摩托车发动机技术及工作原理

摩托车发动机技术及工作原理

（一）摩托车发动机工作原理概述

1．四冲程发动机工作原理（如图1所示）

（1）第一行程-进气行程

活塞在上止点前某一规定曲柄转角时，进气门开启，可燃混合气被吸入汽缸。当活塞由上止点向下止点运动，排气阀则在上止点某一规定的曲轴转角时关闭，同时活塞上方的汽容积增大，使汽缸形成真空度，可燃混合气继续通过进气门

吸入。当活塞行至下止点后某一规定曲柄转角时，进气门关闭。此时，进气工作过程结束。

（2）第二行程-压缩行程

活塞由下止点向上止点运动，当进气工作过程终了时，进气门和排气门都处于关闭状态，此时汽缸内的可燃混台气形台被压缩。

（3）第三行程-翻烧膨胀作功行程

在压缩行程，当活塞向上行至上止点前某－规定曲柄转角时，火花塞电极间发出火花，将被压缩的可燃混合气点燃。燃烧着的可燃混合旬吏汽缸内的温度和压力急剧升高，活塞则在此高温高压气压的作用下，再由上止点向下止点运动，且通过连杆驱使曲轴旋转而做有用功。

（4）第四行程-排气行程

在燃烧膨胀行程，当活塞行至下止点前某一规定曲轴转角时，扫汽阀开启，废气即通过排气门开始排出。曲轴仍继续旋转，并推动活塞再由下止点向上止点运动，将废气推出汽缸。此排气过程直到活塞行至上止点后某一规定曲轴转角，扫汽门被关闭时终止。

2．四冲程发动机优缺点

（1）优点

进气、压缩、膨胀（爆发）、排气各过程各自单独进行，因此工作可靠效率高，稳定性好。低速至高速的转速范围大（500-1000r/min以上）。不存在二冲程发动机那样的窜气回流损失，燃油消耗率低。低速运转平稳，依靠闰渭系润滑，不易过热。进气就压缩过程时间长，容积效率及平均有效压力高。热负荷比二冲程发动机小。不用担心变形和烧蚀问题。扫漫大，可设计成大功率发动机。

（2）缺点

气门配气机构复杂，零部件多，保养困难；机械噪声大；由于曲轴旋转二圈爆发1次，所以旋转平衡不稳定。

3．二冲程发动机工作原理（如图2所示）

（1）第一行程-活塞由下止点往上止点运动，它将完成进气和压缩工作过程，属于活塞往复运动的第一个行程。

其工作过程是当活塞由几上点向上止点运动而全部关闭换气口和排气口时，则排气口换气过程终止，汽缸内的新鲜可混合气将开始初压缩。同时由于活塞向上移动，活塞下面的曲轴箱容积逐渐增大，使曲轴箱内压力下降而形成真空度，当曲轴箱的真空度达到一定程度时，簧片阀自动开启，经化油器雾化的可燃混合气被吸入曲轴箱内。当活塞继续向上运动，在将要接近上止点时，由火花塞发出电火花，将已被压缩的可燃混合气点燃。此时燃烧着的气体迅速月溯长，使燃烧室的温度和压力急剧升高，迫使活塞向下运动，活塞即通过连杆、曲轴作有用功。

（2）第二行程-活塞由上止点向下止点运动，它将完成膨胀做功和排气的工作过程，属于活塞往复运动的第二行程。

其工作过程是活塞由上止点向下止点运动时，曲轴箱内的压力将随容积的减小而增大，簧片阀就会逐渐自动关闭，此时进入曲轴箱内的可燃混合气形台被预压缩。当活塞下行至排气口开启时，废气就通过排气口、排气管、消声器排入大气中。当活塞再继续下行至换气口开启时，曲轴箱内被预先压缩的新鲜可燃混合气便

通过换气口进入汽缸，并驱使汽缸内的废气进一步排出，这个过程称为排气过程。这样发动机便完成了－个工作循环。

4．二冲程发动机优缺点

（1）优点

曲轴每旋转一圈膨胀做功1次，旋转平稳。不需要气门，零部件少。因此，保养方便且价廉。往复运动产生的惯性力小，震动小，噪声低。与四冲程发动机相比，转速相同时功率大。因此在相同的容积下，假如平均有效压力相同，则功率为2倍（实际为1.7）。

