某發(fā)動(dòng)機(jī)熱啟動(dòng)困難問(wèn)題分析

劉光明，劉永亮，肖　薇，沈振華

（1.北汽福田汽車(chē)股份有限公司，北京　102206；2.上海聯(lián)合汽車(chē)電子有限公司，上?！?00000）

Liu Guangming1，Liu Yongliang1，Xiao Wei1，Shen Zhenhua2

?

某發(fā)動(dòng)機(jī)熱啟動(dòng)困難問(wèn)題分析

劉光明1，劉永亮1，肖薇1，沈振華2

（1.北汽福田汽車(chē)股份有限公司，北京102206；2.上海聯(lián)合汽車(chē)電子有限公司，上海200000）

Liu Guangming1，Liu Yongliang1，Xiao Wei1，Shen Zhenhua2

摘要：文中針對(duì)搭載某款汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛在市場(chǎng)上出現(xiàn)熱啟動(dòng)困難問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查和分析，對(duì)影響此發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難的幾個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比分析，最終鎖定產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因，并通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定策略的調(diào)整，解決搭載該款發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)輛的熱啟動(dòng)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī)；熱啟動(dòng)；因素；分析；測(cè)試

0　引　言

搭載某款汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的車(chē)輛偶發(fā)啟動(dòng)不良，且故障均發(fā)生在熱啟動(dòng)[1]情況下，冷啟動(dòng)情況下基本不發(fā)生。故障現(xiàn)象為：開(kāi)車(chē)一段時(shí)間后（發(fā)動(dòng)機(jī)水溫達(dá)到80℃以上），在一地點(diǎn)熄火后停留一段時(shí)間（一般10～50min不等），再進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，一般情況下一次打火不能順利啟動(dòng)。維修站等通過(guò)更換燃油泵、調(diào)節(jié)器、管路以及前艙線束等多種方式進(jìn)行嘗試性排查，但故障仍未消除。

1　原因分析

根據(jù)問(wèn)題的描述，初步判定為發(fā)動(dòng)機(jī)溫度或靜置后的停放時(shí)間對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的直接關(guān)聯(lián)因素產(chǎn)生了影響。

通過(guò)對(duì)圖1中列出因素中的啟動(dòng)機(jī)和啟動(dòng)時(shí)的電池電壓進(jìn)行測(cè)試，更換新的點(diǎn)火線圈、火花塞和高壓接桿，斷開(kāi)曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)和進(jìn)氣系統(tǒng)的連接等的排除，故障依然存在。因此著重對(duì)圖1中的其他關(guān)聯(lián)因素進(jìn)行分析排查。

圖1　關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及因素

1.1缸壓

發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓直接決定著壓縮終了時(shí)混合氣溫度，對(duì)混合氣的點(diǎn)燃和燃燒有著重要影響，在壓縮比一定時(shí)，缸壓的大小主要取決于氣缸的密封性[2]。各缸換裝爆壓火花塞，監(jiān)測(cè)各缸爆壓。在故障易復(fù)現(xiàn)的相同溫度點(diǎn)附近，連續(xù)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)3～5s，測(cè)量4種不同（失效）模式下的缸內(nèi)壓力，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。根據(jù)前期啟動(dòng)標(biāo)定數(shù)據(jù)，此款發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比為10，缸壓需在1100kPa以上比較容易啟動(dòng)，由表1可知，發(fā)動(dòng)機(jī)熱啟動(dòng)困難時(shí)，缸壓正常。

表1　4種不同模式下的缸壓kPa

1.2供油系統(tǒng)壓力

燃油供給系統(tǒng)配置的可燃混合氣，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮終了點(diǎn)火燃燒起到關(guān)鍵作用。因此需著重對(duì)燃油系統(tǒng)的保壓能力和對(duì)噴油器前的油軌處壓力進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，防止車(chē)輛停放一段時(shí)間后因供油系統(tǒng)壓力泄漏造成啟動(dòng)困難。

