摩托车发动机热管理对机油消耗的研究

摘 要：摩托车是最常用的交通工具之一，其引擎的工作特性与稳定性直接影响到整车的综合性能。内燃机在运转时会产生大量的热能，对其进行有效的热管理，不但关系到整车的工作性能，也关系到机油的消耗量，随着摩托车性能的不断提高，对发动机热管理的要求也越来越高，摩托车发动机在高温条件下，机油消耗量增大，会影响发动机的稳定性和使用寿命，因此发动机热管理对发动机油耗的影响成为摩托车生产厂家与用户共同关心的问题。

关键词：摩托车 发动机热管理 机油消耗

摩托车发动机在使用过程中，由于高温、高压的工作环境，导致各零部件温度迅速升高，为了使发动机保持在合适的工作温度范围内，生产厂家对发动机进行了一系列的设计与技术措施，包括冷却系统，管道设计等。这些热管理系统设计是否合理，将直接影响到发动机散热效果及温控能力，进而影响机油消耗量。发动机机油具有润滑、冷却和清洗等功能，但是在高温环境中，机油的性能会发生变化，极易发生氧化、挥发等现象，造成机油油耗的增加。当机油消耗量过大时，不仅增加了使用成本，而且降低了工作效率，甚至降低了发动机的稳定性和使用寿命。因此如何有效地控制燃油消耗，提高发动机运行效率，是摩托车生产厂家与用户共同面对的课题。

1 摩托车发动机热高效管理的重要性

1.1 提高降温效果

摩托车发动机在高速运转过程中会产生大量的热量，如得不到有效的散热和冷却，将导致发动机过热。发动机过热不仅降低了功率输出，而且降低了燃烧效率，严重时还会引起发动机故障。因此通过增加散热面积和设计良好的导风结构，可有效提高冷却效果，使发动机处于合适的工作温度区间，保证发动机正常工作。

1.2 降低汽缸热变形

摩托车发动机工作在高温环境中，缸内热膨胀引起缸内变形，影响缸内密封性能及运动精度。气缸的热变形不仅降低了发动机的效率，而且加速了零件的磨损，缩短了其使用寿命。因此通过优化气缸材料、强化气缸冷却系统等措施，可有效地减少气缸热变形，从而提高发动机的可靠性与稳定性。

1.3 减少机油消耗量

发动机长期处于高温环境中，机油的蒸发、氧化、挥发等都会使机油迅速消耗。如果机油消耗量过大，将使机油润滑性能降低，使各零部件的磨损增大，严重时甚至引起发动机故障。因此通过对发动机的散热系统进行优化，提高发动机的热效率，就能有效地降低机油的消耗量，延长换油周期，减少维修费用，从而提高发动机的可靠性和使用寿命。

1.4 缩短机油点检周期

定期检查、更换机油是保证发动机正常运转的重要手段，然而在高温工况下，发动机机油极易发生氧化污染，导致机油性能下降，从而影响发动机的正常运转。如果使用时间过长，则会使发动机零部件过度磨损，严重时甚至引起严重故障。因此提高发动机的散热效率，优化机油循环系统，可有效地缩短点检周期，维持发动机的稳定性，提高发动机的可靠性与耐久性。

1.5 维持动力、消耗性能和排放标准

发动机需要在较高的温度下更高效地运转，更大的功率输出和更快的反应速度，如果发动机温度过高或者过低，都会影响发动机的工作性能，严重时还会引起发动机性能的下降，从而影响骑乘体验。发动机温度还会影响摩托车的排放，高温易造成燃烧不完全，产生有害气体，对环境及人体健康产生不利影响，因此对摩托车发动机进行科学、合理的热管理，可使发动机处于良好的工作状态，保持其功率、油耗及排放指标，达到安全、高效、环保的目的。

2 热管理不良对机油消耗的影响

2.1 提高发动机温度

发动机长期工作在高温环境中，机油内分子的热运动增加，分子间的相互作用减弱，导致机油分子之间的阻力减小，从而使机油的粘度降低，不能有效地润滑各零件。随着温度的升高，机油的氧化，挥发，消耗也越来越快，导致发动机需要更多的机油。

2.2 增加摩擦和磨损

不佳的热管理也增加了发动机内部零件间的摩擦力与磨损，从而增加了机油的消耗量。在高温环境中，各零件间的摩擦力增大，使零件表面磨损加剧，如果机油不能对这些零件进行有效的润滑，那么摩擦就会变得更加明显，从而加快发动机零部件的磨损速度，从而增加油耗。

