冷却方式，但也有一些摩托车是用水冷却方式。在125毫升级等低排量的摩托车中，到底是选择水冷却还是选择风冷却好，首先要比较一下两者有什么优缺点。
两者比较，水冷却的效果要好得多，冷却均匀，不会受到外界环境影响，可以提高发动机的负载。但因为构造复杂成本较高，出故障的机会也多，而且由于有风扇、水泵等耗能装置，发动机功率损耗大。风冷却的摩托车构造简单成本较低，发动机功率利用率高，维护方便。但缺点也不少，冷却面不均匀，受外界环境影响大。例如在夏天，如果马路堵塞开开停停缓慢行驶，长时间低速和怠速运行气缸就会过热，容易爆燃产生不正常的燃烧，功率下降，噪音增大。但是这些问题的产生是可以人为避免的。
无庸置疑，水冷却和风冷却的摩托车都有其优点也有其缺点，关键的一点是使用价值。以低排量摩托车来说，从功率利用、维护方便、价格低廉的角度出发，风冷却应是最好的选择。从机器应用的角度来考虑，若两者都能达到一个目的，为什么不选择最简单的呢？(2000.3.11)

ＣＤＩ
现在很多国产摩托车都喜欢在车上标注“CDI”三个英文字母，不少购车者也十分注重CDI，认为标注CDI的车辆才有档次。CDI是什么？它是英文“CondenserDrodeIgnite”的缩写，也就是“电容二极管点火”的意思。
众所周知，发动机运行必需用高压电点火，传统的方法是用触点开关的方式将点火线圈的磁电路接通或切断，使点火线圈两个初、次级线圈发生感应电动势而产生高压电。而CDI采用电容器和可控硅二极管电路形式代替触点开关等机械形式，即无触点点火。
CDI的工作过程：当发动机运转起来，磁电机也随之转动产生电流，电流通过硅二极管整流向电容器充电，此时可控硅处于截止状态，电流无法通过可控硅。当脉冲转子转到点火位置时，脉冲发生器发出电信号，这个电信号加在可控硅的控制极上，触发可控硅导通，于是电容器的电能通过可控硅进入点火线圈。当脉冲转子转过点火位置时，脉冲发生器停止发出电信号，可控硅立即截止，点火线圈的电流被断开，这时点火线圈就会立即产生自耦高压电，使火花塞迸发火花点火。如此反复循环，就能保证发动机正常工作。
CDI是一种并不复杂的电子电路，它实际上是将磁电机的结构简单化，降低了成本，而且提高了点火工作的可靠性，所以绝大多数摩托车都用CDI。(2000.3.4)

2冲程摩托车发动机
发动机是摩托车的“心脏”，购买或使用摩托车，必须要了解摩托车发动机。摩托车发动机与汽车发动机不同的主要地方在于，汽车发动机不管是汽油机还是柴油机，都是4冲程发动机；而摩托车发动机不但有4冲程发动机，还有2冲程发动机。
以单缸机为例，4冲程发动机指“进气”、“压缩”、“作功”、“排气”四个冲程，整个工作循环曲轴旋转2周，活塞上下各2次（见《技术漫谈》“多气门发动机”）。而2冲程发动机只有“进气压缩”和“作功扫气”两个冲程，整个工作循环曲轴旋转1周，活塞上下各1次。下表是两种发动机的主要区别点：
4冲程发动机与2冲程发动机主要区别点
类别
4冲程发动机
2冲程发动机
工作过程
活塞上移是“排气”或“压缩”，
下移是“作功”或“进气”。
活塞上移是“进气、压缩”，
下移是“作功、扫气”。
气门
至少一个进气门和一个排气门
没有
气缸壁
密封
开有进气孔和排气孔
化油器进气管
连接在发动机上方
连接在发动机下方
气流途径
上方进气，上方排气
下方进气，上方排气
换气方式
分开进气与排气过程，重叠面小。
几乎完全重叠，用新气扫压旧气。

