摘要:針對內(nèi)燃機在起動過程實需外加驅(qū)來進入自循環(huán)怠速，其能量來自蓄電池，因此需要研究電機和內(nèi)燃機及蓄電池之間的匹配的問題。基于對內(nèi)燃機起動過程的研究及采用現(xiàn)代測量技術(shù)，可以實現(xiàn)通過試驗的方法來測定內(nèi)燃機的機械負載從而實現(xiàn)起動電機輸出的精確匹配。
　　關(guān)鍵詞:4沖程內(nèi)燃機 起動電機 脈動負載 拖動轉(zhuǎn)速 低溫放電電流
　　中圖分類號:TK4 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　1 引言
　　內(nèi)燃機在起動過程中需要通過外加驅(qū)動力來幫助進入自循環(huán)怠速的狀態(tài)，而目前通常的做法是在內(nèi)燃機曲軸端連接飛輪通過和外加直流電動機（起動電機）齒輪的嚙合接受外加驅(qū)動力。而起動電機的能量來自蓄電池儲存的電能，這樣就涉及起動電機和內(nèi)燃機及蓄電池之間的匹配的問題。故為了實現(xiàn)起動電機針對不同內(nèi)燃機輸出的匹配，通常的方法是基于對內(nèi)燃機機械負載的理論計算來作為匹配的輸入?yún)?shù)，而由于工作環(huán)境變化的因素對內(nèi)燃機參數(shù)影響往往不能做出準確的計算而影響了匹配的精度。而基于現(xiàn)代測量技術(shù)可以幫助我們對內(nèi)燃機可變負載的精確測量而提供準確的起動電機匹配參數(shù)。這就是本論文研究的主要目的。
　　
　　2 內(nèi)燃機起動過程
　　目前主流的內(nèi)燃機是4沖程內(nèi)燃機，主要包括汽油和柴油兩種，而其工作的過程相似，區(qū)別僅點火的方式不同。而主要工作過程分成：進氣-壓縮-點火（汽油機）或爆震自燃（柴油機）-排氣循環(huán)往復(fù)。見圖1：
　　
　　4缸4沖程內(nèi)燃機每經(jīng)過兩個壓縮沖程發(fā)動機旋轉(zhuǎn)一周。而在內(nèi)燃機進入自循環(huán)運轉(zhuǎn)前，即起動過程中，壓縮沖程需要的外加驅(qū)動力由起動電機提供，起動電機從蓄電池吸收電能轉(zhuǎn)換成機械轉(zhuǎn)距輸出到內(nèi)燃機飛輪曲軸上，起動電機對內(nèi)燃機做功。而在燃燒沖程中內(nèi)燃機通過燃燒產(chǎn)生的能量推動活塞，起動電機這時通過特殊的機械機構(gòu)不再對飛輪曲軸輸出力矩，起動電機不做功。另兩個沖程中起動電機僅需要克服曲軸的轉(zhuǎn)動慣量和活塞和內(nèi)燃機缸體之間的摩擦力這樣較輕的機械負載，起DCd9oQLp8voz6bfLvFVd5MUzQFmEKhli2wjoOgHnr6w=動電機輕載工作。這樣就造成在整個起動過程中起動電機負載的脈動變化，而相應(yīng)的在輸入端-蓄電池吸收了電功率后，就產(chǎn)生了相應(yīng)的電壓脈動。脈動的負載示意如圖2：
　　
　　
　　負載脈動的幅值就和摩擦力距和轉(zhuǎn)動慣量及內(nèi)燃機壓縮比密切相關(guān)，其中摩擦力距的大小隨著潤滑狀態(tài)的改變而改變，潤滑油黏度牌號和溫度不同都影響著摩擦阻力的大小。溫度越低，潤滑油的年度越高，而阻力就越大。
　　在通常的起動條件下，第一次燃燒出現(xiàn)在第三到第六次壓縮之間，這必需的延時是為了使混合氣體均勻的分布并達到一定的量。而起動電機輸出足夠拖動轉(zhuǎn)速后，內(nèi)燃機可以進入自循環(huán)怠速的狀態(tài)。根據(jù)經(jīng)驗，在低溫下點火的最小平均速度是：汽油發(fā)動機80 to 120 rpm.、柴油發(fā)動機100 to 150 rpm.。轉(zhuǎn)速的范圍主要是滿足不同缸數(shù)內(nèi)燃機的需要，缸數(shù)越多需要的轉(zhuǎn)速越低，反之亦然。
　　
　　3 內(nèi)燃機的機械負載力矩
　　3.1 試驗技術(shù)方案
　　由于起動時內(nèi)燃機的負載力矩是脈動的，且起動過程非常短暫，給測量帶來很大的難度，目前沒有很好的方法能準確進行測量。我們是通過對起動電機拖動內(nèi)燃機時從電瓶吸收的電功率的進行測定來推算內(nèi)燃機機械負載力矩，這樣可以大大簡化測量工作并提高了測量的精確度。
　　3.2 內(nèi)燃機起動時電壓和電流值
　?、鸥鶕?jù)我們需要測定的相應(yīng)內(nèi)燃機機械負載的要求固化試驗條件和必要的準備工作：①準備需要測定的內(nèi)燃機或車輛；②確定相應(yīng)的試驗溫度；③確定對應(yīng)的電瓶；④更換符合要求的潤滑油；⑤數(shù)據(jù)采集的儀器，數(shù)據(jù)采集儀和鉗式電流表等；⑥帶網(wǎng)卡的筆記本電腦，用于記錄數(shù)據(jù)采集儀采集的數(shù)據(jù)。
　?、茢?shù)據(jù)采集過程：①將內(nèi)燃機或車輛置與滿足試驗條件環(huán)境室；②將蓄電池兩端的電壓和電機輸入線上鉗式電流表的輸出連接到數(shù)據(jù)采集儀；③預(yù)采集數(shù)據(jù)看接線是否準確，采樣信號是否正常；④啟動采樣程序；⑤發(fā)動內(nèi)燃機或車輛；⑥采集足夠的數(shù)據(jù)后停止發(fā)動；⑦處理數(shù)據(jù)；⑧進行下一個溫度點的測量。
　　
　　4 試驗數(shù)據(jù)的處理方法
　　通過數(shù)據(jù)采集儀采集的數(shù)據(jù)將輸出到符合excel軟件的要求的.xls文件，通過excel的圖表工具繪制起動曲線，即可得到某1.8T 4缸汽油發(fā)動機的負載采集曲線。
　　4.1 發(fā)動機負載采集曲線
　　
　　
　　紅色的曲線即起動電機拖動內(nèi)燃機時的電流曲線，我們計算在起動的0-5s內(nèi)的平均電流值為195A。而黃色的曲線即蓄電池的端電壓，由電壓和電流的關(guān)系計算出蓄電池內(nèi)阻，計算的內(nèi)阻為10mΩ。拖動的轉(zhuǎn)速我們可以利用之前討論的內(nèi)燃機工作原理獲知4缸4沖程內(nèi)燃機每2個壓縮壓縮波形內(nèi)燃機旋轉(zhuǎn)1周的原理來計算。
　　我們測得起動的0-5秒內(nèi)有34個波形，并根據(jù)公式：波形數(shù)/2/拖動時間*60 計算得內(nèi)燃機拖動轉(zhuǎn)速為 34/2/5*60=204轉(zhuǎn)。這樣我們就獲得了后續(xù)試驗和計算的輸入數(shù)據(jù)：蓄電池內(nèi)阻為10mΩ，拖動電流1