1）燃油系統(tǒng)管路保壓能力測(cè)試

為了排除燃油系統(tǒng)上的個(gè)別零部件失效造成熱啟動(dòng)問(wèn)題，對(duì)故障車(chē)上的燃油泵進(jìn)行測(cè)試，燃油泵低壓?jiǎn)?dòng)性能、保壓性能均符合要求。同時(shí)為了排除燃油系統(tǒng)上的管路密封不嚴(yán)，在調(diào)壓閥和汽油濾清器之間串聯(lián)上燃油壓力表，對(duì)進(jìn)油軌前的燃油系統(tǒng)部分保壓能力進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)剛熄火瞬間的壓力為320kPa，20min后的壓力為270kPa。此測(cè)試結(jié)果顯示，燃油系統(tǒng)的保壓符合20min保持80％的壓力這一燃油系統(tǒng)保壓要求。

2）油軌處壓力

在油軌進(jìn)口處安裝精密壓力傳感器，在相同的溫度點(diǎn)附近（故障易復(fù)現(xiàn)的溫度點(diǎn)），保持相同的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，測(cè)量3種模式下的油軌壓力。

圖2中（c）與（a）、（b）曲線對(duì)比可以看出，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)的故障發(fā)生時(shí)，軌壓數(shù)據(jù)值在正常范圍內(nèi)，無(wú)異常；油軌壓力出現(xiàn)和轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的壓力脈動(dòng)次數(shù)，證明噴油器有開(kāi)啟；對(duì)于啟動(dòng)直接相關(guān)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速[2]240r/min也處于合理范圍。此外，若燃油系統(tǒng)保壓出現(xiàn)問(wèn)題，冷啟動(dòng)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)停放的時(shí)間更長(zhǎng)，冷啟動(dòng)的啟動(dòng)困難會(huì)更明顯，這進(jìn)一步說(shuō)明車(chē)輛熱啟動(dòng)困難與燃油供給系統(tǒng)關(guān)聯(lián)不大。

圖2　3種不同模式下的油軌壓力變化

1.3電控信號(hào)

在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)相關(guān)信號(hào)的綜合判斷和計(jì)算，確定噴油器的開(kāi)啟和持續(xù)時(shí)間[3]。其中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和凸輪軸傳感器用于監(jiān)測(cè)曲軸和凸輪軸的瞬態(tài)位置，以滿(mǎn)足ECU決定點(diǎn)火、噴射的定時(shí)和脈寬需要[4]。因此對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)（曲軸轉(zhuǎn)速）、凸輪軸及噴油時(shí)刻等進(jìn)行采集和分析。

從圖3可以看出，啟動(dòng)困難時(shí)，ES1000設(shè)備實(shí)測(cè)凸輪軸信號(hào)輪下降沿：105，285，465，645；其理論的凸輪軸信號(hào)輪下降沿：106，285，466，645；進(jìn)氣相位由于裝配誤差允許偏差±1.5，因此，以上的實(shí)測(cè)值符合理論值。

圖3　凸輪軸信號(hào)PG、轉(zhuǎn)速信號(hào)DG、噴油信號(hào)EV1

噴油相位理論350，實(shí)測(cè)354，啟動(dòng)階段允許噴油相位偏差±10，因此，噴油時(shí)刻也正確。同時(shí)從圖4的對(duì)比可以看出，啟動(dòng)困難時(shí)的點(diǎn)火角和正常啟動(dòng)時(shí)相同，點(diǎn)火時(shí)刻正確。

圖4　不同情況下的點(diǎn)火時(shí)刻

1.4混合氣

基于以上分析和排查，排除上述零部件及系統(tǒng)等的問(wèn)題，目前焦點(diǎn)主要集中在混合氣方面。在進(jìn)氣歧管穩(wěn)壓腔安裝LA4（寬氧傳感器），分別在相同的溫度點(diǎn)72℃條件下進(jìn)行啟動(dòng)測(cè)試，保持相同的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，測(cè)量空燃比在熱啟動(dòng)困難和正常啟動(dòng)過(guò)程的變化，如圖5所示。

