本文章为作者对油冷系统改装前用到的各种资料和作者本人的一些研究和理解,其中包含对发动机冷却系统的分析、油冷系统的作用以及展示已有的一些设计。
发动机的运行会因为各种原因产生热量,主要来源有几个方面:活塞和缸壁的摩擦、混合气压缩时产生的热量、燃烧室吸收燃气做功的热量以及缸头吸收排气时的热量。可以看出发动机主要热源都聚集在缸体和缸头部分,而发动机冷却系统也都围绕这几部分设计。冷却系统主要分两类,水冷和风冷,其中各自细分又有很多类型,水冷有常压、加压、沸腾式等,风冷则有主动、被动风冷等,油冷也包含其中,因为机油本身是发动机运行必须的材料,并非专用于冷却的介质。因为水冷系统其实也是可以配备油冷的——部分大功率车型附带水冷的机油换热器,由此我们可以认为单纯的风冷式油冷应归类于风冷。从散热效率上看,水冷效率远大于风冷,因为通过储热能力强大的冷却水流过缸体吸收热量,然后进入散热面积巨大的散热器中冷却,远比风冷机的散热鳍片要强。
油冷系统的种类
上文提到,冷却系统主要作用在缸头缸体等主要发热的区域上,如风冷机在缸头缸体上的散热鳍片,水冷机有着环绕缸体的水道。但是油冷大多单纯冷却机油,并没有对缸头进行辅助换热的设计——虽然缸体缸头有油道穿过,但是那点细小的油道和供油量根本达不到有效的换热。铃木的极客飒250是个例外,有着环绕缸头的油道设计,而且缸体没有散热鳍片,主要依靠机油进行散热,是真正意义上的油冷发动机,但是这是铃木推出的新技术,市售车仅此独苗,没有其他车型应用这个技术,这也是因为油的比热容较低,不能达到像水冷那样的效率,这种设计多少有点吃力不讨好。
铃木极客飒油冷发动机,使用机油环绕专门设计的缸头油道进行冷却,缸体外观上没有散热鳍片的设计。
一般风冷发动机的油冷则是在普通风冷机的基础上把机油送进散热器进行散热后再输入油道,沿着发动机原本的润滑油道继续运行,如果发动机排量较小,机油流量也比较小,所以实际散热效果是有限的。市面上配备这类油冷器的车主要是一些250级别及以上的风冷发动机车型,如天剑王以及一些越野车,载重三轮车一般也标配油冷器。
油温的影响
油冷器本身很难起到有效降低发动机温度的作用,只能辅助发动机散热,这也是机油本身性能决定了的。但是从控制机油温度的方面出发,还是有其意义。如果机油温度过高,可能导致失去润滑的功能,零件会异常磨损。跨骑摩托车机油的用处很广泛,不但要润滑缸头和曲轴,还需负责润滑变速齿轮、离合器等大量额外零件。对比踏板车使用的齿轮油,其粘度达到80w90,有些号称运动型的齿轮油高温粘度甚至达到140,而机油的运动粘度要低得多,只有10w40,所以机油用在变速齿轮上效果不如正经的齿轮油;同时跨骑车的机油还要冷却和保护离合器,离合器产生的磨屑也会污染机油。同样的机油,要在发动机里润滑对性能需求差别较大的几类零件,控制油温就变得很重要。可能有人会说油温太低对发动机不好,其实我们不需要太担心机油温度不够的问题,如果发动机缸体已经达到一定温度,机油在接触到零件表面时会很快被加热,足以达到预期的温度。
图表来源网络,可以看出机油在超过60度时相比30度时粘度已经急剧下降,此时机油已经具备足够性能。
铃木GS机型发动机及油道结构
这里就需要大量上图才能解释了。机油积存在发动机底部,随着发动机启动,机油泵开始工作,机油经过滤网后被吸进机油泵,通过油道输送至机滤室,机油被机滤过滤后进入发动机内部。如果机滤使用过久产生堵塞,机油则会在达到一定油压后从机滤顶部的旁通阀穿过机滤。机油进入发动机润滑油道后分三路输送,最近的一路就是送往曲轴,机油从曲轴内部的油道进入曲轴轴承润滑,并沿着曲柄销和连杆的孔隙喷出,随着曲轴旋转将机油喷向缸壁及活塞底部进行润滑,这也是所谓的压力飞溅式润滑;另一路油道沿着发动机箱体输送至主副轴,机油流经主副轴内部的油路,从轴体上的喷油孔喷出,润滑档位齿轮以及离合器;还有一路相对特殊,油道设在发动机缸体螺丝孔内,机油顺着螺丝孔内壁穿过缸体进入缸头,对凸轮轴和摇臂进行润滑,而铃木设计的凸轮轴是没有加装轴承,轴体直接和缸头接触,比起使用滚珠轴承的机型更加依赖机油来润滑,所以对铃木GS机型来说供油量和油压是非常重要的指标。
铃木GS机型内部结构
铃木GS机型油路结构
GN250油路结构,更多视角可供参考
离合器侧边盖结构及油路走向
铃木EN3发动机的润滑结构在此基础上有一点不同,那就是曲轴箱上专门设有对活塞底部喷油的喷油孔,大幅增加活塞接触机油的量,比依靠曲轴甩油进行飞溅润滑的效率更高,如果加装油冷就能更高效的对缸体进行冷却。
铃木GS机型原厂油冷系统
在铃木原厂就带油冷器的发动机上,机油是从机油压力检查口处出油,流经油冷器冷却以后从机滤室侧面回油。原厂这样设计是有其合理性的,冷却后的机油从油道进入发动机各部件,避免油温过高导致润滑失效,这也是大部分小排量油冷机器的主要油冷结构。
铃木原厂设计的油冷系统,从机油压力检查孔出油,再从机滤室侧面回油。
下一期将分享作者自己对油冷系统的改装操作,敬请期待。