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浅谈二冲程与四冲程发动机的结构差异及检修特点
作者:阮天林
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1 发动机的结构差异

1.1 曲轴箱

a) 在四冲程发动机中,曲轴箱不容纳可燃混合气,不设置进气口,也不装进气机构。骑式摩托车,发动机的曲轴箱内装有曲轴连杆总成、正时链条及变速机构,内腔装有机油,利用曲柄轴等运动件的旋转飞溅润滑运动摩擦副零件。坐式摩托车,曲轴箱内只装曲轴连杆机构,其它变速机构等零件安装在另一铸件腔内,与曲轴箱互不连通。

四冲程发动机的曲轴箱与气缸部分几乎是连通的,利用活塞环与气缸壁的有效贴合和润滑油膜确保其良好的密封性能,防止气缸内的气体产生泄漏。当活塞向下止点运行时,曲轴箱内呈正压状态,活塞向上止点运行时,曲轴箱内呈负压状态,曲轴箱内的气压始终处于正压和负压之间。汽油发动机工作时,多多少少会有少量的可燃混合气和已燃废气透过活塞环与气缸壁的微小缝隙窜入曲轴箱,因此,曲轴箱内的气压总的来说略高于大气压力。当发动机熄火冷却后,窜入曲轴箱的气体会凝结成水或废油,如不及时排出,将严重影响发动机的正常运行。因此,在四冲程曲轴箱的上口特意设置了与大气相通的“通气管”,以确保其内外压力平衡。为了减少曲轴箱内的机油蒸汽对大气环境的污染,现代发动机采用闭合式曲轴箱通风系统,用一根专用软管输送到空气滤清器中,使未燃的燃料重新进行燃烧。

b) 二冲程发动机大多利用曲轴箱进行扫气,它的曲轴箱上往往开有进气口,并装有进气机构(有的机型进气口设置在气缸体上),作为可燃混合气进入曲轴箱的通道。因二冲程机型曲轴箱容纳来自化油器的可燃混合气,所以曲轴箱必须保持高度的密封。骑式摩托车带有变速齿轮的曲轴箱与变速箱之间用旋转轴唇形密封圈(简称骨架油封)加以密封,坐式摩托车的曲轴箱与无级变速传动机构也用骨架油封予以隔断密封,使它们之间互不连通,避免曲轴箱中的混合气体漏入变速箱中。二冲程多缸发动机每缸的曲轴箱同样是互不连通的,以免相互窜气。

1.2 气缸体

a) 四冲程发动机的进、排气口通常设置在气缸盖上,气缸筒只是一光孔;双缸发动机的两气缸筒间铸有矩形通道,可通过正时链条并安装张紧机构。

b) 大多数二冲程发动机的配气机构采用回流和横流扫气方式,在工作过程中利用活塞在下止点附近的一部分行程进行换气,故在气缸下部区域开有排气口和扫气口。这些气口的形状、大小、位置及表面粗糙度非常重要,因为它们关系到发动机扫气效率的高低,同时也影响发动机的工作性能。

1.3 气缸盖

a) 四冲程发动机气缸盖是一个很复杂的部件(尤其是采用顶置式气门机构的机型),气缸盖上设置有进、排气口、气道、气门、气门导管的通道、气门弹簧、气门摇臂、凸轮轴及其驱动机构等。为了润滑安装在气缸盖上面的这些零件,气缸盖的铸件内腔设有专用油道。

b) 采用回流和横流配气机构的二冲程发动机的气缸盖上只铸有半球形燃烧室,不设进、排气口和气门等驱动零件,也没有润滑油油道,比四冲程发动机气缸盖要简单得多。

1.4 活塞

二冲程发动机和四冲程发动机在转速相同的情况下,二冲程机的作功次数多了1倍,故气缸内的平均温度比四冲程发动机高,活塞的热负荷也较大,经活塞吸收的高温燃气传给活塞环的热量也比四冲程机型高得多。据有关资料介绍,二冲程发动机活塞第一环槽的温度高达295~315℃,四冲程活塞机第一环槽的温度只有245~270℃。因此,二冲程发动机活塞的内腔顶部常制成为加强筋的圆拱形,这样既提高了活塞的刚度,又增加了散执能力。二冲程发动机的活塞较长,以便于在上止点时,其裙部能盖住气缸体上的排气口和扫气口,防止排气管中的废气倒流入曲轴箱。

1.5 活塞环

四种程发动机活塞环随活塞上下运行中作3个方向运动(即轴向运动、径向运动和旋转运动),因此,环的磨损比较均匀。为防止二冲程发动机活塞环旋转运动时,其气环的开口被气缸筒内的扫、排气口卡住,活塞环槽内设有定位销,不让其产生旋转运动。显然,二冲程发动机的活塞环工作环境要比四冲程活塞环恶劣得多,再加上二冲程发动机的润滑条件又比四冲程机型差,其实际使用寿命也相对较短。