2.3 降低机油粘度

当发动机处于较高的温度时，润滑油的粘度就会降低，机油粘度指的是机油在高温条件下的流动性及润滑性，若粘度过低，则机油不能对发动机各零件起到有效润滑作用，导致机油消耗量增大。所以如果不能很好地控制热，就会导致机油粘度的下降，从而加剧机油的消耗量。

2.4 导致机油氧化

在高温条件下，发动机机油在高温下发生氧化，改变其化学成分，使其失去润滑性能。机油氧化会使机油变质，失去润滑作用，加快发动机内零部件的磨损，使油耗增加[1]。因此如果热管理不好，就会加剧机油的氧化，从而缩短机油的使用寿命，增加换油次数。

2.5 加速机油的挥发和流失

当发动机处于过热状态时，机油中挥发性物质会迅速挥发，从而使油量降低，挥发性物质是发动机机油中的挥发性成分，它的挥发会降低发动机机油浓度，降低润滑油的润滑效果。同时环境温度过高还会使机油损失加剧，短时间内机油消耗量增加。

2.6 影响机油的润滑性能

在发动机运转过程中，润滑油起到了润滑、冷却、清洗、密封等作用，保证了发动机各个部件的正常工作。但是在过热的情况下，机油粘度下降，润滑性能下降。造成摩擦增加，磨损加剧，严重时甚至会造成发动机的损坏。

3 风冷发动机的冷却系统

风冷发动机的冷却系统包括风扇、风扇罩、导风罩、气缸头及气缸上的散热片等部件，它们协同工作，保证发动机正常工作温度，提升发动机性能与使用寿命。风扇罩的主要功能是将外界气流引导到发动机内部，从而提高发动机的散热效率，一般情况下，风扇罩的设计应具有良好的空气动力学性能，能有效引导气流在发动机周围流动，形成所需的冷却气流。导风罩一般安装在引擎周围，将气缸头和气缸包围起来，通过从风扇罩引导进来的冷却风对气缸头和气缸强制冷却。在发动机运行过程中，通过对导风罩形状及位置的合理设计，可有效提高冷却效率，降低发动机运行时的温升。另外导风罩对发动机具有保护、隔离作用，防止外界杂物进入发动机内部，保证发动机的正常运转。设置再在气缸头和气缸上的散热片，具有增加散热面积和增加散热效率的功能。增加散热片数量及密度，可有效改善发动机冷却效果，降低工作温度。

4 摩托车发动机热高效管理的方法

4.1 冷却系统优化，降低机油、高热部件的温度

传统的风扇设计存在进气量不足、发动机散热不及时等问题，为解决这个问题，工程人员可设计一种新的冷却风扇，以增加进气量，通过对叶片形状及数量的优化，调节叶片倾角与长度，可有效提高进气效率，保证发动机获得充足的冷却空气量。除增加进气量外，对风扇罩及导风罩的优化也是提高冷却效果的重要因素。风扇罩与导风罩的设计，直接关系到冷气的利用率，优化风扇罩与导风罩的外形、材料及结构，可改善气流特性，降低散热损失，提高散热效果[2]。例如，对风扇罩内部结构进行合理设计，提高其与发动机的密封性能，可有效改善其冷却效果。在此基础上，通过优化导风罩的出气口位置及形状，提高冷却空气利用效率，保证冷却空气能完全覆盖发动机高温部件，降低其温升。还可通过其他一些具体措施，对冷却系统进行优化，以降低机油及高温零件的温度。例如，优化冷却介质循环系统，改善冷却效果。综合运用以上几种方法，可有效降低发动机工作温度，延长其使用寿命，改善其性能（冷却系统优化如图1所示）。

4.2 气缸头通风道结构优化，降低缸头温度

在传统铸造技术中，通风道常采用金属芯部构成空腔结构，但金属芯部导热系数高，极易引起缸头温度过高[3]。相比较而言，砂芯成型采用砂型模具，能较好的隔绝导热，降低对缸头温度的影响。通过对砂芯设计及材料选择的优化，可有效提高排气道的散热效果，降低发动机工作温度。在风道内加装导风装置，可改善气流流速及方向性，加速散热，导风设计可通过优化排风道布局及外形，使气流能更好的冲刷缸头表面，并将过多的热量带走，同时合理设计风道的布置位置及数量，可避免气流的堵塞与交叉，使风道达到最大的散热效果。也可从结构、材料等方面进一步降低缸头温度，例如，采用导热系数高、耐高温的材料制作通风道，可提高散热效率，降低热积累[4]。通过对通风道内部结构进行优化，如加装散热片和调整通风道截面形状等，可有效降低缸头温度，延长发动机寿命（气缸头通风道示意图如图2所示）。