从上表可知，2冲程发动机的工作过程与4冲程发动机有很大的区别，其关键在于换气方式不一样。2冲程发动机没有气门机构，当活塞上移就是吸气过程，混合气不是吸到气缸里面而是先吸进曲轴箱内；活塞继续上移到上止点，这时上一循环被吸进气缸内的混气被压缩，点火爆发作功又推动活塞下移；活塞差不多到下止点时，一直被活塞堵塞的气缸壁上排气孔打开，废气从这些孔喷出；当活塞再略微下移，气缸壁上进气孔也被打开，曲轴箱内混合气就从这里喷入气缸；混合气由于“冲劲十足”，气流碰到气缸壁会发生反转，将剩余废气驱逐出去。然后活塞上移，重复同一工作循环（见图）。

2冲程发动机结构简单，重量轻，功率高。由于完成一个工作循环，2冲程发动机曲轴比4冲程发动机少转1周，因此当两者的发动机工作容积、压缩比和转速相等的话，从理论上讲2冲程发动机的功率是4冲程发动机的两倍，实际测算也有1.5-1.6倍之间。因此赛车多用2冲程发动机，道理也是如此。但是事物总是有利也有弊，2冲程发动机用气扫气的形式来“吐故纳新”，是难以将废气排净，而且可能会将燃烧不完全的混合气顺道排出去，不但耗油，而且对环境污染较大。
单缸2冲程发动机有一个很重要的小东西，叫“弹簧阀”，又称“舌簧阀”，它安装在进气管入口处，是一个有弹性的金属片。当活塞上移负压增大，气流将阀门冲开使混合气进入，当活塞下移正压增大又将阀门自动关闭，气流就无法出去了，起到单向阀作用。它动作频率极高，材料及制造工艺十分讲究，否则当发动机转速增大，弹簧阀的动作就有可能跟不上。(2000.2.11)

4冲程摩托车发动机
4冲程摩托车发动机在“2冲程摩托车发动机”一文中已经有所介绍，它的一个工作循环分有进气、压缩、作功和排气等4个冲程，曲轴要旋转2周，活塞要上下各2次，带有气门装置。4冲程发动机比2冲程发动机结构复杂，功率消耗大。但它有工作平稳，燃烧性能好，污染排放低，节省燃油的优点。因此，国内的摩托车已经普遍使用4冲程摩托车发动机。
摩托车不采用柴油机，因为柴油机采用压燃式作功，必须要有相当的重量才能减少振动，而且转速比较慢，对于灵巧快速的摩托车来说就没有什么应用价值。
多数人使用的摩托车发动机都是风冷却方式，这与汽车发动机都是采用强制性水冷却方式是不同的。由于摩托车发动机有它的特殊性，因此人们在选购摩托车时，重要的选择标准之一是发动机的工作容量和构造形式。
目前国产摩托车以100c.c和125c.c的风冷式单缸4冲程发动机最普遍。例如125c.c是指发动机的排量。单缸机排量＝气缸截面积（园面积）×活塞行程（见图），如果是2气缸机，总排量＝单缸机排量×2。
为直观了解气缸口径大小，技术性能表上一般只标注活塞的直径。

4冲程摩托车发动机构造形式注重于两个方面，一个是冷却方式，另一个是凸轮轴位置。摩托车发动机的缸体缸盖一般用铝合金铸造而成，外表面有散热片。相当多的小排量摩托车是单缸，采用风冷却形式，只有部分大排量摩托车是用双缸或多缸，采用水冷却或水油冷却形式。如果是单缸4冲程摩托车发动机，采用风冷却也足够了。至于用水冷却方式，由于要用水箱、水箱风扇、水泵、输水管等设备，不但增加成本还要消耗功率，这种方式只有在大中排量的摩托车上使用。至于有一些125c.c的单缸4冲程摩托车发动机也用水冷却，除非发动机转速有大幅度提高，压缩比增大，否则这只是迎合市场上的心理需要而已，对车辆的性能并无实质性的提高。至于凸轮轴的位置，目前多数4冲程摩托车发动机是采用顶置式气门（OHV）和顶置式凸轮轴（OHC）（顶置式凸轮轴的好处参阅本网《技术漫淡》发动机栏目）。