1.6 配气机构

四冲程发动机通过正时链条将曲轴的旋转运动传递给凸轮轴(采用下置式配气机构的机型由曲轴正时齿轮与凸轮轴齿轮啮合实现),凸轮轴在转动过程中,进、排气凸轮推动气门摇臂摆动,在气门弹簧的作用下,使进、排气门定时开闭,且保持气门关闭时的高度密封。

大部分二冲程发动机的配气机构,是可燃混合气通过专门的阀门(采用的阀门有活塞阀、簧片阀、旋转阀、活塞—簧片阀等4种),在一定压力下进入曲轴箱,再由曲轴箱进行扫气,来完成发动机的扫气和排气。

1.7 润滑方式

四冲程发动机设置有专门的润滑系统,机油泵吸油前,先通过机油滤清器进行过滤,再由机油泵泵出带有压力的机油来润滑曲轴、连杆大头轴承、活塞内腔、活塞销、变速器、气门驱动机构等,其余则利用曲轴曲柄臂、正时链条、变速器齿轮的旋转运动,即采用飞溅润滑方式润滑气缸壁、活塞裙部、活塞环、活塞销等零件。对二冲程发动机而言,它不能象四冲程机那样实现其关键部位的压力润滑和机油的循环使用,而只能以下列2种方式进行润滑:

a) 预混合润滑法:将机油按一定比例预先掺入燃料油中,并充分搅拌,依靠混合在燃料中的机油润滑发动机内的运动摩擦副零件表面。

b) 分离润滑法:将燃料和机油分别装在2个机油箱内,通过机油泵将机油压送至化油器的柱塞腔内与燃料空气混合后进入曲轴箱,其机油流量则由油门开度来控制。

这2种润滑方式的机油全部参与混合气循环的一切过程,而不能回收。就其应用最多的分离而言,曲轴箱内的主轴承、连杆大小头滚针轴承,以及气缸、活塞组件等摩擦副都是依靠机油、汽油和空气形成的雾状混合气体进行润滑的。并且在发动机的整个工作过程中,总是用新鲜的润滑油,几乎随燃料全部烧掉,因此易造成火花塞积碳、气环的粘结和排气口(含排气消声器)堵塞。

1.8 可燃混合气的组成

四冲程发动机的可燃混合气是由汽油、空气按一定比例混合而成;二冲程发动机的可燃混合气由汽油、机油和空气按一定比例混合而成。因此,二冲程与四冲程发动机匹配的化油器型式不同:从化油器的结构上来讲,绝大多数四冲程发动机采用等真空膜片阀化油器(也有少数机型采用柱塞式化油器),用怠速调节螺钉是调整进入怠速油系中的混合气量;二冲程发动机用柱塞式化油器的怠速调节螺钉是调整进入怠速油系中的空气量。

2 发动机的检修特点

由于二冲程发动机和四冲程发动机的结构存在上述这些差异,故2种发动机的故障诊断和检修特点也不同。现以发动机功率不足、加速性能差故障为例加以叙述。

发动机功率不足、加速性能差的故障,影响的范围较广,几乎涉及到发动机的各个系统。为了表述方便,暂将摩托车点火系统、传动系统及气缸活塞等因素排除在外。二冲程与四冲程发动机上述故障主要是因其配气机构、可燃混合气的密封有关,其诊断、检修的基本思路也各有特点。

2.1 四冲程发动机故障检修的特点

a) 配气机构

四冲程发动机配气机构的安装有较严格的规定,装配时只要将磁电机飞轮上的正时标记刻线对准曲轴箱(或箱盖)的正时标记孔刻线,在此位置下安装凸轮轴、正时链轮和正时链条。如果发动机是经过拆装配气正时后出现动力不足、加速性能差的故障,只要认真校对并重新安装配正时即可排除故障。倘若摩托车是行驶数万公里后出现这种故障,且常需调整气门间隙,同时伴随缸头异响、发动机难起动等故障,应怀疑凸轮轴出现了异常磨损或配气机构及其相关部位出现漏气,须作全面认真的检查:1)凸轮轴磨损:发动机运行较长一段时间后,因润滑、冷却等系统发生异常或零件本身的质量问题,以及受其它一些不确定因素的影响,凸轮轴的升程部分逐渐磨损,超过使用极限值时,其配气相位的开起角度将相应缩短,使配气相位发生变化;或凸轮轴两轴颈与衬套孔严重磨损,使凸轮轴在转动过程中产生径向位移,造成气门开度减小,气门开起不足。这2种情况均会造成发动机的速度特性向低速方向移动,摩托车的动力和加速性能自然变差。同时伴随配气机构运行噪声逐渐增大。2)气门漏气:若由于多种因素的影响,出现气门烧蚀、气门杆弯曲、气门弹簧弹力减弱等情况时,进、排气门就会密封不严,形成漏气现象。其原因有:气门与气门座因积碳过多而密封不良,使气门与气门座相配合的密封面产生偏磨,气门间隙过小或根本无间隙,使气门机构早开晚闭,发动机温度升高,零件受热膨胀自然伸长会自动顶开气门,使气门关闭不严,引起漏气。气门关闭不严,还有可能是气门弹簧的弹力下降造成的,因此,在排除气门漏气过程中,不要轻易忽视对气门弹簧弹力的检查。

