對發動機起動工況潤滑性能改進的一種技術——蓄壓式汽車發動機起動前機油壓力輔助裝置

張明國，王華平

（1.湖北文理學院汽車零部件制造裝備數字化湖北省協同創新中心，襄陽 441053；2. 神龍汽車有限公司襄陽工廠，襄陽 441004）

當前普遍汽車發動機的潤滑方式沒有充分考慮起動時潤滑不良的問題。目前普遍發動機利用發動機帶動機油泵將機油從油底殼吸入機油泵，再施加一定壓力，經過濾清后，通過機油主油道和各分油道送往各個摩擦副的間隙，潤滑各摩擦表面[1]。汽車在起動之前由于發動機沒有運轉，機油泵沒有工作，而汽車發動機在起動時機油送往各個摩擦表面需要一定時間（大約3-4秒，這時間段發動機運轉了50-60圈），所以汽車發動機在起動過程中前部分時間處于干摩擦狀態，也就是金屬與金屬之間的直接摩擦。而這種狀態是機械磨損的主要原因，在機械行業早已達成共識了。對于汽車發動機來說，在整個使用壽命期間的使用中有成千上萬次的起動，所以起動過程中的磨損是影響發動機壽命和故障率的主要因素之一。同時現在大多數汽車配氣機構采用液壓挺柱，而液壓挺柱是利用潤滑系統中壓力機油進行工作的[2]，在起動時由于壓力機油還未來得及送往液壓挺柱，從而造成汽車發動機起動時氣門打開不充分，會給起動帶來一定困難，同時燃燒不充分，降低汽車排放性能；在發動機大負荷低速運轉時，發動機轉速低，機油泵轉速低，泵油量少，與此時發動機潤滑要求高相矛盾。在發動機起動和低速大工況潤滑問題一直被忽略，但一直以來實際客觀存在，影響著發動機的使用和壽命。利用機械運動潤滑基本理論進行分析，本文通過設計一種由開關電磁閥控制的發動機機油蓄壓器接在發動機潤滑主油道上，同時考慮汽車原有的駕駛習慣，設計合理的控制電路加以控制，在發動機起動之前給發動機潤滑主油道供給一定壓力和數量的清潔的機油，使發動機起動的過程中，處于良好的潤滑保護之下，對提高發動機的使用壽命和降低故障率有著重要的作用。

1 當前普遍汽車發動機潤滑情況

1.1 機械運動潤滑的機理

發動機在工作的時，很多傳動零件在很小的間隙下作高速相對運動，如曲軸主軸頸與主軸承，曲柄銷與連桿軸承，凸輪軸頸與凸輪軸承等[3]。盡管這些都表面經過精加工，但是放大來看這些表面都是凸凹不平的（見圖1）若不對這些表面進行潤滑，他們之間將進行強烈的摩擦。零件表面之間的干摩擦不僅增加發動機的功率損耗，加劇零件的磨損，而且可能由于摩擦產生的熱量燒壞零件表面，使發動機無法工作。因此須在兩零件工作表面間加入一層潤滑油使其形成油膜，使零件處于完全的液體摩擦狀態。（見圖2）

1.2 目前普遍發動機潤滑的路徑及發動機起動時存在的潤滑問題

汽車發動機潤滑方式目前普遍采用發動機帶動機油泵將機油從油底殼吸入機油泵，再施加一定壓力，經過過濾后，通過機油主油道和各分油道送往各個摩擦副的間隙，潤滑各摩擦表面[4]。汽車在起動之前由于發動機沒有運轉，機油泵沒有工作，而汽車發動機在起動時機油送往各個摩擦表面需要一定時間，所以汽車發動機在起動過程中前部分時間處于干摩擦狀態，也就是金屬與金屬之間的直接摩擦。而這種狀態是機械磨損的主要原因，在機械行業早已達成共識了。對于汽車發動機來說，在整個使用壽命期間的使用中有成千上萬次的起動，所以起動過程中的磨損是影響發動機壽命和故障率的主要因素之一。同時現在大多數汽車配氣機構采用液壓挺柱，而液壓挺柱是利用潤滑系統中壓力機油進行工作的，在起動時由于壓力機油還未來得及送往液壓挺柱，從而造成汽車發動機起動時氣門打開不充分，會給起動帶來一定困難，同時燃燒不充分，降低汽車排放性能；在發動機大負荷低速運轉時，發動機轉速低，機油泵轉速低，泵油量少，與此時發動機潤滑要求高相矛盾。在發動機起動和低速大工況潤滑問題一直被忽略，但一直以來實際客觀存在，影響著發動機的使用和壽命。

2 發動機起動時潤滑不良問題的解決

2.1 本裝置技術方案

為了解決這個起動過程潤滑不良的問題，增加汽車發動機使用壽命和保證汽車起動時液壓挺柱正常工作，本文通過設計一種發動機機油蓄壓器接在發動機潤滑主油道上，利用發動機上一次停機之前工作過程中所儲存的發動機潤滑油，在汽車發動機起動之前，通過點火開關控制電磁閥，打開蓄壓器，將機油以一定壓力(0.05 Mpa)送往各摩擦表面和配氣機構的液壓挺柱，使汽車發動機在起動過程中各摩擦表面處于良好的潤滑狀態，并使液壓挺柱在發動機起動過程中正常工作；發動機正常工作以后，蓄壓器又可以起到穩定油壓的作用，特別是在發動機大負荷低速運轉時，發動機轉速低，機油泵轉速低，泵油量少，與此時發動機潤滑要求高相矛盾，通過蓄壓器補償供油，可以提高潤滑質量。

