汽車低溫啟動裝置測試方法的研究

付紅雷（遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部）

汽車低溫啟動裝置測試方法的研究

付紅雷（遼河油田公司質(zhì)量節(jié)能管理部）

汽車低溫啟動裝置的實施有效解決了冬季生產(chǎn)過程中特種車啟動難、升溫慢、發(fā)動機(jī)磨損等問題，但如何準(zhǔn)確地評價其節(jié)能效果是節(jié)能測試過程中的關(guān)鍵。通過對汽車與低溫啟動裝置工作原理的研究，確定了以潤滑油為切入點，用潤滑油作為被加熱介質(zhì)來計算熱量變化，進(jìn)而得出節(jié)能率，以此判定低溫啟動裝置的節(jié)能效果，為節(jié)能管理部門提供技術(shù)支持。

機(jī)動車輛 低溫啟動 測試方法 節(jié)能率

遼河油田地跨遼寧、內(nèi)蒙古兩省，屬季風(fēng)半濕潤海洋性氣候，冬季氣溫最低達(dá)到-30℃左右。油罐車、吊車、作業(yè)機(jī)等以柴油為燃料輔助油田生產(chǎn)的特種車輛，在冬季生產(chǎn)中機(jī)油動力黏度增大，流動性變差，車輛存在著啟動難、升溫慢、發(fā)動機(jī)磨損等問題。而汽車低溫啟動裝置與發(fā)動機(jī)冷卻液循環(huán)系統(tǒng)相連接，具有預(yù)熱發(fā)動機(jī)和整車燃油系統(tǒng)的功能，有效解決了特種車在冬季啟動困難、怠速升溫慢等問題，具有較好的節(jié)能效果。但如何準(zhǔn)確地評價該裝置的節(jié)能效果，為節(jié)能管理部門統(tǒng)計節(jié)能量提供依據(jù)，是節(jié)能監(jiān)測部門亟待解決的問題。

1 汽車低溫啟動裝置

汽車低溫啟動裝置（圖1）是汽車的一個附加裝置。它有一套獨立的加熱系統(tǒng)，通過車載電瓶為熱源動力，燃燒汽車自身的燃油產(chǎn)生熱量，經(jīng)由車輛冷卻系統(tǒng)傳遞熱量對發(fā)動機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，減少柴油機(jī)啟動后怠速升溫的環(huán)節(jié)；當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動后，加熱器關(guān)閉。

當(dāng)發(fā)動機(jī)停止運轉(zhuǎn)并靜置一段時間后，發(fā)動機(jī)內(nèi)部各個摩擦界面上的潤滑油將回流到發(fā)動機(jī)的油底殼中。發(fā)動機(jī)的溫度也由原來的正常工作溫度變?yōu)槌?，也就是自然溫度。在這種情況下重新啟動發(fā)動機(jī)，就叫做冷啟動。冷啟動又可分為常溫冷啟動和低溫冷啟動。

根據(jù)《汽車起動性能試驗方法》[1]標(biāo)準(zhǔn)中的要求，當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動和暖機(jī)后，汽車怠速達(dá)到正常怠速值，用最低檔能正常起步，汽車能平穩(wěn)加速，無抖動、無熄火現(xiàn)象發(fā)生，汽車達(dá)到正常運行狀況。

圖1 汽車低溫啟動裝置工作流程

2 傳統(tǒng)節(jié)能測試方法存在的問題

傳統(tǒng)的測試方法有兩種：一種方法是以冷卻液的溫度為參考基準(zhǔn)，生產(chǎn)單位要求車輛啟動正常時，冷卻液的溫度達(dá)到30℃或40℃，方可正常行駛，這時計量車輛的耗油量，以耗油量的差值來計算節(jié)油率；另一種方法同樣是以冷卻液的溫度為參考基準(zhǔn)，通過計算冷卻液的熱量變化得出有效輸出熱量單耗，從而得出節(jié)油率[2]。用以上兩種方法計算節(jié)能率時，存在以下問題。

