第2章 摩托车发动机
2.1 摩托车发动机基本构造
2.1.1 机体组
机体组的作用是构成发动机的骨架，支承所有的运动件，安装辅助系统，利用曲轴箱将发动机总成吊挂在车架上。机体组由气缸盖、气缸体和曲轴箱三部分组成，如图2-1所示。
图2-1 发动机机体组的组成
1—气缸盖罩；2—凸轮轴；3—气门组件；4—气缸盖；5—气缸垫；6—气缸体；7—曲轴箱体；8—时规链；9—气门；10—时规链轮；11—摇臂轴；12—摇臂
（1）气缸盖
气缸盖的作用是与气缸盖衬垫共同密封气缸的上平面，并与活塞顶部共同组成燃烧室。气缸盖与高温高压燃气直接接触，承受交变的机械负荷，因此要求气缸盖有足够的强度、刚度和抗腐蚀性能，以确保工作中不会因变形而造成漏气。气缸盖通常采用具有高强度、刚度和导热性好的铝合金压铸而成。为了满足发动机的冷却要求，风冷发动机气缸盖外表面铸有许多散热片，以增加气缸盖的散热面积，并被吹来的空气带走热量，以冷却气缸盖；水冷发动机气缸盖内铸有冷却液套，其端面的冷却液孔与气缸体上端面的冷却液孔相通，以便于利用由气缸体来的冷却液冷却燃烧室等高温部分。
气缸盖因发动机配气方式不同而不同，可以分为顶置凸轮式和下置凸轮式两种。顶置凸轮式气缸盖内部布置有链条腔、凸轮轴室、气门室、气门座及进排气道、燃烧室、润滑油道等，其上可以安装气门、气门弹簧、气门导管、凸轮轴、气门摇臂、火花塞等；下置凸轮式气缸盖由于配气凸轮轴是安装在曲轴箱左侧上的，所以在气缸盖上未设凸轮轴室和链条腔，其上能够安装气门、气门弹簧、气门导管、气门摇臂、火花塞等。
（2）气缸体
气缸体的圆柱形空腔称为气缸。气缸是一个光孔，是可燃混合气压缩、燃烧和膨胀的空间，对活塞运动起导向作用，并将气缸的部分热量传递给周围冷却介质。气缸体一侧铸有矩形空腔或推杆孔等，作为正时链或推杆的通道。为了满足发动机冷却的要求，风冷发动机气缸体外表面铸有许多散热片，利用摩托车在行驶过程中迎面吹来的空气直接将气缸体的热量带走，以冷却气缸体；水冷发动机气缸体内部铸有冷却液通道夹层（即冷却液套）。气缸体按结构形式可以分为整体式和组合式两种。整体式气缸体按材料的不同，可以分为铝合金气缸体和合金铸铁气缸体，见表2-1。
表2-1 铝合金气缸体和合金铸铁气缸体
（3）曲轴箱
曲轴箱是发动机的安装基体，几乎所有的发动机零件和辅助系统的一些附件均安装在曲轴箱上，并承受燃烧爆发冲击和曲轴连杆机构运动的惯性力，且构成密闭空间。曲轴箱上还设有与车架连接的悬挂孔，通过此孔将发动机安装在车架上。曲轴箱是一个结构复杂的薄壁腔体，用铝合金压铸经精密加工而成，它一般由左右箱体和左右箱盖组成。曲轴箱体和曲轴箱盖的结构、形状均根据其功能而设计。曲轴箱体按其结构形式不同，可以分为有变速器室的曲轴箱和无变速器室的曲轴箱，见表2-2。
表2-2 有变速器室的曲轴箱和无变速器室的曲轴箱
2.1.2 曲轴连杆机构
曲轴连杆机构（图2-2）的作用是承受气体燃烧的爆发压力，推动活塞连杆，再由连杆推动曲轴旋转，使活塞的直线往复运动变为曲轴的旋转运动，为摩托车提供动力。同时，活塞在曲轴和飞轮的带动下，完成进气、压缩、排气三个辅助行程，并驱动配气机构以及辅助装置。
图2-2 曲柄连杆机构
