對于多缸四沖程軸瓦結構摩托車來說,由于曲軸與連桿使用的是高速軸承,而高速軸承對潤滑油的供油壓力與潔凈度有嚴格要求,所以它們的潤滑系統與一般普通小排量車不同。潤滑系統如圖1所示。
為了讓大家對大排量摩托車潤滑系統有一個全面的了解,我們首先從油底殼給大家談起。
大家知道,機油的主要作用是潤滑、密封、防腐、防震、清洗、分散材料應力和散熱等。由于V4的油底殼是鋁合金做成,除有儲存機油的功能外,還可以通過油底殼對潤滑機油進行有效地散熱。
機油泵轉動時把油底殼的機油吸上來,有時油底殼內有較大的異物或殘渣,這些異物或殘渣進入潤滑系統就會導致潤滑系統出現一系列的問題。因此在機油泵下端安裝有一個金屬機油濾網,對進入機油泵的機油進行初步過濾。如濾網堵塞就會引起機油供油壓力不足,導致軸瓦或其它部件發生故障。
機油泵
機油泵的作用是吸進并泵送機油,從而滿足發動機各部分潤滑的需要,對于V4發動機的機油泵來說,它是曲軸通過動力傳輸齒輪傳遞給離合器大鼓,再由大鼓背部的一個鏈盤通過鏈條傳遞給機油泵驅動鏈盤來驅動機油泵的。其中機油泵的內轉子采用的是四個齒,外轉子比內轉子多一個齒,內外轉子偏心布置,從而使每個齒的前后壁面得以密封,轉子工作時,利用轉子之間的容積變化來泵送機油。由于轉子的齒形是次擺線,所以又叫次擺線齒輪泵。這種機油泵的供油量和供油壓力取決于轉子直徑,轉子整體厚度和轉速這三個參數。
V4發動機的機油泵使用的就是次擺線齒輪泵,而且和一般車型不同的是,V4系列發動機的機油泵全部使用了兩組轉子,如圖2所示。
由于兩組轉子的厚度不同導致泵油量的不一樣。其中轉子厚度偏小的這組其機油主要通過油冷散熱器再對變速系統供給一定壓力的潤滑油(有的車型沒有油冷散熱器)。轉子厚度偏大的那組所供的機油,由機油濾清器進一步過濾(精細過濾)后進入主油道再對曲軸,連桿,汽缸,活塞,凸輪軸,缸頭等各個潤滑點部位進行潤滑。
泄流閥
泄流閥也稱壓力調節閥,由于次擺線齒輪泵的轉速對供油量和供油壓力有很大影響,而VFR系列摩托車的轉速在怠速的1300r/min到最高轉速的15000r/min之間變化,這樣供油量與供油壓力也會發生很大變化。而供油壓力過低或過高都會對各個潤滑點產生很大影響,壓力過低會導致曲軸,連桿與軸瓦之間摩擦力過大,從而損壞軸瓦或曲軸連桿,而壓力過高會導致軸瓦表面的巴氏合金變形或脫離。圖3是VFR系列潤滑系統中的兩個泄流閥
泄流閥1是調整變速器的潤滑供油壓力的,而泄流閥2是對主供油道進行壓力調節的。VFR系列的主供油道壓力要求最低不得低于3kg/cm2(發動機最高轉速),而泄流閥的開啟壓力為5kg/cm2。所以泄流閥的作用是防止供油壓力過高。
在VFR系列的儀表上有一個OIL燈,這個燈在鑰匙打開時發亮,發動機啟動后熄滅(雅馬哈的某些車型如FZR250的潤滑系統使用的是重力開關,打開點火開關OIL燈不亮,啟動按鈕按下才發亮,曲軸箱內機油偏少才發亮,它們的控制方式不同)。圖4是雅馬哈FZR250RR的機油重力開關。
在本田VFR系列上控制這個燈的是發動機上的一個機油壓力開關,開關的一端直接與發動機油道相連,這個開關控制OIL燈的負極,發動機油道內部沒有壓力或壓力太低都會使開關連接線接通,受到一定壓力才會斷開。如車輛啟動后儀表上的OIL燈不熄滅或騎行過程中這個燈突然變亮或閃亮則需要立即停車進行檢查。我們在實際維修過程中發現,出現OIL燈不熄滅除線路故障外一般是由于發動機油底殼下部的濾網堵塞,機油濾清器沒有定時更換等問題造成的。
