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由内燃机原理可知，内燃发动机燃烧所产生的热量只有25%~35%能转变为机械功及有效功率，其余65%~75%的热量是“多余”的，需要散发出去。其中，发动机排出的高温废气带走了大量的热能，这一部分损失的热能称为排气损失，约占发动机总热量的30%。剩下的约30%的热量，其中一部分由润滑油在发动机内部先行降温后，通过箱体机件慢慢散发。当然，这里面的少部分热量还包括发动机运转过程中为克服自身摩擦阻力时产生的，它同样需要在冷却时将这部分热量吸收散发。据有关资料介绍，四冲程发动机正常的冷却损失约为燃放热量的22%~25%；而二冲程发动机由于温差较大，热损失较多，高达30%以上。
众所周知，发动机满负荷工作时的爆发压力和燃烧温度最大。气缸爆发压力约30kg~50kg/cm2，燃烧室内的燃气温度高达1900℃~2000℃，直接与高温气体接触的机件如气缸体、气缸盖、活塞、气门、气缸壁上部的温度约600℃左右。这些零件吸收了大量的热量，若不及时加以适当地冷却，零件会受热膨胀，使其原有的间隙变小，润滑油膜无法建立，造成机件卡死等一系列严重故障。为了达到冷却机件的目的，一般采用两种方法，先从发动机的摩擦机件等内间零件开始，利用润滑油的压力和飞溅作用润滑、冷却摩擦副运动零件。而冷却气缸体、气缸盖、曲轴箱以及左、右盖等外部机体的主要介质一般为自然风、水、油等。
目前摩托车采用的冷却系统主要有以下几种类型：
一、 自然风冷却系统。骑跨式风冷摩托车发动机往往在气缸盖、气缸体等高温机件外表，合理地排列着长度与间隙适宜有序，并与摩托车行驶方向平行的散热片，利用摩托车行驶时的自然风顺着散热片表面流过，从而带走机件外表的大部分热量，以达到散热的目的，这也是跨式摩托车使用最多的冷却方式。例如：嘉陵jl70、南方nf125、本田cg125、春兰cl125-2等车型。
它的优点是：结构简单、重量轻、成本低，冷却时不再浪费发动机本身的能源，且基本不需要维修。只是当摩托车雨天行驶在路况较差的软质泥土路面，发动机散热片沾满泥土或污垢时，才需要人工清理保养。但缺点也比较明显：摩托车在低挡、低速行驶，尤其是低速大负荷运行时（如在较大坡度或山路上连续行驶等），因发动机的转速高，车速低，车辆行驶时的自然风不能将发动机的热量及时带走，冷却效果较差，使机件过热，发动机会因过热而动力下降。
二、 强制风冷冷却系统。由于结构上的限制，有些车型的发动机隐藏在车体内，无法利用自然风进行冷却，故在气缸体和气缸盖周围合理布置导流罩，在曲轴及磁电机端安装冷却风扇（冷却风扇的结构有：离心式风扇和轴流式风扇两种类型），利用曲轴运转时产生的旋转运动使风扇叶片强烈地搅动气流，引进自然风对发动机外部进行强制冷却，这是目前国内坐式摩托车常用的冷却方法。譬如：南雅凌鹰zy125t、五羊-本田公主wh125t、天津•本田th90t、春兰cl125t-6等车型。
它的优点是：结构简单，需要额外增加零件少；摩托车怠速或低速上坡时，其冷却效果不受车速高低的影响；冬季冷机启动后暖机时间短，消耗能源少（不像自然风冷机要暖机好长一段时间）。缺点是；因冷却风扇装在曲轴及磁电机上，要损耗发动机少部分功率，并且增加了装风扇一端曲轴主轴承的负载（尤其是二冲程机依*油雾润滑的主轴承），轴承极易磨损。另外，冷却风扇在搅动空气流通的同时，其运转噪声使发动机噪声相应增大。
三、 液冷却系统。利用水泵将具有防冻、防腐性能的冷却液泵到发动机水套及冷却管道中，将发动机多余的热量带到散热器中散发掉。同时利用闭式循环系统使冷却液保持在最佳温度范围内（液冷发动机的最佳温度为85℃~95℃），这种液冷却系统可充分利用发动机的热量进行工作，使发动机的热量损失减少到最小范围。
此外，液冷系统很容易调节发动机各部分的冷却强度，并方便对局部区域保温或加强冷却，使整机温度能控制在合适的范围之内。液冷系统与风向无关，即使摩托车怠速或低速运行时，冷却系统也同样具有足够的散热能力。因气缸盖、气缸体周围铸有水套，它可以吸收运动摩擦副一部分噪声，使发动机的声音更加柔和。其缺点是：液冷却系统需要增加的零件和附件较多，结构相对复杂，制造成本高，且冷却液具有一定的腐蚀作用，须定时更换和定期保养整个冷却系统。目前国内水冷车型较多，如：金城-铃木天客sj125t、嘉陵jl125t、珠峰zf150t-3、春兰cl125t（125t-2、125t-3）等。