1—活塞环；2—活塞；3—活塞销；4—活塞销挡圈；5—活塞销轴承；6—键；7—左曲柄；8—连杆；9—连杆轴承；10—曲柄销；11—右曲柄；12—曲轴左轴承；13—油封；14—隔套；15—O形圈；16—曲轴右轴
曲轴连杆机构主要包括活塞、活塞环、活塞销、连杆、曲轴、飞轮等，在组合式曲轴中还有曲柄销，见表2-3。
表2-3 曲轴连杆机构
2.1.3 配气机构
摩托车发动机配气机构是实现发动机进气过程和排气过程的控制机构。其作用是按照发动机的工作次序，定时地打开和关闭进气门及排气门，使新鲜空气或燃油混合气进入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出去。配气机构主要由凸轮轴、气门、摇臂、气门弹簧及气门传动机构等组成（图2-3），配气机构的组成部件及作用见表2-4。
图2-3 配气机构
1—摇臂；2—气门弹簧；3—气门；4—曲轴；5—气门间隙调整螺母；6—正时从动链轮；7—凸轮轴；8—正时链条；9—正时主动链轮
表2-4 配气机构的组成部件及作用
图2-4 气门传动机构
1—张紧臂；2—张紧滚轮；3—油泵链轴；4—正时链条；5—正时从动链轮；6—链条导向滚轮组件；7—导向滚轮销轴；8—油泵传动链轮；9—链条张紧臂心轴；10—张紧杆；11—张紧弹簧
2.1.4 燃料供给系统
燃料供给系统的作用是根据发动机不同的工况要求，将汽油与所需要的空气混合，形成可燃混合气，及时、定量、准确地将可燃混合气送入气缸，并将燃烧后的废气从气缸内排出，确保发动机工作的平稳性和经济性。
燃料供给系统的结构如图2-5所示。
图2-5 燃油供给系统的结构
1—油量计；2—燃油箱；3—燃油箱盖；4—燃料油气分离器；5—燃油滤清器；6—燃油泵；7—化油器隔热管；8—化油器
（1）化油器
化油器安装在汽油发动机的进气通路上，其作用是准备混合气，使燃油与空气按一定比例混合成适当浓度的可燃混合气，然后送入气缸中燃烧。常用的化油器主要包括柱塞阀油门可变喉管化油器、固定真空度可变喉管化油器和碟片转阀油门固定喉管化油器三种。
（2）燃油箱（又称油箱）
用于储存一定数量的燃油，供发动机工作时使用，确保摩托车行驶一定路程。主要是由油箱体、油箱盖和油箱开关三部分组成的。其顶部有加油口，油箱开关装在油箱的下端。
（3）油箱开关
油箱开关用于接通或关闭油箱与化油器之间的油路，控制燃油的供给。油箱开关有开、关及备用三个位置。常见油箱开关主要有三通式油箱开关和膜片式油箱开关（又称真空式或真空膜片阀式油箱开关）两种。三通式油箱开关主要由开关体、滤油杯、手柄等组成；膜片式油箱开关是由两个阀门串联而成的，一个类似于三通式开关，另一个则是膜片阀，主要包括开关体、手柄、滤油杯、膜片芯阀等零件。
二冲程发动机的燃油供给系统如图2-6所示。四冲程发动机的燃油系统如图2-7所示。
图2-6 二冲程发动机的燃油供给系统
1—簧片阀；2—燃烧室；3—排气消声器；4—曲轴箱；5—空气滤清器；6—化油器；7—输油管；8—燃油开关；9—油箱
图2-7 四冲程发动机的燃油供给系统
1—油箱；2—燃油开关；3—输油管；4—浮子；5—浮子室；6—空气滤清器；7—化油器；8—燃烧室