圖5是機油壓力開關的基本接線圖,圖6是機油壓力開關的實物位置圖。
機油濾清器
發動機機油在發動機內部循環過程中,具有清洗各摩擦表面,把金屬粉粒和積炭帶走的功能,這就是機油的清洗作用。機油經過一段時間的使用,就會積存有各種異物或顆粒,再加上機油老化產生的膠質,機油就會變臟,變臟的機油不利于潤滑,它將堵塞油道或造成零部件表面損傷。那大家會說,機油泵下端不是有一個機油濾網嗎,這個濾網就是起到過濾作用的,為什么還要濾清器。實際上濾網只能過濾顆粒較大的異物,對小顆粒異物是無法清除的,而軸瓦除對供油壓力有一定要求外,對潤滑油的潔凈度也有一定要求,這樣就需要濾清器對潤滑油進行進一步過濾。機油濾清器由殼體與紙質濾芯組成,紙質濾芯在殼體內部。在濾清器的殼體內部有旁通閥,旁通閥又叫安全閥,同時在進油口有一個單向閥,機油泵泵送過來的機油推開機油濾清器開口處的單向閥進入濾芯的外圍,經過濾芯的過濾,然后從濾芯中間排出。在機油濾清器上安裝一個單向閥主要作用是防止聚積在濾芯外圍的污染物在發動機停止運轉時回流到發動機內部。
當機油濾清器內部的濾芯堵塞時,則濾芯內側與外側就會產生壓差,這個壓差會隨著堵塞狀況的加大而加大,當壓差達到或超過規定值時,這時旁通閥打開把沒有經過濾清器過濾的機油直接輸送給潤滑點,從而保證最低限度的潤滑。這樣雖然防止了因為濾芯堵塞而造成的潤滑不良,但送入主油道的機油是臟機油。時機油濾清器可以對機油中的小顆粒異物進行過濾,但沒有自動清除異物的功能,長期使用會導致濾清器堵塞。所以濾清器是一種易耗品,需要定期更換。
圖7機油濾清器的內部結構圖。
下面我們以VFR400 (NC24)為例,對潤滑系統進行講解,該車的潤滑系統結構如圖8所示。
在本田VFR400R (NC21、NC24)上都使用了機油散熱器,
這種散熱器可以有效地對發動機內的潤滑油進行散熱,但由于油道內沒有像水冷系統那樣的節溫器。這樣就會導致在環境溫度過低的地方發動機的溫度提升過慢,使發動機溫度不能盡快進入工作溫度,這種情況會造成汽缸,活塞,活塞環的過度磨損,因為這些零部件也是需要有一定工作溫度的,過低或過高都會對他們產生很大影響。所以本田公司對后來生產摩托車的機油散熱器進行了改進。將散熱器由風冷改為水冷。這樣可以有效地防止環境溫度過低的地區由于發動機暖機時間過長而導致的發動機某些零部件磨損。
在2000年后,日本摩托車公司發現水冷機油散熱器與風冷機油散熱器相比有很大的優點,于是將這種散熱器進行了重新設計。圖12、圖13、圖14是本田公司2007年生產的CBR600RR(F5)的獨立式水冷機油散熱器。
這種散熱器的連接水管比以前加車型的粗了很多。這樣就可以有效地提高發動機與機油的使用壽命,防止機油溫度過高而造成的黏度降低,潤滑油的潤滑性能下降。因為發動機溫度過高就會使機油變稀,變稀的機油會導致軸瓦處油膜強度下降。同時過高溫度的機油容易產生膠質,加速機油的氧化,從而進一步降低油膜的強度,而且會導致機油早期老化。
對潤滑系統各部件維修后,在裝配過程中要依次裝配機油泵,機油泵連接管,過濾網,主油道泄流閥油底殼等,然后再裝配機油泵傳動齒與傳動鏈條,離合器大鼓與動力傳輸齒輪,離合器小鼓,離合器片。注意,每組離合器片有一片是分離片,這片分離片與其它離合片不同,是裝配在小鼓的最外面,與分離片對應的是有兩個鐵片,一個是平的,一個是鍋底形的,平鐵片在外面,鍋底形鐵片緊貼平鐵片朝里(專指壓盤在主軸上不固定這種離合器,如離合壓盤在主軸上固定的則相反安裝)最后裝配離合器壓蓋,超越離合器,離合邊蓋等,裝配前后缸汽缸床,汽缸床上有一個(UP)字體,這個記號必須字體朝上,如圖15、圖16、圖17、圖18、圖19、圖20、圖21所示。