b) 气缸衬垫处漏气:未按规定扭矩值紧固气缸盖螺栓或螺母,或行驶数万公里后气缸盖的螺母和螺栓因多种原因产生松动;气缸体上平面或气缸盖上平面加工达不到技术要求,平面度严重超差;气缸体和气缸盖平面在发动机工作后产生热变形而翘曲;气缸垫两侧涂覆的氟橡胶(有的垫片涂覆丁腈橡胶)脱落;气缸衬垫处漏气,会使可燃混合气过稀,发动机动力下降。

c) 进气管处漏气:若进气管橡胶部分因老化变质产生开裂,或进气管与气缸盖之间的O形密封圈老化失效,或进气管处未紧固到规定扭矩,会产生漏气现象,在发动机工作时吸进空气,导致可燃混合气过稀,动力下降。

2.2 二冲程发动机故障检修的特点

a) 二冲程发动机的配气机构主要设置在气缸体或曲轴箱上,其配气位置基本无法改变。若混合气中机油成份过多,燃烧后生成的积碳堵塞在气缸气道口内,干扰了发动机正常的扫气和排气,使发动机排气不顺、阻力加大。因此,对于行驶数万公里的旧车,应着重检查气缸气口是否被堵塞?此外,若排气消声器内积碳过多,同样会增加废气的排气阻力,造成发动机动力下降。

b) 二冲程发动机的结构特点决定了曲轴箱部位的密封(包含进气管、化油器)不能有丝毫的泄漏。若曲轴箱密封不严造成漏气,会使发动机吸力减小,可燃混合气变稀,功率下降。检查的重点有:左、右曲轴箱的结合面泄漏(主要是平面度超差或是密封胶液失效)、或曲轴主油封严重老化,油封唇口与曲轴轴颈处密封不严产生泄漏、或簧片阀片与其阀座翘曲过度,以及簧片阀座上的橡胶层不耐汽油而起层脱落,使密封失效。此外,曲轴箱密封不良,还会造成冷车难起动故障。

c) 二冲程发动机和四冲程发动机匹配的化油器型式不同,其化油器怠速油路各有差异。在调整二冲程化油器怠速空气调节螺钉时,逆时针方向往外旋怠速空气调节螺钉,是加大进入怠速油系的空气量,可燃混合气会变稀;顺时针方向往里旋怠速空气调节螺钉,是减少进入怠速油系的空气量,可燃混合气会变浓。如果化油器空气量进入过多(尤其是在寒冷的冬季),将会直接影响发动机的加速性能。因此,在调整时应根据气候的变化灵活掌握,一般在冬季要调偏浓一点,即按车辆使用说明书的规定将怠速空气调节螺钉顺时针方向往里旋一点;夏季则调偏稀一些(即将怠速空气调节螺钉逆时针方向往外旋一点。其调整量,以缓慢加大油门不熄火为标准。

综上所述,因四冲程发动机和二冲程发动机的工作原理、结构不同,其检修方法和特点也各有差异。对四冲程发动机,应定期检查机油泵滤网是否被异物堵塞,以确保润滑油路的畅通,坚持按质更换润滑油。对于行驶数万公里的车辆,若发现发动机加速性能变差,且进排气门间隙常需调整,其运转声响也日渐加大,应及时检查凸轮轴的润滑和磨损情况,能及时检查凸轮轴的润滑和磨损情况,以及气缸衬垫和进气管处是否存在老化开裂等异常现象,并视情更换受损零部件。对于二冲程发动机,则必须保证机油泵能正常工作,其机油流量适中,视气温高低的具体情况,调整好化油器的混合气比例;重点检查曲轴箱是否存在密封不良,并定期清除火花塞、燃烧室、气缸扫气口和排气口及排气消声器积碳,以确保其扫气顺畅,废气排得干净。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (12/15/2007)
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