对于内燃机来说,提升热效率一直是一个难以迈过的门槛。当前最先进的民用发动机的热效率也不过才30%左右,其余的爆破能量绝大多数转化为烦人的热量。而为了让发动机保持在恒定的工作温度,以及让摩托车手的裤裆不被摧残,发动机的冷却就是一个十分必要的工序。
当前运用在摩托车发动机上主流的冷却方式,无非就是风冷、水冷和油冷三种基础分类,但对于这些时刻运转却很少被注意的结构,你有多少了解呢?
发动机的工作原理可能很多人都懂,就是把燃料爆炸所产生的热能转化为活塞上下运动的动能,再通过曲柄的圆周运动,经过飞轮、离合器、变速箱、链条等一系列传动,实现对车辆的驱动。
但前面说到了,目前的内燃机热效率最高也仅有30%左右。通俗点说,一次爆炸所产生的热能,仅有30%被用作动力转换,其他70%基本通过发热浪费掉了。这些热量不仅会让驾驶员感觉到烘烤,同时更会引起发动机缸体的热胀冷缩、加剧零件之间的磨损、降低缸体寿命,甚至缸体融化。而且也会让机油因高高温变得浓稠,丧失润滑作用。
此时就需要通过特定的手段,来让发动机保持在一定的工作温度,不让其因高温而降低工作效率。
目前被应用在摩托车发动机上的冷却方式,主要为风冷、水冷和油冷三种。
风冷又称作空冷(空气冷却)、自然冷却等,同时又分为自然风冷和强制风冷两种不同的分支。风冷的原理是借助车辆在行进时产生的迎面风,经过发动机缸头上的散热装置时带走缸体热量,起到了冷却作用。
在风冷发动机的缸头缸体部位,设置了大量金属散热片,这些散热结构往往比整个缸体还要夸张,尽可能的提升自己的表面积,来加大和迎面风的接触,以达到最佳的散热效果。
而强制风冷还会在散热片部位安装电子扇,让车辆在静止状态下也会让空气流经散热片,实现冷却目的。有些和强光LED灯珠散热器的结构类似。
风冷形式的特点是对发动机的重量、体积印象较小,对于机体空间布局等占据了有利因素,同时制造成本也更廉价。由于仅是一些金属片的相互堆积,也几乎没有故障率可言。凭借着这些特点,风冷往往被用在转速较低、成本廉价或追求扭矩的发动机上,如民用单缸125及哈雷V型双缸上。但是在高转速或者多缸发动机(如直列四缸)上就十分罕见了,不仅是因为风冷的冷却效率比较慢,同时对中间两个缸体很难产生理想的散热效果。
顾名思义,水冷是使用水(液体)作为冷却介质,用以给发动机进行降温的工作方式。
相比风冷发动机,水冷发动机需要在缸体内部设置流动管路,让发动机运转时,冷却液可以在整个机体内部流动,带走工作室产生的热量。
冷却液会在水泵的带动下,循环往复的在机体内部流动,在达到一定温度后,节流阀打开,此时水冷系统进入大循环,外部的水箱也进入到工作体系中。同时水箱的电子扇也会在达到一定温度时加入到整个冷却系统,给水箱提供额外的流动空气。
水冷系统相比风冷的优点在于,冷却液能够直接从发动机内部给机体散热降温,不管是冷却效率还是冷却面积,都是目前量产车领域最高效的。
但是水冷系统的结构复杂,对生产技术的要求自然也要苛刻不少,同时由于缸体增加了冷却管路,会对整个机体的铸造工艺要求更严格,此外机体自身的重量也会因此提升。
油冷系统并不是用冷却油进行冷却,而是直接把发动机内部的机油引出,经过专门的散热器(类似水箱)后再流回机体,起到撒热效果。
由于机油在润滑的过程中,会通过机体、活塞、曲轴中的管路抵达各个运转部位,而在这个过程中,机油也会自然而然地被机体同化变热,工程师就是利用这个与冷却液类似的工作流程,直接把油底壳中的高温机油引出机体,流经专门的机油散热器降温后,再回到润滑工作中,间接的散发了发动机的热量。
但油冷对于车辆自身的机油量要求比较高。因为进入散热器中的机油部分是不参与到润滑工作当中的,如果自身机油量比较少的话,会导致部分零件润滑不足产生磨损。此外油冷的散热器体积也不会像水箱那般夸张,道理也是为了保证内部机油的充分润滑。
相比于水冷,油冷的散热效率要略低一些,但能够有效的保证机油粘稠度,维持良好的润滑状态。但目前的油冷一般都会搭配风冷同步使用,在正常骑行状况下与水冷的散热效果不分伯仲。
对于驾驶员来说,冷却方式可能仅仅是两腿热不热的差异,习惯了哈雷和杜卡迪的烘烤之后,也并不是什么值得关注的事。但对于发动机而言,一个合适的工作温度才能爆发全部的性能。冷却的方式千变万化,但最终的宗旨都是为了维持发动机的工作温度。