發動機燃燒室在發動機上部,混合氣燃燒的密閉空間就是燃燒室,不單純指汽缸蓋上的燃燒室。燃燒室應該包括汽缸蓋上的燃燒室,活塞頂部及混合氣在汽缸中燃燒的一部分。燃燒室的形狀極大地影響著混合氣的燃燒過程,因此一臺發動機為了獲得大的扭矩,大的功率和省油,必須滿足三個基本條件。
第一個是進排氣效率高。
第二個是摩擦損失小。
這就需要摩托車維修人員更換零部件要考慮每個零部件之間的公差與配合,過大的間隙會導致發動機產生噪聲和導致潤滑油壓下降等各個方面的問題,零部件之間間隙過小會導致摩擦損失偏大而出現動力偏小,不好啟動,發動機升溫過快和溫度過高等現象。
在本田VFR系列上(除VF外),配氣機構不是平常使用的正時鏈條參與配氣而是使用無聲齒輪參與配氣,如圖22所示。
這就要求從曲軸上的配氣齒輪一直到凸輪軸齒輪,它們的配合間隙要求都是很嚴格的,而把汽缸設計在曲軸箱上,與曲軸箱成為一個整體這種設計就可以有效地減小因為汽缸墊厚度的不同而導致齒輪間配合間隙的變化。這種結構雖然加工精度和成本高,但配氣準確,不會產生鏈條配氣那種高轉速鏈條拉長出現的配氣不準確現象。所以VFR系列上的氣缸上墊(也就是氣缸床)的厚度是有嚴格要求的,雖然齒輪使用了副齒輪結構,但汽缸床偏厚還是會導致齒輪間間隙過大而出現齒輪擺動敲擊聲,偏小會造成齒輪間摩擦阻力過大而產生嚴重的嘯叫聲。對于這種齒輪參與配氣結構的發動機,在維修中要特別注意。本田公司生產的CBR250(MC14,MC17,MC19,MC22)CBR400(NC23,NC29)CB-1等都是使用的這種配氣機構。
第三個條件是混合氣燃燒過程好。
這個條件就與燃燒室形狀有很大關系。
一個好的燃燒室必須要做到火花塞點火電極要盡量設計在燃燒室的中央,并具有良好的面容比和盡可能高的壓縮比。
VFR系列由于每個汽缸都采用雙進雙排(也就是兩個進氣門,兩個排氣門)布置,這樣火花塞就可以做在燃燒室的中央,與普通單進單排的燃燒室相比,由于單進單排的火花塞只能設計在燃燒室的旁邊(由于進排氣門的原因),所以雙進雙排的發動機火花塞設計在中央,可以有效提高汽缸內的火焰燃燒速度和燃燒穩定性方。
面容比
面容比就是燃燒室內的面積與容積之比。
當混合氣在汽缸內燃燒時,燃燒產生的熱量大部分都損失掉了,其中冷卻損失占有相當大的比例。在燃燒過程中,高溫的燃氣與燃燒室壁面不斷的進行熱交換,而為了減少冷卻損失,必須盡力提高燃燒室容積降低表面積。燃燒室的表面積越小冷卻損失越少,燃燒效能自然就越高。
VFR系列這種燃燒室使用的是雙圓頂燃燒室,這種燃燒室能使進入汽缸內的混合氣在活塞運動接近上止點時通過燃燒室的擠氣區產生強烈的擠壓渦流,從而使混合氣燃燒更充分,動力性能更強,如圖23、圖24所示。
這種燃燒室雖然從面容比方面來說,面容比偏大,會增大冷卻損失,降低燃燒性能(比如國產17.64kW長江750發動機的燃燒室就是由于面容比過大導致燃燒性能過差和油耗較高),但畢竟利大于弊,所以在VFR系列上基本是采用雙圓頂燃燒室。而且一代一代不停地改進,到RVF400(NC35)上這種結構的燃燒室幾乎發揮到了極致。
壓縮比表示的是混合氣在汽缸內被壓縮的程度。就是活塞在下止點汽缸內的容積(包括汽缸蓋燃燒室)與活塞在上止點燃燒室的容積之比。由于活塞頂部較厚,為防止熱膨脹,所以活塞環到活塞頂部這一部分的直徑相比下部要小,這樣在第一道活塞環到頂部之間仍有一個很小的空間,嚴格來說這個空間也應該計算進去。
