不同溫度和機(jī)油牌號(hào)對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)的影響

劉名 王保棟 張?zhí)怪? 高仲凱 宋國(guó)華

摘 要：文章介紹了起動(dòng)總阻力距、蓄電池容量對(duì)起動(dòng)的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)曲線對(duì)某一排量柴油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)阻力距進(jìn)行估算，并對(duì)該阻力距值進(jìn)行了不同溫度不同機(jī)油牌號(hào)下的系數(shù)修正。結(jié)果表明，溫度不同機(jī)油牌號(hào)不同，對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)總阻力距都有較大影響，機(jī)油黏度越大對(duì)在低溫下對(duì)阻力距影響越大。在缺少柴油機(jī)阻力距及最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，利用文章中的匹配方法可以為起動(dòng)機(jī)初步設(shè)計(jì)選型提供參考。但文章是在假定蓄電池容量、線阻等參數(shù)恒定的情況下進(jìn)行的分析，在實(shí)際阻力距試驗(yàn)時(shí)，這些設(shè)計(jì)參數(shù)需要與整車狀態(tài)一致。

關(guān)鍵詞：起動(dòng)性能;阻力距;起動(dòng)機(jī);溫度;機(jī)油牌號(hào);設(shè)計(jì)選型

中圖分類號(hào)：U262.11? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）15-161-03

Abstract： Influence on engine ignition caused by cranking torque and battery capacity is introduced in this paper. Standard cranking torque of 7.7L engine is calculated according to experiential curve and multiplied by correction factor in different temperature and using different engine oil. It turns out different temperature especially low temperature and different oil could generate great impact on engine cranking torque， and greater viscosity， greater influence. The method mentioned in this paper could be adopted in matching between engine and starter under the condition of lacking data of cranking torque and lowest start speed， however， different battery capacity and wire resistance also have influence on starter power， it is important to make these design parameters in consistent with vehicle when taking cranking torque test.

Keywords： Start performance; Cranking torque; Starter; Temperature; Engine oil; Design matching

CLC NO.： U262.11? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）15-161-03

引言

起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。電起動(dòng)機(jī)由蓄電池供電，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能[1]。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)成功，起動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)總阻力距，起動(dòng)總阻力距由摩擦阻力距、初始?jí)嚎s阻力距及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量阻力距組成[2-3]。摩擦阻力矩在0℃時(shí)占全部柴油機(jī)起動(dòng)阻力距的60%左右，在-10℃～-20℃時(shí)達(dá)到80%～90%[3]。

本文通過(guò)一定估算方法對(duì)不同溫度不同機(jī)油牌號(hào)對(duì)起動(dòng)總阻力距的影響進(jìn)行了分析研究。

1 起動(dòng)的影響因素

在低溫環(huán)境下，對(duì)起動(dòng)的影響因素較多，主要有起動(dòng)阻力距、壓縮溫度、缸內(nèi)壓力、燃油的黏度和密度、燃油系統(tǒng)及控制、進(jìn)氣系統(tǒng)及控制、蓄電池電量及內(nèi)阻、線阻等。本文主要為不同溫度不同牌號(hào)對(duì)柴油機(jī)起動(dòng)的研究，僅對(duì)起動(dòng)總阻力距、蓄電池容量對(duì)起動(dòng)的影響進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1.1 起動(dòng)總阻力距對(duì)起動(dòng)的影響

起動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速大于柴油機(jī)最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速、起動(dòng)機(jī)輸出扭矩大于柴油機(jī)低溫起動(dòng)最大阻力距時(shí)，柴油機(jī)會(huì)順利起動(dòng)。起動(dòng)總阻力矩分為靜態(tài)阻力矩和動(dòng)態(tài)阻力矩，兩者的不同在于前者是起動(dòng)運(yùn)行前的瞬時(shí)情況，后者為曲軸旋轉(zhuǎn)后的阻力矩。相對(duì)于前者，后者與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。

（1）靜態(tài)阻力距

影響靜態(tài)阻力矩的主要因素為發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境溫度（包括水溫、氣溫和油溫等）、曲軸的位置、機(jī)油的粘度等級(jí)、發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)潤(rùn)滑情況及附件驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（包括風(fēng)扇、空壓機(jī)、油泵以及其他負(fù)載）。環(huán)境溫度越低，靜態(tài)阻力矩越大。不同曲軸位置，配氣機(jī)構(gòu)位置的不同，起動(dòng)阻力也相差很大。

（2）動(dòng)態(tài)阻力距

影響動(dòng)態(tài)阻力矩的主要因素基本和靜態(tài)阻力矩相同，同時(shí)還有發(fā)動(dòng)機(jī)的排量、壓縮比和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速[4]。

