劉名 王保棟 張?zhí)怪? 高仲凱 宋國華

摘 要：文章介紹了起動總阻力距、蓄電池容量對起動的影響，根據(jù)經(jīng)驗曲線對某一排量柴油機的標準阻力距進行估算，并對該阻力距值進行了不同溫度不同機油牌號下的系數(shù)修正。結(jié)果表明，溫度不同機油牌號不同，對柴油機起動總阻力距都有較大影響，機油黏度越大對在低溫下對阻力距影響越大。在缺少柴油機阻力距及最低起動轉(zhuǎn)速試驗數(shù)據(jù)的情況下，利用文章中的匹配方法可以為起動機初步設(shè)計選型提供參考。但文章是在假定蓄電池容量、線阻等參數(shù)恒定的情況下進行的分析，在實際阻力距試驗時，這些設(shè)計參數(shù)需要與整車狀態(tài)一致。

關(guān)鍵詞：起動性能;阻力距;起動機;溫度;機油牌號;設(shè)計選型

中圖分類號：U262.11? 文獻標識碼：A? 文章編號：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

起動機驅(qū)動飛輪旋轉(zhuǎn)到點火轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)發(fā)動機的起動。電起動機由蓄電池供電，將電能轉(zhuǎn)化為機械能[1]。為了保證發(fā)動機起動成功，起動機的起動轉(zhuǎn)矩必須大于發(fā)動機的起動總阻力距，起動總阻力距由摩擦阻力距、初始壓縮阻力距及轉(zhuǎn)動慣量阻力距組成[2-3]。摩擦阻力矩在0℃時占全部柴油機起動阻力距的60%左右，在-10℃～-20℃時達到80%～90%[3]。

本文通過一定估算方法對不同溫度不同機油牌號對起動總阻力距的影響進行了分析研究。

1 起動的影響因素

在低溫環(huán)境下，對起動的影響因素較多，主要有起動阻力距、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對柴油機起動的研究，僅對起動總阻力距、蓄電池容量對起動的影響進行簡要分析。

1.1 起動總阻力距對起動的影響

起動機輸出轉(zhuǎn)速大于柴油機最低起動轉(zhuǎn)速、起動機輸出扭矩大于柴油機低溫起動最大阻力距時，柴油機會順利起動。起動總阻力矩分為靜態(tài)阻力矩和動態(tài)阻力矩，兩者的不同在于前者是起動運行前的瞬時情況，后者為曲軸旋轉(zhuǎn)后的阻力矩。相對于前者，后者與發(fā)動機轉(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)動機工作環(huán)境溫度（包括水溫、氣溫和油溫等）、曲軸的位置、機油的粘度等級、發(fā)動機的預(yù)潤滑情況及附件驅(qū)動轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)動慣量（包括風(fēng)扇、空壓機、油泵以及其他負載）。環(huán)境溫度越低，靜態(tài)阻力矩越大。不同曲軸位置，配氣機構(gòu)位置的不同，起動阻力也相差很大。

（2）動態(tài)阻力距

影響動態(tài)阻力矩的主要因素基本和靜態(tài)阻力矩相同，同時還有發(fā)動機的排量、壓縮比和發(fā)動機轉(zhuǎn)速[4]。

柴油機曲軸旋轉(zhuǎn)阻力距和起動轉(zhuǎn)速在低溫條件下主要受潤滑油的黏度的影響。發(fā)動機低溫情況起動時，潤滑油分子運動能量較小，且將石蠟結(jié)晶逐步析出，使粘度增大。曲軸自靜止狀態(tài)開始旋轉(zhuǎn)時，摩擦面從原有位置開始進行相對滑動，達到發(fā)動機起動所具備的最低曲軸轉(zhuǎn)速過程中，由于潤滑油粘度增加其轉(zhuǎn)動阻力增大，發(fā)動機不易著火，導(dǎo)致低溫起動困難[5]。

1.2 蓄電池容量及內(nèi)阻對起動的影響

啟動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。起動時，起動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，蓄電池電動勢變化不大，但隨著溫度的降低，蓄電池的電解液粘度增大，內(nèi)阻增加。起動時，蓄電池的放電電流很大，甚至超過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，使得起動機的拖動轉(zhuǎn)速達不到最低起動轉(zhuǎn)速，因此需要使蓄電池工作在最佳溫度區(qū)。

2 起動阻力距估算方法

起動機阻力距的估算方法除了常規(guī)理論公式計算以外，可還以采用經(jīng)驗曲線進行評估。本文中進行估算的某機型排量為7.7L。

2.1 標準阻力距估算方法

標準阻力距評估經(jīng)驗曲線如下圖1所示。從圖1可以看出，標準阻力距隨著排量增加呈線性正增加，但根據(jù)柴油機設(shè)計特征的不同，比如不同的壓縮比、氣缸直徑、曲柄半徑、不同的運動構(gòu)件組成的轉(zhuǎn)動慣量及排氣門正時設(shè)計等，均會使得起動阻力距有所不同。

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

根據(jù)計算公式（1），算得某7.7L柴油機的標準阻力距為374N.m。

2.2 阻力距修正系數(shù)計算方法

3 對比分析

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油牌號對起動阻力距的影響，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、冷起動電流、線路電阻等參數(shù)保持不變，并假定機油密度恒定為0.9g/cm3。可以得出不同溫度不同機油牌號下的起動阻力距值及對比如表1。

表1進一步從數(shù)據(jù)上說明，溫度越低，0W30、5W30/40機油黏度增大，起動阻力距也增大;0W30、5W30/40在相同低溫環(huán)境下，采用5W30/40的柴油機比采用0W30的柴油機起動阻力距大，且溫度越低起動阻力距差距越大。

4 結(jié)論

（1）不同溫度不同機油牌號對發(fā)動機起動阻力距影響較大;溫度越低，機油黏度增大，起動阻力距也增大。發(fā)動機氣缸壁預(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)動機潤滑條件開始形成，起動磨損可得到減少[8]。

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

（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，雖然在缺少起動機阻力距及起動轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)的情況下，可以作為起動機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、線阻的變化會對起動機功率造成一定影響。

參考文獻

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