采用的技術方案是：在不改變和不影響原有汽車發動機潤滑系統的前提下，在發動機潤滑主油道開孔安裝一個由開關電磁閥控制連通的機油蓄壓器，蓄壓器采用彈簧、活塞式。見附圖3。用點火開關控制機油蓄壓器的開關電磁閥，開關電磁閥有兩個線圈（4.電磁閥線圈1 5. 電磁閥線圈2），見附圖4。

（1）點火鑰匙打至“ACC”檔[5]電磁閥線圈1供電，發動機機油蓄壓器開關電磁閥打開；

（2）點火鑰匙打至“ON”檔和“STAR”檔電磁閥線圈2供電，發動機機油蓄壓器開關電磁閥打開。

（3）點火鑰匙打至“OFF”檔供電。電磁閥線圈1和電磁閥線圈2斷電，發動機機油蓄壓器開關電磁閥關閉。

2.2 本裝置工作過程

（1）在發動機上次停止運轉到下一次起動間隔較長時間的情況下，發動機油道的機油流回了大部分油底殼，油道中機油不多，司機利用點火開關的ACC檔控制蓄壓器開關電磁閥開啟，利用發動機之前工作中所儲存在蓄壓器里的發動機潤滑油，在汽車發動機起動之前，將機油以一定壓力（0.05 Mpa，不同車型，略有不同）送往各摩擦表面和配氣機構的液壓挺柱，同時控制原車機油壓力報警燈，顯示本發明裝置的工作情況，此時由于還沒有起動發動機，原車上由發動機驅動的機油泵是沒有泵油的，這時點火開關的ACC檔控制蓄壓式機油壓力輔助裝置的電磁閥通電，電磁閥打開，輔助裝置內的機油會同時流入主油道，輔助裝置內的機油密封保存在前一次發動機熄火之前的壓力機油，壓力一般是發動機怠速時的機油壓力（約為0.05 Mpa），此時發動機是沒有運轉，通過機械連接，機油泵不會反轉，所以主油道的機油不會通過機油泵流回油底殼的。然后再起動發動機,這樣使汽車發動機在起動過程中各摩擦表面處于良好的潤滑狀態，并使液壓挺柱在發動機起動過程中正常工作。在此過程中輔助裝置供油和發動機帶動機油泵供油是兩個階段。第一個階段，車鑰匙打到ACC檔，只是通過電路控制輔助裝置的電磁閥打開，此時發動機是沒有起動，只是利用輔助裝置提前向主油道供油。對發動機起動來說只是一個預先供油，此過程只需3-4秒時間；第二個階段，接著擰點火鑰匙，打到起動檔（STAR檔），起動發動機。這時在發動機起動的過程中，在第一階段的預潤滑基礎上，發動機帶動機油泵再供油，從而克服了由于機油泵供油需要一定時間而使發動機起動過程的前半部分潤滑不良的問題，從而使發動機起動一直處于良好的潤滑狀態。

（2）在發動機上次停止運轉到下一次起動間隔不長時間的情況下，由于發動機主油道還留有較多的機油，此時不改變發動機原有起動操作直接起動，同時點火開關“STAR”和“ON”擋控制蓄壓器電磁閥開啟，發動機原有機油泵和蓄壓器并聯向主油道供潤滑機油，以解決發動機在起動過程中轉速慢，機油泵泵油少的問題。

（3）點火開關在“ON”擋，發動機正常工作中，蓄壓器開關電磁閥開啟，蓄壓器又可以起到穩定油壓的作用，特別是在發動機大負荷低速運轉時，發動機轉速低，機油泵轉速低，泵油量少，與此時發動機潤滑要求高相矛盾，本發明中通過蓄壓器補償供油，提高潤滑質量。

（4）點火開關打到“OFF”檔，發動機熄火，（因為發動機熄火之前，一般是怠速工況，這時發動機主油道壓力約為0.05 Mpa）蓄壓器開關電磁閥關閉，用蓄壓器密閉約0.1升容量和0.05 Mpa壓力的機油，為下次起動提供潤滑油，使發動機在起動的過程中處于良好潤滑。

3 結束語

本技術是涉及普遍汽車發動機起動工況潤滑不良問題解決的一種技術，是屬于工程技術應用范疇，是細節決定成敗理念的應用。由于發動機起動過程潤滑不良，對發動機的磨損的影響是一個長期積累的過程，其帶來的影響不能在短期顯現出來，在實際工程運用中，一直被忽視。在目前，人們對汽車品質不斷提出更高的要求，也推動我們在更多的細節上不斷的精益求精，來完善發動機的各方面的性能。此技術利用工程技術改善發動機潤滑性能，從而提升發動機的使用壽命和降低故障率，裝置結構簡單，配套在發動機上，不改變發動機的原有結構，不改變原有的汽車駕駛操作習慣。而且加工方便，成本低，同時由于結構簡單，而性能可靠。具有很廣的使用范圍和很大使用價值。筆者衷心希望謹以此文拋磚引玉,引發國內汽車專家、同行更深入的思考，由細節入手改善國內汽車品質。

[1]關文達. 汽車構造[M]. 北京: 清華大學出版社.2009: 169.

[2]陳家瑞. 汽車構造[M]. 北京: 機械工業出版社.2011: 242-242.

[3]倪桂榮.汽車構造[M]. 天津:天津科學技術出版社2010:59-60.

[4]倪桂榮.汽車構造[M]. 天津:天津科學技術出版社2010:172.

[5]于萬海. 汽車電氣設備原理與檢修[M]. 北京: 電子工業出版社.2012: 4.