（2）缺点

进气排气过程的时间短，因此燃油损失大。在汽缸壁的一侧有气口，活塞环接触到这里容易磨损。由于排气口在汽缸上，所以容易过热，低速不稳定，润滑油消耗多，废气排放较差。

虽然二冲程发动机结构简单，没有复杂的配气机构，有着尺寸小，重量轻，比功率大及加工成本低等优点，但因其本身存在许多不足，如噪声大，油耗大，排放差等缺点进入二十一世纪后被市场所淘汰。

（二）摩托车发动机常用名词术语

1．压缩比

压缩比表示混合气被压缩的程度，是汽缸总容积与燃烧室容积之比，即混合气被压缩的比例。通常在技术参数中写成8.0或8:1，这表明把吸入的混合气压缩到原体积的1/80汽油发动机通过上升的活塞，把吸入到汽缸内的汽油和空气混合气压缩到燃烧室内，用电火花使其着火膨胀爆发，它具有压缩比越高输出功率越大的特点。虽然可通过减少燃烧室容积的方去来提高压缩比，但为防止爆震，压缩比的提高应有一定的限度。目前我国所产摩托车发动机的压缩比多在6.0-10.0之间，极少数机型达到11.0。压缩比不能过高，那样发动机容易产生爆震。

2有效压缩比

有效压缩比为，发动机扫进气口和排气口开始全部关闭瞬间的汽缸容积和汽缸最小容积（也包括燃烧室容积）比值。显然，进入汽缸的可燃混合气正是从这一瞬间形台被压缩。

3．排量

发动机的排量就是发动机的工作容积。即单缸发动机的排量=汽缸截面x活

塞行程。若是双缸以上的发动机，发动机总的排量=汽缸截面x活塞行程x汽缸数。因汽缸截面是圆的，计算公式πr2中的π是无理数，所以计算出来的结果都是不规整的数，如排量为50mL摩托车的汽缸容积为49mL,125mL的车汽缸容积为1 23mL或124mL等。汽缸工作容积与吸进排出的气体的量相等，与燃烧室容积无关。

4．长行程发动机

行程比缸径大的发动机叫长程发动机，反之则叫短程发动机。长行程发动机的特点是工作柔和，短行程发动机的特点是随转速上升，输出功提升决，对加速有利。

5．发动机效率

在内燃机中，效率表示输入与输出的关系，发动机的效率等于发动机的输出功率与燃料燃烧时所能获得的功率之比。发动机的效率有机械效率和热效率两个指标。

（1）机械效率等于有效功率与指示功率之比：机械效率=Pe/Pi; 汽油机的机械效率一般为0.8-0.9。

（2）热效率是燃料燃烧后用于做功的那部分热量与所能产生的总热量之比。燃料完全燃烧产生的热量，一部分被发动机冷却系带走，一部分随废气排出，只有少部分热量用于做功。因此，发动机的热效率很低，一般只有20％-2 5%。

6．发动机功率

发动机产品的铭牌上注明的功率及相应转速，称为标定功率和标定转速。按内燃机台架试验国家标准规定，发动机的标定功率有；15min功率；1h功率；12 h功率和持续功率四种。鉴于摩托车发动机经常在部分负荷，即在较小的功率工况下工作，仅在克服上坡阻力和加速等情况时才短时间使用最大功率。为了保证摩托车选用的发动机有较小的结构尺寸和质量，所以发动机经常用15min功率作为标定功率。

7.传动效率

由于初级减速机构或变速器的传动损失，将使传动效率受到不同程度的影响。据资料介绍，跨式摩托车发动机采用齿轮传动方式，其传动效率为0.9 2，而坐式摩托车装用齿形皮带的传动效率只有0.70-0.76。例如，市场上常见的1 P39QMB发动机的皮带传动效率为0.70, 1P52QMI（即GY6）发动机和152MI水冷发

动机的传动效率为0.76。传动效率越低，摩擦损失越大，反之，则摩擦损失越小。

8有效功率

有效功率常是将发动机曲轴输出的功率减去机械损失的功率所剩下的功率，机械损失约占汽油总能量的5%-8％左右。机械损失是在发动机不燃烧的条件下，在制造厂用测功机拖动发动机（有级变速机构公耐啧搞挡一位，无级变速机构则拆去，测功机直接与曲轴左端联结）达到标定时，在动力输出端或曲轴端测量提到的功率。这个功率是发动机在运转过程中克服机械磨擦阻力损耗掉的，因此叫做机械损失功率，对外是无效的。

