CUV柴油發(fā)動機冷起動研究

摘 要：冷起動性能是柴油發(fā)動機的一個重要指標(biāo)，文章闡述了對CUV柴油發(fā)動機、起動機、蓄電池、預(yù)熱塞如何科學(xué)合理的匹配；表明了針對起動機和蓄電池的核算方法；通過試驗驗證，證明文章中的方法完全正確。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機；起動機；蓄電池；系統(tǒng)匹配

引言

對于一般柴油機而言，不進行專項的冷起動匹配，在（0～-5）℃還可以順利起動，但在更低的環(huán)境溫度下起動就非常困難。我們國家北方冬天的氣溫大部分地區(qū)都能達(dá)到-20℃以下。文章以一個CUV車型1.5L渦輪增壓柴油發(fā)動機的冷起動性能匹配研究為例，詮釋如何使柴油發(fā)動機滿足-30℃冷起動要求。

1 起動機的確定[1]

1.1 起動機的功率選定

1.1.1 起動機的功率選定方法一

P起=C×L×n÷9550÷η

=75×1.5×150÷9550÷0.9

≈2.0 kW

P起-起動機的功率；C-比例系數(shù)，柴油機?。?0～75），是個經(jīng)驗值。L-發(fā)動機排量2.0L；n-發(fā)動機能自行運轉(zhuǎn)著火的轉(zhuǎn)速，此發(fā)動機為150r/min；η-傳遞效率（0.85～0.95），此式取0.9。

1.1.2 起動機的功率選定方法二

此方法為類比法。根據(jù)GB/T 12535要求，起動機的轉(zhuǎn)矩M必須大于發(fā)動機的阻力矩。

已知發(fā)動機的平均阻力矩為：

MC=0.39V[ε+6■+KM（1+■）■]

MC-發(fā)動機平均阻力矩，N·m；V-發(fā)動機排量，L；ε-壓縮比；δ-曲軸旋轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)；KM-常數(shù)，柴油機=2.8；V-發(fā)動機機油的運動粘度， cm2/s；N-在穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下曲軸的平均轉(zhuǎn)速，r/min。

此款柴油機的排量是1.5L，已知公司內(nèi)某款2.0L柴油發(fā)動機的-30℃時的起動阻力矩是82 N·m。理論上除排量外其余參數(shù)可默認(rèn)相同。所以：

150-發(fā)動機最低起動轉(zhuǎn)速，r/min；

12.7-起動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速比，后面會詳解此參數(shù)；

60-1分鐘=60s。

1.2 起動機的傳動比選定

實踐證明，-30℃時要使柴油機順利起動，缸體內(nèi)的壓縮溫度必須足夠高。起動時氣缸內(nèi)的壓力到達(dá)（1.5～2.5）MPa，燃燒室內(nèi)溫度大約在（200～210）℃。實際上由試驗可知，氣缸內(nèi)的最低著火溫度應(yīng)該在（340～350）℃（注：有預(yù)熱塞的發(fā)動），見圖1。所以起動機最大功率點的轉(zhuǎn)速，應(yīng)該大于的不是使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速超過150 r/min的轉(zhuǎn)速，而是要使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速超過250 r/min。一般情況下起動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速比為11～14，此起動機為12.7。也就是起動機最大功率點的轉(zhuǎn)速應(yīng)>3175r/min（250 r/min *12.7）。

1.3 所選起動機的特性曲線圖

選擇一款符合上述基本要求的起動機，其特性曲線圖如圖2所示。

圖2 特征曲線圖

2 蓄電池容量確定[1]

2.1 蓄電池功能及選用原則

蓄電池的主要功能是向起動機提供大電流，此款發(fā)動機的起動機的功率是2.0 kW。選用的蓄電池低溫放電電流，應(yīng)該大于起動機低溫起動電流，并且其端電壓在放電期間的前（15～30）s時間內(nèi)穩(wěn)定。

2.2 蓄電池容量選擇

2.2.1 20h放電率（C20）的蓄電池容量計算：

C20=U*K*R（-30℃）

=12*0.04/0.0053

≈90.5Ah（選用20h放電率為90Ah的蓄電池，且蓄電池必須滿足SAE/ISO規(guī)格）

K-系數(shù)值，0.04。系數(shù)K也體現(xiàn)了蓄電池制造水平。

R（-30℃）--環(huán)境溫度-30℃時，蓄電池的內(nèi)阻。

2.2.2 20h放電率結(jié)果校核

C20=（510～610）*P蓄/12

=（85～102）Ah（選用的此款蓄電池，90Ah的20h放電率在校核結(jié)果區(qū)間內(nèi)，合格）

P蓄 -此款發(fā)動機的起動機的功率是2.0 kW。

3 輔助預(yù)熱

試驗表明，在低溫起動時，由于燃料霧化情況極差，柴油在燃燒室的壁面上形成油膜，靠油膜的蒸發(fā)形成混合氣。因此低于-18℃的環(huán)境使用的發(fā)動機必須增加預(yù)熱裝置，本機所匹配的預(yù)熱塞可以在5s內(nèi)達(dá)到960℃。其安裝在氣缸蓋上，冷起動時對燃燒室內(nèi)的混合氣加熱（見圖3）。

4 試驗驗證

后來，產(chǎn)品實現(xiàn)后對整車進行-30℃冷起動試驗時，得到了如下試驗結(jié)果（見表1），表明使用此方法為柴油發(fā)動機進行冷起動匹配完全正確。

5 結(jié)束語

文章對柴油發(fā)動機的起動機、和蓄電池和預(yù)熱塞之間的匹配技術(shù)和方法，進行了詳細(xì)的闡述和分析，并使用試驗手段加以求證。表明使用此方法為柴油機進行冷起動系統(tǒng)匹配完全正確。

參考文獻

[1]汽車工程手冊編寫組.汽車工程手冊（設(shè)計篇）[M].機械工業(yè)出版社，2001.