電單車發動機技術知識
一、熱機部分
§1四衝程電單車發動機熱機系統的基本結構及功能
熱機系統是發動機的核心機構和動力**，四衝程電單車發動機的熱機系統主要由氣缸總成、曲柄連桿機構、配氣機構及潤滑分總成組成，下面分別介紹其結構和功能。
一． 氣缸總成
氣缸總成主要由氣缸頭、氣缸體及氣缸墊等組成
1、 氣缸頭（氣缸蓋）
四衝程發動機的氣缸頭結構複雜，氣缸蓋燃燒室表面受熾熱燃氣的作用並承受氣缸壓力形成的機械負荷，所以氣缸頭的燃燒室、氣門、氣道及火花塞必須布置合理，各部分溫度應盡可能分均勻，散熱片的大小應與散出的熱量相適應，且發動機在工作時，氣缸頭不能出現變形。
1） 氣缸頭結構型式
四衝程發動機氣缸頭冷卻方式分為風冷和水冷兩種型式，大多採用2氣門、單頂置凸輪軸、單缸結構；也有部分發動機採用下置凸輪軸（如cg125）；三氣門發動機（如cg125三氣門）；四氣門（如zs2000）；四氣門、雙頂置凸輪結構，凸輪軸直接驅動氣門（如zs96）及多缸發動機（如雙缸125、v250）。
風冷氣缸頭散熱片一般以橫向布置為主，氣門與氣缸中心線的夾角常在30度左右。燃燒室多為半球形，火花塞則安置在排氣門側；多氣門發動機燃燒室形狀為篷形，火花塞布置在中間。
水冷氣缸頭外形相對較簡單，內部結構較複雜，缸頭內腔布置有水道。氣門與氣缸中心線的夾角在20度左右。
2） 氣缸頭的材料
氣缸頭的材料應具有良好的導熱性和耐熱性，在高溫時能保持必要的強度，一般採用鋁合金鑄造，常用材料有zl107，zl111或日本牌號ac4b。
2、氣缸體
四衝程發動機的氣缸體與二沖程氣缸體比較，結構較更簡單。氣缸體在高溫高壓作用下，承受機械應力和熱應力。另外，由於活塞組對氣缸的側壓力和滑動摩擦，使氣缸發生彎曲應力和磨損。
所以氣缸必須具有足夠的強度和剛度，良好的耐磨性。
1）氣缸體的結構型式
風冷發動機常見的氣缸體結構為整體式鑄鐵（或鋁合金）氣缸體和雙金屬氣缸體。整體式氣缸體由鑄鐵或鋁合金直接澆鑄而成，外部的散熱片布置大多採用橫向布置，只有部分臥式機為縱向布置；雙金屬氣缸體由鑄鐵鋼套壓入或直接與鋁合金氣缸體組合澆鑄成一體（包括散熱片）。
水冷氣缸體與風冷氣缸體不同之處主要是內部設定了水道，去掉了外部的散熱片。
2）氣缸體的材料
常用的鑄鐵氣缸體或氣缸套的材料是磷釩鑄鐵、合金鑄鐵和硼鑄鐵等。氣缸套內表面處理現大都採用金屬陶瓷復合薄膜等離子化學沉積和奈米電鍍處理。
常用的鑄造鋁合金有yl112或zl111。
二． 曲柄連桿機構
曲柄連桿機構是發動機產生動力的主要機構部分。它的作用是承受氣體爆發的壓力，通過活塞在氣缸中的直線往復運動，傳遞至活塞銷、連桿、曲軸上變成旋轉運動而產生動力。它包括的主要零件有：
活塞、活塞環、活塞銷、曲柄連桿等。
1． 活塞
活塞有活塞頂部、活塞頭部、活塞裙部和活塞銷座四部分組成。活塞在氣缸內承受燃燒氣體的高溫高壓作用（做功行程），並通過連桿推動曲軸轉動；在飛輪的慣性作用下，完成活塞的進氣、壓縮和排氣三個輔助行程。活塞頂部承受的溫度高達300℃以上，裙部溫度一般為100~130℃。
活塞頂面接受的熱量主要通過活塞環傳給氣缸壁，為了控制活塞的熱流和溫度分布規律，活塞頂厚度從**到四周逐步加大，並有足夠大的過渡圓角，呈所謂的「熱流形」。活塞裙部為中凸橢圓形。
活塞一般使用含矽量在10~13%的共晶鋁矽合金的材料，如zl109，zl108或日本的ac8a。
2． 活塞環
