汽車低溫啟動裝置測試方法的研究

付紅雷（遼河油田公司質量節能管理部）

汽車低溫啟動裝置測試方法的研究

付紅雷（遼河油田公司質量節能管理部）

汽車低溫啟動裝置的實施有效解決了冬季生產過程中特種車啟動難、升溫慢、發動機磨損等問題，但如何準確地評價其節能效果是節能測試過程中的關鍵。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來計算熱量變化，進而得出節能率，以此判定低溫啟動裝置的節能效果，為節能管理部門提供技術支持。

機動車輛 低溫啟動 測試方法 節能率

遼河油田地跨遼寧、內蒙古兩省，屬季風半濕潤海洋性氣候，冬季氣溫最低達到-30℃左右。油罐車、吊車、作業機等以柴油為燃料輔助油田生產的特種車輛，在冬季生產中機油動力黏度增大，流動性變差，車輛存在著啟動難、升溫慢、發動機磨損等問題。而汽車低溫啟動裝置與發動機冷卻液循環系統相連接，具有預熱發動機和整車燃油系統的功能，有效解決了特種車在冬季啟動困難、怠速升溫慢等問題，具有較好的節能效果。但如何準確地評價該裝置的節能效果，為節能管理部門統計節能量提供依據，是節能監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，通過車載電瓶為熱源動力，燃燒汽車自身的燃油產生熱量，經由車輛冷卻系統傳遞熱量對發動機進行預熱，減少柴油機啟動后怠速升溫的環節；當發動機啟動后，加熱器關閉。

當發動機停止運轉并靜置一段時間后，發動機內部各個摩擦界面上的潤滑油將回流到發動機的油底殼中。發動機的溫度也由原來的正常工作溫度變為常溫，也就是自然溫度。在這種情況下重新啟動發動機，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《汽車起動性能試驗方法》[1]標準中的要求，當發動機啟動和暖機后，汽車怠速達到正常怠速值，用最低檔能正常起步，汽車能平穩加速，無抖動、無熄火現象發生，汽車達到正常運行狀況。

圖1 汽車低溫啟動裝置工作流程

2 傳統節能測試方法存在的問題

傳統的測試方法有兩種：一種方法是以冷卻液的溫度為參考基準，生產單位要求車輛啟動正常時，冷卻液的溫度達到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油率；另一種方法同樣是以冷卻液的溫度為參考基準，通過計算冷卻液的熱量變化得出有效輸出熱量單耗，從而得出節油率[2]。用以上兩種方法計算節能率時，存在以下問題。

1）冷卻液作用不同。原態工況，汽車啟動后，發動機內冷卻液循環，帶走發動機內的熱量，冷卻液為被加熱介質，當冷卻液的溫度達到30℃時，發動機缸體溫度要遠遠大于30℃；節態工況，汽車不啟動，低溫啟動裝置給冷卻液加熱，冷卻液給發動機預熱，冷卻液為加熱介質，當冷卻液的溫度達到30℃時，發動機缸體溫度要遠遠小于30℃。

2）機油溫度存在差異。原態工況，汽車啟動后，機油開始對車輛進行循環潤滑，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℃；節態工況，汽車停止，機油未循環，仍處在油底殼內，防凍液僅對發動機缸體加熱，未對機油加熱，機油溫度遠遠低于防凍液溫度，仍是環境溫度。

3）冷卻液工藝流程不同。原態工況，汽車啟動后，發動機內冷卻液小循環流程運行，當溫度達到80℃以上時，節溫器打開，冷卻液大循環運行，冷卻風扇給冷卻液降溫，現場錄取的水箱溫度為大循環水箱溫度；節態工況，汽車不啟動，冷卻液只在發動機內小循環流程運行，由于汽車不啟動，節溫器未打開，冷卻液無法大循環運行，這時仍錄取水箱溫度是錯誤的。

通過現場的調查與分析，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，發動機給冷卻液加熱；使用后冷卻液為加熱介質，冷卻液給發動機加熱。因此，以冷卻液為參考基準來評價該裝置的節能效果是錯誤的。

3 汽車低溫啟動裝置測試方法的研究

通過現場的調查與分析，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℃時冷卻風扇將會對其進行冷卻，帶走多余的熱量。而汽車從靜止到啟動再到怠速穩定達到正常運行狀況時，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能效果。

3.1 以潤滑油為參考基準計算節能率

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來計算低溫啟動裝置的節能效果；而在啟動裝置前后，汽車達到穩定狀態時，潤滑油成了共同的被加熱介質，通過計算潤滑油的有效熱量單耗，來得出該裝置的節能率[3]。

由于汽車的工作原理是通過燃燒燃料來產生動力，因此可以將汽車的發動機近似看作1臺加熱爐，而潤滑油作為被加熱介質。根據SY/T 6422—2008《石油企業節能產品節能效果測定》[4]中加熱爐節能產品的計算方法，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能率。

被加熱介質（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——潤滑油的質量，kg/h；

Δt——機油的溫升，℃。

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。

被加熱介質的有效輸出熱量單耗：

式中：

B——有效輸出熱量單耗。

節能率：

式中：

§——節能率，%；

B1——原態工況的有效熱量單耗；

B2——節態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，車輛的怠速穩定需要人為判定，因此，如何準確地把握汽車的終止狀態，即潤滑油的結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（即車輛不發動，發動機缸體、冷卻液、潤滑油溫度與環境溫度相同）。

2）原態工況（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，潤滑系統正常運行，觀察車輛怠速表。當車輛怠速達到正常怠速值時，并且車輛無抖動、熄火現象時，記錄機油結束溫度，最后車輛熄火記錄燃油消耗量。

3） 節態工況（使用低溫啟動裝置的狀況），首先記錄車輛機油起始溫度，然后啟動低溫啟動裝置。當預熱完成后，啟動車輛，機油潤滑系統正常運行；當潤滑油溫度達到原態工況的結束溫度時，記錄機油結束溫度，最后車輛熄火記錄燃油消耗量。

4） 對燃料油進行取樣，進行熱值分析。

4 結論

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，把汽車的發動機模擬為加熱爐，進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來計算熱量變化。

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

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

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

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

[4]鄭剛銳.SY/T 6422—2008石油企業節能產品節能效果測定[S].北京:石油工業出版社,2008.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.005

2014-09-29）

付紅雷，工程師，1996年畢業于大連輕工業學院，從事節能監測工作，E-mail：fuhongl76@163.com，地址：遼寧省盤錦市興隆臺區遼河油田質量節能部，124010。