圖5　不同模式下的啟動(dòng)過(guò)程

由圖5（a）可知，熱啟動(dòng)困難時(shí)間為4.6s，啟動(dòng)前空燃比為7，而在長(zhǎng)達(dá)3.5s時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)速一直保持200r/min左右。之后空燃比隨轉(zhuǎn)速也下降至3.5左右，且兩者進(jìn)行同步波動(dòng)，直至啟動(dòng)成功，空燃比才向2平緩過(guò)渡。圖5（b）正常啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)時(shí)間0.7s，啟動(dòng)前空燃比為32，空燃比在拖動(dòng)過(guò)程中迅速下降并向2過(guò)渡。

可以看出由于啟動(dòng)前空燃比的不同造成啟動(dòng)過(guò)程中波動(dòng)變化差異較大，而啟動(dòng)之前的空燃比表征了新鮮空氣的含量，空燃比越小說(shuō)明啟動(dòng)前的新鮮空氣越少，而廢氣越多。

為進(jìn)一步對(duì)啟動(dòng)前空燃比對(duì)啟動(dòng)的影響進(jìn)行確認(rèn)驗(yàn)證，在不同水溫下做了22次熱啟動(dòng)。發(fā)現(xiàn)在啟動(dòng)困難時(shí)，啟動(dòng)之前的進(jìn)氣歧管內(nèi)的空燃比λ偏小。而啟動(dòng)正常時(shí)，啟動(dòng)之前的進(jìn)氣歧管內(nèi)的λ均在10以上。這表明啟動(dòng)前進(jìn)氣歧管內(nèi)的氣體狀態(tài)不同造成了熱啟動(dòng)困難。而啟動(dòng)前氣體的來(lái)源主要為曲軸箱廢氣、進(jìn)入的新鮮空氣及缸內(nèi)廢氣的回流。在斷開(kāi)曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的情況下，故障仍然存在，故認(rèn)為缸內(nèi)廢氣的回流造成了熱啟動(dòng)困難。而冷啟動(dòng)時(shí)，由于停放的時(shí)間較長(zhǎng)，回流的缸內(nèi)廢氣在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)擴(kuò)散到更為廣闊的空間，其所占比例降低，對(duì)啟動(dòng)的影響變小，故冷啟動(dòng)發(fā)生啟動(dòng)困難的情況極少。

2　解決措施

基于以上測(cè)試分析，在某些情況下停機(jī)時(shí)有發(fā)動(dòng)機(jī)的殘余廢氣通過(guò)氣門(mén)系統(tǒng)的間隙滯留在進(jìn)氣管道中。由于熱機(jī)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)間隔時(shí)間較短，殘余廢氣無(wú)法得到有效的釋放，造成再次啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)困難。為了保證在啟動(dòng)時(shí)進(jìn)氣歧管內(nèi)充滿(mǎn)足夠的新鮮空氣，從標(biāo)定上更改發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)控制策略，增加停機(jī)后電子節(jié)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)間和開(kāi)度控制，避免發(fā)動(dòng)機(jī)回氣在進(jìn)氣歧管和進(jìn)氣系統(tǒng)的滯留現(xiàn)象發(fā)生。驗(yàn)證效果良好，偶發(fā)的熱啟動(dòng)困難現(xiàn)象沒(méi)有再出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]李永鋒.陳國(guó)華，黃永軍，等.發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的性能研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2015（05）：6-9.

[2]衣娟，郭慶梁.影響發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的主要因素分析[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)，2007（06）：96-98.

[3]周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]章健勇，陳林，位正，等.基于Atmega88的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008，34（02）：42-44.

收稿日期：2015?09?25

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.142

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2016.01.012