根據用途不同，活塞環分為氣環（2道環）和油環兩種。氣環主要起密封作用，其斷面形狀有有多種，常見的有矩形環、錐面環、扭曲環、桶面環和梯形環等。其中桶面環是將環的外圓表面製成凸圓弧形，它具有良好的潤滑性、密封性和磨合性，避免了稜緣負荷。
因此，桶面環已得到廣泛應用，通常作為第一環，且表面大多採用鍍鉻覆蓋層。一環常用不鏽鋼或彈簧鋼，二環常用合金鑄鐵或球墨鑄鐵。油環主要用於四行程發動機，一般採用組合式，即油環由上下二片導軌（鋼環鍍鉻）和乙個襯簧組成。
油環可刮去汽缸壁上多餘的潤滑油，防止它竄入燃燒室。為保證油環良好的密封性，油環對汽缸壁面接觸應力應大一些，通常用減小環與汽缸的接觸面積或在環背面加彈性彈簧的方法增大接觸應力。
3． 活塞銷
活塞銷使活塞和連桿上端作關節式連線，並將活塞承受的壓力傳遞給連桿。活塞銷裝在活塞的銷孔中，並用卡圈固定在銷座內，防止其軸向竄動。活塞銷常用材料為20crmo，其加工精度要求較高，外圓尺寸精度在it3~it4。。
4． 連桿
連桿的功用是將活塞在汽缸裡的往復直線運動傳遞給曲軸，使曲軸旋轉。連桿由連桿小頭、連桿大頭和桿身三部分組成，桿身的斷面通常呈「工」字形，以增加抗彎強度，並由小頭端到大頭端逐漸增大使其受力均勻。桿身於大、小頭連線處常用大圓弧過渡，避免應力集中。
連桿大頭上使用的是帶鑲嵌式保持架的滾針軸承，保持架用特種剛製成。
5．曲軸
曲軸的功用是把連桿傳來的推力變成扭轉力矩，並通過主動齒輪傳給傳動裝置，然後再靠飛輪的慣性帶動連桿、活塞完成進氣、壓縮和排氣行程，並平衡活塞及連桿運動產生的部分往復慣性力。曲軸由左、右曲柄軸、曲柄、曲柄銷等組成。右曲柄軸用來安裝曲軸主動齒輪，通過主動齒輪將動力傳給離合器。
左曲柄軸用來安裝飛輪。左右曲柄軸均通過單列向心滾珠軸承的支承。
8．飛輪
飛輪用來貯存發動機做功行程中的能量，在進氣、壓縮和排氣行程中再釋放出一部分能量，以保持發動機運轉平穩。另外，飛輪一般兼做磁電機的轉子，在飛輪的內側上鑲有4～6塊永久磁鐵，它們既是飛輪的主要質量，又是磁電機的轉子。
三． 配氣機構
配氣機構的作用是按照發動機的工作次序，定時地開啟和關閉汽缸的進氣門和排氣門，使新鮮空氣和燃料混合物進入汽缸，然後把燃燒生成的廢氣排出汽缸。根據結構的不同可分為側置氣門式和頂置氣門式兩大類。凸輪軸常用的材料為可鍛鑄鐵（ktz），氣門常用材料：
進氣門的溫度為300~500℃，一般採用馬氏體鋼（4cr10si2mo）；排氣門的溫度為600~800℃，一般採用奧氏體鋼（5cr21mn9ni4n），並在氣門與氣門座接觸處及氣門軸端焊接硬質合金，提高其耐磨性。
現代電單車發動機主要使用頂置氣門式配氣機構。頂置氣門式配氣機構可分為挺桿式（如cg125）和鏈條式（如cb125或c100）兩種，由於其進、排氣門均布在汽缸蓋上，與側置氣門式配氣機構相比，它具有進氣效率高、氣門調整方便等優點，現代電單車發動機凸輪軸大多布置在氣缸蓋上，使用鏈條傳動。
1．鏈條式頂置配氣機構的主要零件有：凸輪軸、氣門搖臂、搖臂軸（也有採用凸輪軸直接驅動頂柱及進排氣門的，此結構無搖臂及搖臂軸）、氣門和氣門彈簧、正時主動鏈輪、正時從動鏈輪、鏈條、張緊板、導向板、張緊器等。該系統的工作過程為：
當曲軸轉動時，正時主動鏈輪通過鏈條帶動正時從動鏈輪旋轉，從而驅動凸輪軸轉動，凸輪軸按規定的進、排氣門開閉角度，定時驅動氣門搖臂，搖臂頂開氣門，在氣門彈簧的作用下氣門關閉。其中張緊板和張緊器的作用是張緊鏈條，導向板的作用是為鏈條導向。鏈條根據發動機的結構，有套筒滾子鏈及齒形鏈。
用此結構的發動機總體布置比較緊湊，零件數目較少，配氣機構剛性好，自振頻率較高，高速性好。