1）冷卻液作用不同。原態(tài)工況，汽車啟動后，發(fā)動機(jī)內(nèi)冷卻液循環(huán)，帶走發(fā)動機(jī)內(nèi)的熱量，冷卻液為被加熱介質(zhì)，當(dāng)冷卻液的溫度達(dá)到30℃時，發(fā)動機(jī)缸體溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30℃；節(jié)態(tài)工況，汽車不啟動，低溫啟動裝置給冷卻液加熱，冷卻液給發(fā)動機(jī)預(yù)熱，冷卻液為加熱介質(zhì)，當(dāng)冷卻液的溫度達(dá)到30℃時，發(fā)動機(jī)缸體溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于30℃。

2）機(jī)油溫度存在差異。原態(tài)工況，汽車啟動后，機(jī)油開始對車輛進(jìn)行循環(huán)潤滑，由于油的比熱小于水的比熱，油的溫升大于防凍液，因此油溫要大于防凍液溫度30℃；節(jié)態(tài)工況，汽車停止，機(jī)油未循環(huán)，仍處在油底殼內(nèi)，防凍液僅對發(fā)動機(jī)缸體加熱，未對機(jī)油加熱，機(jī)油溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于防凍液溫度，仍是環(huán)境溫度。

3）冷卻液工藝流程不同。原態(tài)工況，汽車啟動后，發(fā)動機(jī)內(nèi)冷卻液小循環(huán)流程運行，當(dāng)溫度達(dá)到80℃以上時，節(jié)溫器打開，冷卻液大循環(huán)運行，冷卻風(fēng)扇給冷卻液降溫，現(xiàn)場錄取的水箱溫度為大循環(huán)水箱溫度；節(jié)態(tài)工況，汽車不啟動，冷卻液只在發(fā)動機(jī)內(nèi)小循環(huán)流程運行，由于汽車不啟動，節(jié)溫器未打開，冷卻液無法大循環(huán)運行，這時仍錄取水箱溫度是錯誤的。

通過現(xiàn)場的調(diào)查與分析，汽車在使用低溫啟動裝置前后，冷卻液所起到的作用是截然相反的。使用前冷卻液為被加熱介質(zhì)，發(fā)動機(jī)給冷卻液加熱；使用后冷卻液為加熱介質(zhì)，冷卻液給發(fā)動機(jī)加熱。因此，以冷卻液為參考基準(zhǔn)來評價該裝置的節(jié)能效果是錯誤的。

3 汽車低溫啟動裝置測試方法的研究

通過現(xiàn)場的調(diào)查與分析，汽車正常行駛中，其潤滑油與冷卻液的工作溫度為80～90℃，高于90℃時冷卻風(fēng)扇將會對其進(jìn)行冷卻，帶走多余的熱量。而汽車從靜止到啟動再到怠速穩(wěn)定達(dá)到正常運行狀況時，汽車的冷卻液與潤滑油均處于逐步升溫過程，未達(dá)到汽車正常運行時的溫度。因此，可以通過對冷卻液與潤滑油在啟動過程中熱量的變化，來間接計算低溫啟動裝置的節(jié)能效果。

3.1 以潤滑油為參考基準(zhǔn)計算節(jié)能率

鑒于使用低溫啟動裝置前后兩種過程中冷卻液加熱角色的不同，排除了用冷卻液作為加熱介質(zhì)來計算低溫啟動裝置的節(jié)能效果；而在啟動裝置前后，汽車達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，潤滑油成了共同的被加熱介質(zhì)，通過計算潤滑油的有效熱量單耗，來得出該裝置的節(jié)能率[3]。

由于汽車的工作原理是通過燃燒燃料來產(chǎn)生動力，因此可以將汽車的發(fā)動機(jī)近似看作1臺加熱爐，而潤滑油作為被加熱介質(zhì)。根據(jù)SY/T 6422—2008《石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定》[4]中加熱爐節(jié)能產(chǎn)品的計算方法，通過計算潤滑油的有效輸出熱量單耗，得出低溫啟動裝置的節(jié)能率。