功率是发动机的一个重要技术参数，它表示发动机单位时间做功能力的大小，即功率越大，发动机单位时间所做的功越多，反之亦然。对于直线运动的摩托车来说，其功率和驱动力、移动距离及时间有关;对于转动的发动机来说，其功率和扭矩及转速有关。功率＝扭矩X转速。在摩托车的技术参数中，功率一般是指标定功率。在标定其功率值时，后面都附标有转速值

（如：8.4kW(9800r/min)。检测发动机功率时，应在以下标准状况下测定：（1）大气压力：101.325kPa (760mmHg)；

（2）进气温度：293K±5(20±5℃)；

（3）湿度：≤65%。

如试验时不在以上的标准状况，应适当给予修正。

9．升功率

升功率是表征发动机强化程度的一个重到旨标，它等于发动机的最大功率除以排量。例如有一台500ML排量的发动机，最大功率为73.5kW，则该发动机的升功率为147kW/L。又如另一台1000ML排量的发动机，最大功率也为73.5kW，则该发动机的升功率为147kW/L。二者相比较，明显是升功率大的发动机性能高。为了提高发动机的动力性能，必须提高发动机的升功率。一般来说，摩托车的升功率明显高于汽车，摩托车的升功率很小低于73.5kW/L的。例如250mL摩托车的功率上限为29.4kW，其升功率高达117.6kW/L。赛车的升功率更高，某些500mL赛车的升功率接近294kW/L。通常，无增压的汽车发动机升功率都比较低，大都不到73.5 kW/L。之所以会产生这样大的差异，主要是由于摩托车十分重视体育比赛的运动性，且摩托车发动机排量较小，容易提高动力性，也是升功率比汽车大的重要原因之一。

10．最大功率

最大功率又叫做发动机的额定功率。在油门全开的条件下，随着转速的变化实测的扭矩值在不断地变化。和最大扭矩的转速相比，最大功率的转速要高得多。因为随着转速的提高，扭矩虽然有所下降，但转速高得多，所以功率仍然比最大扭矩点的功率高。一般情况下，最大功率点的转速比最大扭矩点的转速越高，说明该发动机的扭矩特性曲线越平坦，扭矩随转速的提高下降得较慢。当然排量越大，其最大功率也越高。最近，技术进步十分迅速。例如某四冲程4缸250mL的汽油机，其最大功率转速高达15000r/min，而且在19000r/min时也运转得十分平稳。该发动机中低速胜能十分良好，可以从2000r/min圆滑地加速到高转速。从汽车的角度来看，这简直是一台神乎其神的发动机。如果能自制出一台这样的发动机，想来是十分令人神往。

11．发动机扭矩

“扭矩”是使物体环绕一个中心线转动的力量，其大小等于所施的力乘以着力点到中心的距离。“扭矩，，又叫回转力矩，是1由旋转的力矩，国际单位是牛顿·米（即N·m ）。摩托车发动机的扭矩，是指曲轴在输出端传送出去拖转其他机件能力的大小，通常用液力或电力测功机测定其扭矩。曲轴的扭矩是摩托车驱动力的源泉。发动机转速的变化能相应地引起扭矩的变化，并使输出的扭矩值发生变化。油门开度不同，发动机的扭矩也不同。在油门全开时，发动初便能产生最大的扭矩。在转速相同的条件下，油门开度越大，发动棚勺扭矩也越大。但实际上，油门开度变化之后，其扭矩并不能立刻发生变化，二者之间存在着一个时间差，这个时间差越大，说明该摩托车的油门响应性越差。摩托车是拜中趣味性的交通工具，对油门的响应性要求极高，如果油门的响应性过低，就会使骑手感到摩托车操纵性极差。

12．工作循环

工作循环是指由扫进气过程、压缩过程、燃烧月溯长过程和扫汽过程这四个工作过程组成的循环。每一个工作循环完成一次燃料燃烧产生的热能向机械能的转化工作，这个转化工作就是把料燃烊燃烧膨胀推动活塞所做的往复运动通过曲轴连杆机构变为曲轴的旋转运动，输出扭矩做功。