2．挺桿式頂置配氣機構的主要零件有：上搖臂、氣門、氣門彈簧、挺桿、下搖臂、下搖臂軸、正式從動齒輪、正式主動齒輪等。該系統的工作過程為：
當曲軸轉動時，正時主動齒輪驅動正時從動齒輪轉動，由於正時從動齒輪上帶有凸輪，凸輪在轉動中帶動下搖臂繞著下搖臂軸往復擺動，在在擺動的過程中帶動挺桿向上下往復運動，繼而挺桿帶動上搖臂繞著上搖臂軸往復擺動。這樣氣門在上搖臂和彈簧的共同作用下定時的開氣和關閉。此結構安裝調整方便；但整個結構剛性差，保證不了高速化（中速效能好）。
四、潤滑系統
為了保證整個發動機的正常工作，其必需要有良好的潤滑系統，四衝程發動機的燃油系統和潤滑系統完全分開，大部分都採用壓力潤滑與飛測潤滑相結合的方式，機油靠曲軸箱外部的散熱片散熱。也有部分電單車發動機箱體外部連線有油冷器，如zs96。
在機油幫浦的作用下，大部分發動機採用下述潤滑方式：
潤滑油流向為：曲軸箱→濾網→機油幫浦→曲軸箱油道→→曲軸箱。其他零部件是靠飛濺潤滑的。
潤滑油的使用：大部分地區均採用15w/40或20 w/40，東北、西北地區為10w/30或5 w/30。
§2 四衝程發動機工作原理
四衝程發動機主要工作原理是每乙個工作迴圈需要完成進氣、壓縮、燃燒膨脹、排氣四個行程，其中曲軸轉動兩圈（720°），活塞在汽缸中往返移動兩次。c100/cg125發動機均為四衝程發動機，
1、 進氣衝程
活塞從上止點（活塞在汽缸位置的最高點）向下止點（活塞在汽缸位置的最低點）移動，此時進氣門開啟，排氣門關閉。隨著活塞的下行，汽缸容積增大，壓力下降，當低於大氣壓力時，經化油器霧化的新鮮可燃混合氣通過進氣門被吸入汽缸內。當活塞到達下止點時，整個汽缸內便充滿了新鮮可燃混合氣。
為了使新鮮可燃混合充分進入汽缸，進氣門總是在上止點前逐漸開啟，下止點後快速關閉。
2、 壓縮衝程
活塞由下止點向上止點移動，此時進氣門開始關閉，排氣門仍處於關閉狀態，隨著活塞上行，汽缸容積縮小，可燃混合氣受壓縮，其壓力和溫度公升高。當活塞接近上止點時，可燃混合氣受到壓縮，其壓力和溫度公升高。當活塞接近上止點時，可燃混合氣被火花塞點燃，並開始燃燒。
3、 燃燒膨脹衝程
活塞從上止點向下止點移動，此時進、排氣均關閉。在壓縮衝程終了，被燃燒的混合氣在活塞通過上止點後迅速燃燒膨脹，使燃燒室內的壓力和溫度急劇公升高而產生動力，推動活塞向下移動，推動活塞向下移動，並通過連桿帶動曲軸旋轉，發動機輸出功率。
4、 排氣衝程
飛輪（磁缸與離合器）的慣性作用使曲軸繼續轉動，帶動活塞由下止點上上止點移動，此時進氣門關閉，排氣門開啟，隨著活塞的上移，汽缸內燃燒後的廢氣不斷從排氣門排出。為了使廢氣充分排出汽缸，排氣門總是在下止點前快速開啟，上止點後逐漸關閉。排氣衝程直到活塞到達上止點前進氣門再度開啟、、上止點後排氣門關閉為止。
至此，發動機完成乙個工作迴圈。
四衝程發動機曲軸每轉動兩圈完成乙個工作迴圈，做一次功，如此迴圈，發動機便可持續運轉下去，並不斷輸出功率
§3熱機部分習題（27分）
一、填空題（22分，1分/空）
1、四衝程發動機包含進氣衝程、壓縮衝程、做功衝程、排氣衝程四個衝程。
2、發動機起動困難，一般從油路、電路、汽缸壓縮方面進行檢查。
3、cg125發動機的主要結構特點是：凸輪軸下置，凸輪軸由齒輪驅動，安裝調整方便；氣門由搖臂及推桿驅動；整個結構剛性差，保證不了高速化，但進氣效率高，中速效能好。
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