通常壓縮比越高,汽缸內的燃燒壓力越高。在同等的進氣量條件下,壓縮比越高,輸出的功率和扭矩越大,燃燒效能越好。
但壓縮比太高也會導致爆震,熾熱點火等問題。這就需要摩托車維修人員對任何一臺發動機在維修時都要考慮這些方面的問題,特別是對于一些摩托車發動機設計人員和對摩托車發動機要進行改裝的維修人員更須要了解用戶當地的海拔高度,濕度,溫度,當地售賣的汽油辛烷值等數據,根據這些數據的平均值來調整發動機的壓縮比。如我國的地域遼闊,北方和南方的溫度,濕度,包括海拔高度等差異較大。摩托車生產廠家也應該根據各地區的這些差異對當地售賣的摩托車發動機燃燒室進行適當的調整(包括點火時間和配氣正時),從而使發動機更好地適應當地情況。
凸輪軸的傳動機構
在目前的市售版摩托車上,凸輪軸的傳動機構有幾種類型,分別為鏈條(如CB400),頂桿(GL500),正時皮帶(GL1800),無間隙齒輪(CBR400RR)等,在意大利的杜卡迪摩托車上還采用過一種傘齒輪機構,這幾種結構傳動機構各有優缺點,在此就不一一講述。
本田VFR系列(除VF外)使用的全部是雙頂置凸輪軸DOHC無聲齒輪配氣機構(無間隙齒輪機構)。這種機構是在從動齒輪上帶有一個副齒輪,副齒輪的齒數與主齒輪是一樣的,這兩個齒輪同時與主動齒輪嚙合,并利用齒輪間的彈簧壓力使副齒輪轉動一定角度,這樣就消除了主動齒輪與從動齒輪之間的間隙,有效地消除兩個齒輪間扭矩改變時所產生的齒輪噪聲。圖25是它們的內部結構。
由于是V4型發動機,所以有4根凸輪軸。這樣就會有兩個齒輪架,前后汽缸的齒輪架是不同的,需要根據齒輪架上的記號進行確認。但我們在實際維修過程中發現大部分發動機齒輪架上這個記號很不明顯,幾乎無法辨認。我們后來根據它們的結構總結出了一種簡單有效的辨認方法。
在齒輪架上的無聲齒輪有主齒輪與副齒輪之分。
齒形偏厚的是主齒輪,偏薄的是副齒輪。
拿起齒輪架,讓副齒輪面對觀察者,如果副齒輪在主齒輪左側,說明是前面汽缸齒輪架。
如果副齒輪在主齒輪右側,則為后面汽缸的齒輪架,如圖26、圖27、圖28、圖29、圖30所示。
這種辨認方式簡單易行,而且同樣適用前后缸凸輪軸的辨認,包括其它這種結構的車型(需要注意齒輪轉動方向與齒形的關系)。
氣門
在進氣行程,進氣門開啟,吸進混合氣。在排氣行程,排氣門開啟,排除燃燒廢氣。在壓縮行程和燃燒做功行程,進排氣門都關閉以保持燃燒室的密封。
在燃燒室里,氣門直接承受高溫氣體的沖擊,一般進氣門工作溫度在300℃左右,排氣門工作溫度在800℃左右。所以一般公路賽車的氣門基本是采用特殊焊接方法把氣門桿與氣門頭焊接在一起。為了減少高溫磨損,有的氣門錐面甚至堆焊上硬質合金。
為了提高發動機功率,必須增加進氣量,而燃燒室就那么大,不可能把氣門做成橢圓或方形,所以設計人員通過盡量增加氣門的數量和進氣門的直徑來達到這一要求。像本田VFR系列每個汽缸使用的是兩個進氣門,兩個排氣門。雅馬哈YZF上甚至使用三個進氣門來增加進氣量。
氣門漏氣的檢查