被加熱介質(zhì)（潤滑油）的有效輸出熱量：

式中：

Q——潤滑油的有效輸出熱量，kJ/h；

c——潤滑油的比熱容，kJ/(kg·℃)；

m——潤滑油的質(zhì)量，kg/h；

Δt——機(jī)油的溫升，℃。

燃料油供入熱量：

式中：

Q′——燃料油供入熱量，kJ/h；

Qnet，var——燃料油熱值，kJ/kg；

D——燃料消耗量，kg/h。

被加熱介質(zhì)的有效輸出熱量單耗：

式中：

B——有效輸出熱量單耗。

節(jié)能率：

式中：

§——節(jié)能率，%；

B1——原態(tài)工況的有效熱量單耗；

B2——節(jié)態(tài)工況的有效熱量單耗。

3.2 測試過程

由于車輛在怠速啟動過程中，車輛的怠速穩(wěn)定需要人為判定，因此，如何準(zhǔn)確地把握汽車的終止?fàn)顟B(tài)，即潤滑油的結(jié)束溫度是整個測試過程的重點。

1）在測試前，車輛要處于冷啟動狀態(tài)（即車輛不發(fā)動，發(fā)動機(jī)缸體、冷卻液、潤滑油溫度與環(huán)境溫度相同）。

2）原態(tài)工況（不使用低溫啟動裝置的狀況），首先記錄車輛潤滑油起始溫度，然后啟動車輛，潤滑系統(tǒng)正常運行，觀察車輛怠速表。當(dāng)車輛怠速達(dá)到正常怠速值時，并且車輛無抖動、熄火現(xiàn)象時，記錄機(jī)油結(jié)束溫度，最后車輛熄火記錄燃油消耗量。

3） 節(jié)態(tài)工況（使用低溫啟動裝置的狀況），首先記錄車輛機(jī)油起始溫度，然后啟動低溫啟動裝置。當(dāng)預(yù)熱完成后，啟動車輛，機(jī)油潤滑系統(tǒng)正常運行；當(dāng)潤滑油溫度達(dá)到原態(tài)工況的結(jié)束溫度時，記錄機(jī)油結(jié)束溫度，最后車輛熄火記錄燃油消耗量。

4） 對燃料油進(jìn)行取樣，進(jìn)行熱值分析。

4 結(jié)論

1）通過對汽車與低溫啟動裝置工作原理探討與研究，確定了加熱模型，把汽車的發(fā)動機(jī)模擬為加熱爐，進(jìn)而計算該過程的加熱效果。

2）對比冷卻液與潤滑油的工作原理，確定以潤滑油為切入點，以此作為被加熱介質(zhì)來計算熱量變化。

3）通過計算被加熱介質(zhì)的有效輸出熱量單耗，得出節(jié)能率，以此判定低溫啟動裝置的節(jié)能效果，為節(jié)能管理部門提供技術(shù)支持。

[1]朱鑫.GB/T 12535—2007汽車起動性能試驗方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[2]袁得芳,師成燦,岳龍.柴油機(jī)低溫預(yù)熱啟動裝置節(jié)能效益評價[J].石油石化節(jié)能,2013,3(12):23-24．

[3]付紅雷.熱泵技術(shù)節(jié)能測試方法的研究[J].石油石化節(jié)能,2013,3(9):5-7．

[4]鄭剛銳.SY/T 6422—2008石油企業(yè)節(jié)能產(chǎn)品節(jié)能效果測定[S].北京:石油工業(yè)出版社,2008.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.005

2014-09-29）

付紅雷，工程師，1996年畢業(yè)于大連輕工業(yè)學(xué)院，從事節(jié)能監(jiān)測工作，E-mail：fuhongl76@163.com，地址：遼寧省盤錦市興隆臺區(qū)遼河油田質(zhì)量節(jié)能部，124010。