4.3 气门座圈材质优化、降低汽缸热变形，减少上下窜的机油量

为了提高气门座圈的性能，可考虑将其材料改成粉末冶金，具有很好的耐热、耐磨性能，比传统材料更耐用、更可靠。用粉末冶金制作的气门座圈，能有效地减少磨损量，延长其使用寿命，提高其可靠性与稳定性，此外粉末冶金还能更好的适应高温工况，有效降低气门座圈在高温环境中的变形与损伤，进一步提高发动机性能与可靠性[5]。气门座圈材料的优化是减少下窜机油的关键，如果气门座圈材料不好或者有损伤，机油就会从气门座圈下窜到燃烧室，引起排放升高等问题。因此采用耐磨耐高温的气门座圈材料，能够有效地降低机油下窜现象，从而改善发动机的燃烧效果，提高发动机的稳定性。

缸套和活塞间的间隙是机油上窜的主要途径，如果缸套中活塞的运动状态不稳或者气缸壁磨损过大，机油就会沿着活塞与气缸壁之间的间隙向上窜到燃烧室，导致发动机烧机油，引起排放升高。所以保证缸套表面平整，活塞与缸套的配合精度，是降低机油上窜、提升内燃机工作效率及可靠性的关键。

4.4 ECU程式优化，加大引擎温度保护区间

通过对点火提前角进行优化，可提高发动机热效率，其中点火提前角是活塞到达顶点前点火所处位置，合理调节点火提前角可提高发动机燃烧效率，减少发动机热损耗，降低尾气排放，通过对点火提前角的优化，可使发动机在较高的温度下更稳定、更有效地工作。ECU程序优化也可通过调节喷油量来提高发动机热效率，燃油喷注量的大小直接影响发动机在燃烧过程中所释放出的热量及功率，合理控制燃油喷注量可使发动机在高温环境下更高效、更节能。通过对喷油量的优化，可使发动机在较高温度下的燃烧温度降低，并降低燃烧过程中产生的热量，达到防止发动机过热破坏的目的。ECU程序优化也可通过调节冷却系统的控制参数，使发动机温度保持在合适的范围内，从而扩大发动机温度区间，合理调节冷却系统的控制参数，可提高冷却效率，扩大发动机温域范围，保证发动机在较高温度环境下仍能保持较高的稳定性。ECU程序优化也能通过优化排气系统设计、调整气缸压缩比等参数，进一步提高发动机热效率[6]。

5 结束语

在实际应用过程中，发动机热管理对机油消耗的影响也是非常明显的，发动机温度升高会加速机油的氧化降解，降低机油的润滑性，增大摩擦损失，增加机油消耗，由于发动机温度过高，机油挥发加剧，导致发动机机油量下降。通过对发动机热管理系统进行优化，能够有效地减少机油的消耗量，延长发动机的使用寿命，提升摩托车的综合性能。只有不断地进行技术创新，提高用户意识，才能从根本上解决摩托车发动机热管理所产生的机油消耗问题，为我国摩托车工业的持续发展打下坚实的基础。

参考文献：

[1]方云飞.收藏家的瑰宝诺顿双转子发动机摩托车[J].摩托车，2023（11）：68-75.

[2]阮天林.浅谈机油异常消耗与检修要点（2）[J].摩托车技术，2022（05）：57-64.

[3]林树军.基于骑手热舒适性的摩托车流动传热分析[D].杭州：浙江大学，2022.

[4]林俊发.摩托车发动机机油消耗分析与改进[J].内燃机与配件，2021（13）：32-33.

[5]于克洋.发动机热管理控制策略及其测控装置的研究[D].天津：天津工业大学，2021.

[6]谭礼斌，袁越锦，黄灿，余千英.基于CFD的摩托车整车热管理数值模拟及分析[J].广西大学学报（自然科学版），2020，45（05）：1083-1090.