四、 油冷式。油冷却系统的结构和液冷却式基本相同，只是用机油代替水作冷却介质进行冷却。它的优点是：可与发动机润滑共用，而不需要再额外增加水液。由于油冷机中的机油有一部分经油管（铜管）输送到机油冷却器（即散热器），冷却后的机油又经油管流回曲轴箱，以保持曲轴箱内的机油温度恒定在60℃左右。因此，油冷发动机的润滑油温度要比液冷式发动机的润滑油温度低10℃~15℃，而且用润滑油作冷却介质不会像水那样容易生锈和产生水垢腐蚀机件。其缺点是：冷却油专用的机油泵结构较为复杂，冷却油用量多，使用费用相对较高，在实际应用中受到一定限制。油冷机型国内不太多见，如金城jc150-18，少数进口车也采用油冷发动机。
以上介绍的几种冷却方式主要是针对发动机的外部箱体，以及需要散热降温的机件而言。发动机内部机件的散热主要是通过润滑油，即利用机油泵将具有一定压力的润滑油输送到各摩擦副润滑点，以及利用运动机件旋转时产生的飞溅作用进行润滑和冷却。这当中有一个重要摩擦副零件的散热方式比较独特，这就是运行作功的活塞。
四冲程发动机的活塞裙部及内腔除利用飞溅润滑油冷却外，充分利用汽油汽化需要吸收大量热量的原理，在其结构设计时往往将进气流对着活塞顶，让一部分油粒（由化油器流出的油雾有70%未被汽化）在高温的活塞顶上汽化，吸收一部分热量。而二冲程发动机对活塞的冷却方式，则是利用曲轴箱内的汽油油雾在活塞的内腔汽化吸热进行散热。
前面已提到，发动机工作时发出的热量中，燃烧室的温度最高，其中火花塞周围的温度790℃（火花塞垫片处的温度约150℃~220℃），气缸盖工作温度≥350℃。而气缸体的温度是不太均匀的，上部温度高，下部温度低一些。因此，在冷却时要求上部为强冷，下部为弱冷，使缸体冷却均匀。一般来说，气缸壁的温度在120℃~130℃范围内为最佳。
由上述可知：对发动机的冷却应适当，既要充分，又不能过度。一部分人错误地认为，冷却后的发动机温度越低越好，其实不然。发动机过度冷却，一方面由于燃烧过程中的热量损失增大，影响发动机的热效率，同时润滑油的粘度增加，流动性变差，摩擦损失增加，加速了机件的磨损，使转变成有用功的热量相对减少；另一方面由于混合气与过冷的气缸壁接触，会使气缸中原已汽化的汽油又凝结成液体，容易使燃烧物中的酸根和冷凝的水蒸汽化合成为酸类，加速气缸与活塞等摩擦副的腐蚀和磨损，致使燃烧不完全而形成积炭或流到曲轴箱内使润滑油变稀影响发动机的润滑，还会使各部分的间隙变大，造成发动机的热效率降低，出现油耗增加，功率下降等一系列问题。
另外，气缸壁温度过低时，将使气缸壁的“激冷层”加厚，使燃烧不充分，致使排气中的hc大大增加，排放值超标，污染大气环境。由此看来，发动机的温度应控制在合适的范围以内，保证发动机运动部件的温度分布状态要合理、均匀，不能冷处更冷，热处很热，避免机件因冷热不均匀而产生异常变形。实践表明，温度不均匀的机件不利于发动机的正常运行。
发动机本身的温度极不均匀，各部分散发的热量不一致，有的温度相差较大，这给发动机正常的热量散发带来一定的困难。由于以上四种冷却方式各有其自身的特点，它们对温度极不均匀的发动机来说，显得力不从心。如何更好地使发动机达到最佳的冷却效果，是摆在人们面前的一道不大不小的难题。
为了有效地冷却发动机，提高发动机的散热效果，经过科研人员的不懈努力和反复实验，一些综合利用风、水、油的先进冷却方式问世，并已应用于摩托车发动机上。下面简要介绍近几年日本铃木公司研制成功的两种新型冷却系统。
第一种称为（satcs）三方式冷却系统，用于铃木gsx-r型摩托车上。它把空气冷却、水冷却和机油冷却组合起来，温度最高的气缸盖用水冷却，温度较低的气缸体用风扇冷却，而活塞上部则利用曲轴轴承处喷出来的机油冷却。机油参与冷却后再被送入机油散热器，使之成为循环系统。机油喷射由机油控制阀控制，油道内的压力达到0.2mpa以上时阀门打开，喷射机油。机油散热器被藏在前照灯的下方，用铝合金制成波纹状散热器片。主要利用自然风流过波纹管散热器片时的气流来吸收其热量，从而达到降低温度的目的。
第二种称为风油冷却系统（sacs），这是一种积极利用机油作为冷却介质的冷却方式。其基本构造是：在发动机曲轴箱内除了设置润滑油用机油泵外，又加装了一个专用于冷却系统的机油泵。它把大流量（流量约20l/min）的机油送入设在气缸盖上的喷嘴中，以高速向气缸盖油腔下部喷射，冷却燃烧室壁。参与冷却后的机油再从气缸盖前面的出油口经阀门流入曲轴箱，同润滑系统的机油一起被送到机油散热器。这种系统在气缸体一些部位还要设置散热器片进行空气冷却，所以称为风油冷。这是一种具有代表性的冷却系统，与水冷却相比，机油温度可下降15%~20%，而且零件数量比水冷系统要少，减轻了摩托车的质量。这两种冷却方式有望成为今后摩托车冷却系统的主流。 |
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发表于 北京市 2010-4-16 01:29
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