柴油機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)阻力距和起動(dòng)轉(zhuǎn)速在低溫條件下主要受潤(rùn)滑油的黏度的影響。發(fā)動(dòng)機(jī)低溫情況起動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑油分子運(yùn)動(dòng)能量較小，且將石蠟結(jié)晶逐步析出，使粘度增大。曲軸自靜止?fàn)顟B(tài)開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，摩擦面從原有位置開始進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)所具備的最低曲軸轉(zhuǎn)速過(guò)程中，由于潤(rùn)滑油粘度增加其轉(zhuǎn)動(dòng)阻力增大，發(fā)動(dòng)機(jī)不易著火，導(dǎo)致低溫起動(dòng)困難[5]。

1.2 蓄電池容量及內(nèi)阻對(duì)起動(dòng)的影響

啟動(dòng)型蓄電池目前幾乎都使用鉛蓄電池。蓄電池容量主要取決于蓄電池極板的大小。起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)功率取決于蓄電池功率，即取決于蓄電池的放電電流和蓄電池端子上的電壓的乘積。端子電壓隨負(fù)荷電流增大而降低[6]。蓄電池的內(nèi)阻跟電池的額定容量有關(guān)，大容量電池的內(nèi)阻低，小容量電池的內(nèi)阻高[7]。蓄電池的內(nèi)阻也影響蓄電池的端電壓。

在低溫條件下，蓄電池電動(dòng)勢(shì)變化不大，但隨著溫度的降低，蓄電池的電解液粘度增大，內(nèi)阻增加。起動(dòng)時(shí)，蓄電池的放電電流很大，甚至超過(guò)1000A，蓄電池的容量及端電壓明顯下降，更加大幅降低了蓄電池的輸出功率，使得起動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)速達(dá)不到最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速，因此需要使蓄電池工作在最佳溫度區(qū)。

2 起動(dòng)阻力距估算方法

起動(dòng)機(jī)阻力距的估算方法除了常規(guī)理論公式計(jì)算以外，可還以采用經(jīng)驗(yàn)曲線進(jìn)行評(píng)估。本文中進(jìn)行估算的某機(jī)型排量為7.7L。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)阻力距估算方法

標(biāo)準(zhǔn)阻力距評(píng)估經(jīng)驗(yàn)曲線如下圖1所示。從圖1可以看出，標(biāo)準(zhǔn)阻力距隨著排量增加呈線性正增加，但根據(jù)柴油機(jī)設(shè)計(jì)特征的不同，比如不同的壓縮比、氣缸直徑、曲柄半徑、不同的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件組成的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及排氣門正時(shí)設(shè)計(jì)等，均會(huì)使得起動(dòng)阻力距有所不同。

根據(jù)圖1曲線提取典型值，可以繪制成評(píng)估曲線如圖2所示及計(jì)算公式（1）為：

根據(jù)計(jì)算公式（1），算得某7.7L柴油機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)阻力距為374N.m。

2.2 阻力距修正系數(shù)計(jì)算方法

3 對(duì)比分析

如前所述，因蓄電池容量、蓄電池端電壓隨溫度降低而減少且其內(nèi)阻隨溫度降低而增大，為著重突出不同溫度不同機(jī)油牌號(hào)對(duì)起動(dòng)阻力距的影響，本文假定在不同低溫環(huán)境下蓄電池開路電壓、內(nèi)阻、容量、冷起動(dòng)電流、線路電阻等參數(shù)保持不變，并假定機(jī)油密度恒定為0.9g/cm3。可以得出不同溫度不同機(jī)油牌號(hào)下的起動(dòng)阻力距值及對(duì)比如表1。

表1進(jìn)一步從數(shù)據(jù)上說(shuō)明，溫度越低，0W30、5W30/40機(jī)油黏度增大，起動(dòng)阻力距也增大;0W30、5W30/40在相同低溫環(huán)境下，采用5W30/40的柴油機(jī)比采用0W30的柴油機(jī)起動(dòng)阻力距大，且溫度越低起動(dòng)阻力距差距越大。

4 結(jié)論

（1）不同溫度不同機(jī)油牌號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)阻力距影響較大;溫度越低，機(jī)油黏度增大，起動(dòng)阻力距也增大。發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸壁預(yù)熱升溫到 40℃～60℃，曲軸頸常溫為 0℃～20℃，曲軸旋轉(zhuǎn)阻力矩明顯減小，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑條件開始形成，起動(dòng)磨損可得到減少[8]。

（2）在相同溫度下，機(jī)油黏度較大的機(jī)油，相較于機(jī)油黏度較小的機(jī)油，溫度越低對(duì)起動(dòng)阻力距的影響越大。

（3）本文是基于蓄電池容量、線阻等隨著溫度恒定的情況下作出的分析，雖然在缺少起動(dòng)機(jī)阻力距及起動(dòng)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的情況下，可以作為起動(dòng)機(jī)功率匹配的一種方法，但仍需要注意在不同溫度下，蓄電池容量、線阻的變化會(huì)對(duì)起動(dòng)機(jī)功率造成一定影響。

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