一般正常檢查氣門是否有漏氣基本是使用在進氣道或排氣道處使用漏油檢查法,這種方法其實有很多弊端,大家知道,我們使用的漏油檢測法在實際檢測時都是在正常大氣壓力狀態下進行檢測的。如果氣門處積炭過多也會可以使氣門與氣門座圈密封良好,但此種密封是在常壓情況下的密封狀態,而汽缸內的工作壓力比常壓情況下要高很多,這樣就會導致常壓狀態氣門不漏氣而受到一定壓力時就會有漏氣現象產生。所以必須要對氣門進行拆卸檢查。必須保證氣門與氣門座圈的45°工作面密封良好,正常情況下工作面應該是一圈光亮的環帶,如果達不到要求則需要重新研磨氣門。同時要保證氣門工作面的寬度在0.8~1.2mm,因為氣門的熱量有很大一部分是通過氣門座圈來傳遞的,所以這個接觸面越寬,氣門的冷卻效果越好,但容易產生積炭,使密封性變差。相反,氣門與氣門座圈的接觸面越窄,冷卻效果差,但積炭的可能性減少。我們在維修中碰到的一個典型案例,一輛本田CBR400RR(NC29)摩托車,啟動,怠速正常,就是加速不如同型號車輛,在6擋最高速度只能達到每小時140km/h,5擋時可達到150km/h。我們通過一系列檢查最終判斷有幾個氣門輕微漏氣,但把汽缸蓋拆下用漏油法檢查氣門密封情況沒有一點問題。最后把氣門拆下才發現問題是由于氣門嚴重積炭造成的。所以說在維修中要學會思考,要根據現代摩托車技術的發展維修技能也要不斷提高。
凸輪軸
凸輪設計在凸輪軸上,凸輪軸轉動時,凸輪驅動氣門按照一定規律做直線往復運動。凸輪軸的作用是適時地使進排氣門開啟與關閉。四行程發動機在活塞的四個行程中,進排氣門開關一次,也就是曲軸每轉兩圈進排氣門開關一次。所以凸輪軸的轉速等于曲軸轉速的二分之一。
凸輪軸必須具有足夠的剛度,凸輪軸的剛度過低會導致發動機在高轉速時產生較大的變形,使發動機不能正常工作。而VFR系列的凸輪軸使用的是鑄鐵凸輪軸,為了提高表面的硬度,采用高頻激冷處理。
VFR系列摩托車發動機由于分前后汽缸,所以凸輪軸也分前后汽缸的凸輪軸。一般前面汽缸的凸輪軸使用F標記,而后面汽缸的凸輪軸使用R標記。進氣凸輪軸的標記是IN,排氣凸輪軸的標記是EX。圖31、圖32、圖33是本田VF400F的凸輪軸辨別記號。圖34、圖35是VFR400R(NC24)發動機凸輪軸的辨別記號。
凸輪軸上的凸輪決定進排氣門的開啟和關閉時間。進排氣門的開啟和關閉時間一般叫配氣相位,配氣相位與發動機的性能關系很大。比如我們經常在一些電視上看到賽車發動機改裝,其中有一項重要的改裝就是賽車專用凸輪軸。而美國哈雷摩托車,每種車發動機可提供改裝的凸輪軸就達到十幾種之多。當凸輪變更之后,發動機的性能也將發生變化。特別對于摩托車發動機設計人員和改裝維修人員來說,除了有合適的配氣相位,還必須與相應的進、排氣道,相應的點火提前角曲線,燃燒室等技術內容相匹配。否則達不到理想的效果。凸輪驅動氣門有直接驅動(CBR系列),搖臂驅動(VFR系列) 頂桿搖臂合成驅動(GL400)等。
凸輪的外輪廓線
凸輪外輪廓線簡稱凸輪形線,這個輪廓線決定了凸輪的配氣相位,氣門的運動速度等。
凸輪凸起的部位,一般稱為桃尖,無凸起的部位一般稱為基園,當凸輪轉動時,桃尖部分頂起氣門并使氣門彈簧壓縮,氣門這個時候就處于開啟位置。氣門的最大升起量叫升程,在直接驅動氣門上,氣門的升程等于桃尖與基園之差(當然還有氣門間隙)。關于氣門間隙,由于每個發動機零部件受熱膨脹,所以凸輪與氣門挺桿(就是圖中紅色部分)之間必須有一定間隙,如圖36所示,這樣受熱膨脹時,氣門仍能保證良好的密封。氣門間隙過大會引起發動機聲響異常,間隙過小會產生氣門燒熾,發動機怠速不穩,不好啟動,加速無力等問題。嚴重的甚至會出現活塞頂氣門現象。而且氣門間隙不論過大或過小都會使配氣正時失準,從而影響到發動機的工況。
在凸輪轉動時,凸輪和挺柱頂面產生滑動摩擦,當凸輪基園滑過挺住頂面時,氣門關閉。所以對于這種直接驅動氣門間隙的測量并不非得需要在壓縮上止點測量,一般只需要在基園的任何一點進行測量都可以。