二冲程发动机和四冲程发动机的燃油供给系统的工作原理见表2-5。
表2-5 二冲程发动机和四冲程发动机的燃油供给系统的工作原理
2.1.5 点火系统
点火系统的作用是按照发动机不同工况要求，在限定的时间内将蓄电池或发电机输出的低压电转变为点火用的高压电，通过高压线送到火花塞，使火花塞电极间产生电火花，点燃气缸内的可燃混合气，从而使发动机运转做功。点火系统按电源不同可以分为发电机点火系统和蓄电池点火系统；按照点火形式不同可以分为有触点式点火系统和无触点式点火系统；按照点火原理不同还可以分为电容放电式点火系统、电感放电式点火系统、数字控制式点火系统等。有触点式点火系统的断电器触点易损坏，触点间隙易发生变化导致点火时间不精确，因此逐渐被无触点式点火系统所取代。目前，在摩托车上普遍应用的点火系统种类包括电容放电式无触点发电机点火系统、电容放电式无触点蓄电池点火系统、晶体管式无触点蓄电池点火系统、数字控制式无触点蓄电池点火系统等。
2.1.6 冷却系统
摩托车发动机冷却系统的作用是冷却发动机，以确保发动机正常工作。摩托车发动机在工作过程中会产生很高的热量，如果无法及时冷却，则必然引起发动机过热，导致活塞环咬死或拉缸事故。同时，高温可能使机油变稀，降低其润滑性能，使机件的磨损量增加。
摩托车发动机冷却系统主要有自然风冷式、强制风冷式、水冷式和油冷式四种类型。不同冷却类型的冷却系统，其组成部件也不尽相同，现以水冷式冷却系统为例进行介绍。水冷式冷却系统组成，如图2-8所示，冷却系统的组成部件、作用及图示见表2-6。
图2-8 水冷式冷却系统的组成
1—油箱；2—燃油开关；3—输油管；4—浮子；5—浮子室；6—空气滤清器；7—化油器；8—燃烧室
表2-6 冷却系统的组成部件、作用及图示
2.1.7 润滑系统
摩托车发动机润滑系统的作用是将机油供到各运动件的摩擦表面，以减少运动件间的摩擦阻力，并通过机油的循环，带走热量，降低温度，延长各运动件的使用寿命。发动机润滑系统主要有四冲程发动机润滑系统和二冲程发动机润滑系统两大类。
（1）四冲程发动机润滑系统
四冲程发动机一般都采用压力润滑和飞溅润滑相结合的综合润滑方式。压力润滑是指通过机油泵泵出的机油来润滑曲轴、凸轮轴和轴承等高速重负荷的零件表面；飞溅润滑则是指利用曲轴、齿轮等的旋转使机油飞溅起来，进而润滑采用压力润滑方式难以实现润滑的零部件，如气缸壁、正时齿轮等。四冲程发动机润滑系统的主要零部件有油底壳（设在曲轴箱减速器底部）、机油泵、油管等。四冲程发动机机油泵采用转子式或齿轮式。
（2）二冲程发动机润滑系统
二冲程发动机的润滑方式分为混合式和分离式两种，见表2-7。
表2-7 混合式和分离式润滑
图2-9 CCI润滑系统
1—油门把手；2—机油箱；3—机油观察窗；4—进气口；5—化油器；6—机油泵；7—油底壳；8—喷嘴；9—单向阀1；10—主轴承；11—单向阀2
2.1.8 进排气系统
进排气系统是发动机进气系统和排放系统的总称。进气系统由空气滤清器、进气管等组成，其作用是引导并过滤空气，降低进气噪声，控制进入发动机的混合气；排放系统由曲轴箱排放控制系统、二次补气装置、排气消声器等组成，其作用是促使混合气燃烧更充分，排放得以净化，减少污染，降低排气噪声。
