CUV柴油發動機冷起動研究

摘 要：冷起動性能是柴油發動機的一個重要指標，文章闡述了對CUV柴油發動機、起動機、蓄電池、預熱塞如何科學合理的匹配；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。

關鍵詞：發動機；起動機；蓄電池；系統匹配

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都能達到-20℃以下。文章以一個CUV車型1.5L渦輪增壓柴油發動機的冷起動性能匹配研究為例，詮釋如何使柴油發動機滿足-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，柴油機取（70～75），是個經驗值。L-發動機排量2.0L；n-發動機能自行運轉著火的轉速，此發動機為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GB/T 12535要求，起動機的轉矩M必須大于發動機的阻力矩。

已知發動機的平均阻力矩為：

MC=0.39V[ε+6■+KM（1+■）■]

MC-發動機平均阻力矩，N·m；V-發動機排量，L；ε-壓縮比；δ-曲軸旋轉不均勻系數；KM-常數，柴油機=2.8；V-發動機機油的運動粘度， cm2/s；N-在穩定旋轉狀態下曲軸的平均轉速，r/min。

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

150-發動機最低起動轉速，r/min；

12.7-起動機轉速與發動機的轉速比，后面會詳解此參數；

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，缸體內的壓縮溫度必須足夠高。起動時氣缸內的壓力到達（1.5～2.5）MPa，燃燒室內溫度大約在（200～210）℃。實際上由試驗可知，氣缸內的最低著火溫度應該在（340～350）℃（注：有預熱塞的發動），見圖1。所以起動機最大功率點的轉速，應該大于的不是使發動機的轉速超過150 r/min的轉速，而是要使發動機的轉速超過250 r/min。一般情況下起動機轉速與發動機的轉速比為11～14，此起動機為12.7。也就是起動機最大功率點的轉速應>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時間內穩定。

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規格）

K-系數值，0.04。系數K也體現了蓄電池制造水平。

R（-30℃）--環境溫度-30℃時，蓄電池的內阻。

2.2.2 20h放電率結果校核

C20=（510～610）*P蓄/12

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

P蓄 -此款發動機的起動機的功率是2.0 kW。

3 輔助預熱

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，靠油膜的蒸發形成混合氣。因此低于-18℃的環境使用的發動機必須增加預熱裝置，本機所匹配的預熱塞可以在5s內達到960℃。其安裝在氣缸蓋上，冷起動時對燃燒室內的混合氣加熱（見圖3）。

4 試驗驗證

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

5 結束語

文章對柴油發動機的起動機、和蓄電池和預熱塞之間的匹配技術和方法，進行了詳細的闡述和分析，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（設計篇）[M].機械工業出版社，2001.