13．往复式汽油发动机

往复式汽油发动机，就是我们平时讲的汽油机。它以汽油为燃料，经过压缩、点火燃烧释放热能而推动活塞做往复直线运动，活塞到达下止点后又借助惯性

力向上止点运动，并开始进/扫气和压缩，与此同时，将热能转化为机械能。这种内燃机即为往复式汽油发动机，简称汽油机。

14．汽缸压缩压力

发动机在没有燃烧的情况下，仅由活塞产生的汽缸内的最大压力，称为汽缸压缩压力。通常是将气缸压力表安装在火花塞孔上，使化油器节气门开至最大位置，用电机反拖发动机达到标定转速时测量得到的汽缸内的压力。单位是千帕（kP a）。在实际使用中，司用反冲踏杆式启动或电启动装置，使发动机连续旋转而测量得到的最大汽缸压力。

15点火提前角

为了使汽油发动机到工作时的燃烧更加充分，必须在活塞到达上止点之前点火。在发动机处于压缩行程中，从火花塞跳火的瞬间到活塞运行至上止点时的曲轴转角，称为点火提前角。它的单位是度，符号为“°”。

16．配气相位

以活塞在上、下止点为基准的扫/进气、排气机构的开闭时间称为配气相位，用曲轴的转角来表示。它的单位是度，符号为“°”。

17残余废气

发动机在刚完成一个工作循环，残留在汽缸内的废气叫做残余废气。

18．积碳

积碳通常有两中类型：第一类为机油积碳；第二类为碳质积碳。它们的外形虽然相似，但质地却有所不同。从技术角度上说，机油引起的积碳一般为普通的黑色胶质沉积物，是机油受高温高压后形成的，质地偏脆，若在进气门杆部形成的积碳则偏软且有粘性感，去除较为容易。而碳质积碳，则是由于各种原因造成汽油不完全燃烧，一部分碳颗粒和杂质沉积在燃烧室表面、活塞顶部、活塞环槽以及排气口、火花塞等处，颜色多呈灰黑色，质地虽薄却很坚硬、干燥且难以去除。

19.爆震

爆震，又称为“爆燃”，是一种故障现象。汽油在运转过程中由于局部可燃混合气发生燃前反应而引起自燃，并以极高的速度传播火焰，产生带爆炸性质的冲击波，发出尖锐的金属敲击声，同时，发动机功率明显下降，这种现象就是爆震。

气阻是发动机供油系统中的一种故障。发动机供油系统及其管道中的汽油，由于高温的影响产生汽化，出现供油中断的现象叫做气阻。

21．速度特性试验

发动机在专用试验台架上试验时，将节气门固定在一定的开度，用改变负荷的方法测量出数个间隔大体相等转速下的功率、扭矩和燃油消耗率，分别将不同转速时的功率点连接起来画成曲线（扭矩和燃油消耗率曲线也是如此），用以分析发动机的特性，这种试验叫做速度特性试验，画出的曲线叫做速度特陛曲线。

22．外特性曲线

发动机在不同的节气门开度下进行速度特性试验，可以画出各个节气门开度的速度特性曲线称为外特性曲线，这些曲线大致走向平行。在纵向看，节气门开度越大，曲线越靠上，而节气门全开时的速度特性曲线处于最高位置，基本上把小于节气门全开的其他节气门开度的速度特性曲线覆盖起来，在它们的最外侧，因此，称为外特性曲线。

23．最低空载稳定转速

最低空载稳定转速，通常称为“怠速”。它是在不带负荷的工况下（有级变速器处于空挡位置），发动机以最低转速稳定运转时测量得到的转速。此时的节气门应该处于关闭状态。按内燃机标准规定，怠速必须是在发动机空载状态下，连续运转10分钟，转速波动率不超过±15%，而且每3分钟测量一次。同时还要求突加油门不熄火。显然，怠速越低，发动机的怠速性能越好。同时，机油泵的转速也越低，泵油能力相应低一些。因此，各型号发动机都规定了怠速转速正负数值。怠速的实际意义是在摩托车到达路口遇到红灯时、停车等待绿灯放行，发动机处于怠速状态，绿灯一亮即可加油门行驶。

24．最低燃油消耗率

在外特性试验中画出的燃油消耗率曲线上，曲线最低点标示出的燃油消耗率叫做最低燃油消耗率。摩托车燃油消耗率曲线越平缓，表示处于不同速度下的油耗越接近最低燃油消耗率，说明摩托车的经济性最佳。最低燃油消耗率的单位是克/千瓦小时（g/kW.h ）。