（1）空气滤清器
空气滤清器是进气系统中的重要部件，其作用是滤除进入气缸内空气中的灰尘、杂物，避免灰尘、杂物进入化油器而堵塞空气量孔和空气道等，以减少气缸内运动件的磨损，延长发动机的使用寿命；减弱空气流经化油器时所产生的噪声；防止发动机发生回火时火焰传到外面。空气滤清器主要由滤芯、滤芯支架、壳体等组成，根据滤芯元件采用的材料及滤气方式不同，目前摩托车上使用的空气滤清器可以分为泡沫塑料湿式、纸质干式和纸质湿式三种形式。
（2）曲轴箱排放控制系统
曲轴箱排放控制系统如图2-10所示，当发动机工作时，经活塞环窜入曲轴箱的混合气及在曲轴箱内形成的汽油、润滑油混合气经空气滤清器、化油器返回燃烧室燃烧完全后排出，防止曲轴箱内混合气直接从曲轴箱大气平衡孔流入大气中，减少污染。现在摩托车中均使用曲轴箱排放控制系统。
图2-10 曲轴箱排放控制系统
1—化油器；2—空气滤清器；3—曲轴箱通气管；4—曲轴箱
（3）二次补气装置
二次补气装置由补气单向阀、输气钢管、空气控制阀、补气油管、负压油管、空气滤清器组成（图2-11），在原始的状态下，补气单向阀处于常关状态，空气控制阀处于常开状态。发动机在运转时，气缸头排气道中的排气压力随着发动机的工作循环变化而脉动。排气门打开时，气缸内的高温高压废气迅速进入排气管当中，排气管内产生正压力波使补气单向阀关闭，避免了高温排气逆流烧坏空气控制阀及补气油管。当这个正压力波在排气管中移动使排气管的截面积逐渐增大而降低时，便在补气单向阀附近位置形成一个负压，此时单向阀的一边是大气压，一边是负压，补气单向阀在压差的作用下打开，使新鲜空气通过空气滤清器、补气油管、空气控制阀、输气油管、输气钢管到气缸头排气道中，使没有充分燃烧的炽热废气氧化再燃烧，减少有害气体CO、HC的排放量。当摩托车高速行驶而突然减油时，化油器油门接近关闭，进入气缸的空气量减少，氧气不足，燃烧缓慢，有未燃的混合气进入排气管，如果在这种情况下仍向排气道中补充空气，未燃的高温混合气与空气相遇后会在排气消声器中爆燃而产生“放炮”。为了避免“放炮”，空气控制阀在高速行驶而突然减油时将切断补气气路。当摩托车高速行驶而突然减油时，进气管中负压较大，并通过负压油管传递给空气控制阀的控制腔，在压差的作用下，阀芯随膜片克服弹簧弹力向关闭方向移动，关闭气路，停止补气。
图2-11 二次补气装置结构原理
1—排气管；2—输气钢管；3—负压油管；4—空气控制阀；5—补气油管；6—补气单向阀；7—化油器；8—空气滤清器；9—发动机
（4）排气消声器
排气消声器包括排气管和消声器，它们一般焊为一体。排气管用钢管弯曲成型，安装于气缸盖排气口与消声器之间，其作用是引导和改变排出的废气气流方向，将其引导到消声器中。消声器的作用是降低发动机排气噪声，消除废气中的火焰和火星，使废气降温和减速后排向大气，减少对环境的污染。消声器从结构形状上可以分为筒式消声器和盒式消声器两种。盒式消声器多为阻抗复合消声器，在踏板式摩托车上大多采用这种消声器；筒式消声器多为抗性消声器，在跨骑式摩托车上大多采用这种消声器，如图2-12所示。
图2-12 豪爵铃木GN125H摩托车排气消声器
1—止动橡胶；2—排气消声器；3—排气管衬垫；4—螺栓