（三）摩托车发动机主要技术性能和检验方法

根据中华人民共和国行业标准的有关规定，为加强摩托车和轻便摩托车的产品质量检验，需要对发动机整机进行性能检测，其中包括如下几项。

该项检验内容包括摩托车发动机怠速污染特浓度和摩托车发动机噪声。2．主要性能方面

(1)标定功率。标定功率应低于企业标准，其标定转速允许有±5%的偏差。

(2)最大扭矩。最大扭矩应不低于企业标准；其相应转速允许有±5%的偏差。

(3) 最低油消耗率。最低燃油消耗不大于企业标准。

(4)启动性能。

(5)怠速性能。

(6)可靠胜装配及外观质量。

(7)发动机清洁度。

(8)抽查试验允许用抽查试验磨合规范进行磨合。

3．整车外观质最

(1)发动机在曲轴箱规定位置上应打上出厂编号钢印，编号应符合公安部1 5号法令。

(2)化油器不应有漏油、渗油现象。

(3)曲轴箱、缸盖组合部不应有漏油、渗油现象。

(4)发动机油漆应色泽均匀，无明显色差；主要表面油漆应光滑平整，

不应有时显可见的凹凸不平、流痕和裂纹，不应有缺漆、脱漆、划伤等现象。

(5)电镀件的电镀层应光亮色泽均匀，色泽无明显差异，手摸无粗糙感，无剥落、鼓泡、露底、锈蚀等现象。

(6)铸件表面应光滑、平整，无裂纹、砂眼、飞边、毛刺等缺陷。

(7)焊接件焊缝应平整，无裂纹、烧穿、夹渣、漏焊等现象。

(8)塑料件应光滑平整、色泽均匀，主要表面目测应无明显可见的凹凸不平、飞边等现象。

4．运转质最

(1)启动踏杆踩踏后应能灵活复位，电启动机构启动完毕应能自动脱杆。

(2)发动机运行时应符合下列要求。

(a)在整个工况范围内应无异常响声。

(b)运转应平稳、震动小，不得有断火、排气不均、打隔、初包、回火、非正常冒烟等现象。

(C)当变动工况时，应能平滑过渡，不得有回火或熄火现象。

(d)各部分应保持良好的润滑、散热，不应有过热现象。

(e)在正常工况范围内，离合器接合时，不应有打滑现象，分离时应处于正常脱开状态。

(f)发动机各密封面接合处不应有渗漏气、油现象。各连接件的连接应牢固、可靠。

(3)启动性能。

(a)脚踏启动发动机，启动时间不大于15s（不包括辅助时间），应能启动成功。

(b)电启动发动机，启动时间不大于15s,衅缩动成功（共分三次，每次不超过5s）。

(4)最低空载稳定转速（即怠速）。

(a)在最低空载稳定转速下稳定运转10min，其转速平均值应不大于规定值，其转速波动率应不大于±15%。

(b)运转10min后，迅速开大节气门，发动机应不熄火。

(5)发动初排气污染特的限值规定（即欧III排放标准）

(a)市区气体污染物平均排放量限值（工况法）CO≤2.0g/km,HC≤0.8g/km, NOX≤0.15g/km。

(b)怠速污染物容积浓度（怠速法）CO≤1.9%, HC≤300ppm。

(6)噪声

发动机噪声应随整车带原配空气滤清器、俗由器、排气消声器一起测试，例如，125mL排量跨式摩托车立式发动机的噪声应≤80dB(A)。

5．主要性能检验

(f1)磨合。摩托车、轻便摩托车规定的磨合规范进行磨合。

(2)检查、调整。磨合期间允许对样机进行以下检查、调整。

(a)清洗或更换空气滤清器滤芯。

(b)清除火花积碳并检查、调整火花塞电极间隙。

(c)调整怠速转速。

(d)检查调整进、排气门间隙。

(e)更换润滑油。

(f)检查、紧固外部紧固件。

6．检验方法

(1)耐久试验可单独抽样进行，也可使用同期受检已完成主要性能测试的样机进行，使用同期受检已完成主要性能测试的样机时，不可进行磨合和性能测试。

(2)发动机功率系指曲轴输出功率。不在曲轴直接测取功率时，应将输出轴上测得的功率换算至曲轴输出功率，其传动效率为0.92。

(3)发动机的磨合规范按下表的规定（以CB125T款244FMI发动机磨合规范为例）。

重要说明：若试验条件有所变化时，即与试验标准状况存在差别时，应将环境温度、湿度、大气压力等参数输入计算机，以便获取功率修正系数，使其测量数据与正常测量条件下的测量数据基本相符。