摘要:針對(duì)內(nèi)燃機(jī)在起動(dòng)過程實(shí)需外加驅(qū)來(lái)進(jìn)入自循環(huán)怠速，其能量來(lái)自蓄電池，因此需要研究電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)及蓄電池之間的匹配的問題。基于對(duì)內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)過程的研究及采用現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)通過試驗(yàn)的方法來(lái)測(cè)定內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械負(fù)載從而實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電機(jī)輸出的精確匹配。
　　關(guān)鍵詞:4沖程內(nèi)燃機(jī) 起動(dòng)電機(jī) 脈動(dòng)負(fù)載 拖動(dòng)轉(zhuǎn)速 低溫放電電流
　　中圖分類號(hào):TK4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2011)04(a)-0000-00
　　
　　1 引言
　　內(nèi)燃機(jī)在起動(dòng)過程中需要通過外加驅(qū)動(dòng)力來(lái)幫助進(jìn)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(jī)曲軸端連接飛輪通過和外加直流電動(dòng)機(jī)（起動(dòng)電機(jī)）齒輪的嚙合接受外加驅(qū)動(dòng)力。而起動(dòng)電機(jī)的能量來(lái)自蓄電池儲(chǔ)存的電能，這樣就涉及起動(dòng)電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)及蓄電池之間的匹配的問題。故為了實(shí)現(xiàn)起動(dòng)電機(jī)針對(duì)不同內(nèi)燃機(jī)輸出的匹配，通常的方法是基于對(duì)內(nèi)燃機(jī)機(jī)械負(fù)載的理論計(jì)算來(lái)作為匹配的輸入?yún)?shù)，而由于工作環(huán)境變化的因素對(duì)內(nèi)燃機(jī)參數(shù)影響往往不能做出準(zhǔn)確的計(jì)算而影響了匹配的精度。而基于現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)可以幫助我們對(duì)內(nèi)燃機(jī)可變負(fù)載的精確測(cè)量而提供準(zhǔn)確的起動(dòng)電機(jī)匹配參數(shù)。這就是本論文研究的主要目的。
　　
　　2 內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)過程
　　目前主流的內(nèi)燃機(jī)是4沖程內(nèi)燃機(jī)，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(diǎn)火的方式不同。而主要工作過程分成：進(jìn)氣-壓縮-點(diǎn)火（汽油機(jī)）或爆震自燃（柴油機(jī)）-排氣循環(huán)往復(fù)。見圖1：
　　
　　4缸4沖程內(nèi)燃機(jī)每經(jīng)過兩個(gè)壓縮沖程發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)一周。而在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)入自循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)前，即起動(dòng)過程中，壓縮沖程需要的外加驅(qū)動(dòng)力由起動(dòng)電機(jī)提供，起動(dòng)電機(jī)從蓄電池吸收電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械轉(zhuǎn)距輸出到內(nèi)燃機(jī)飛輪曲軸上，起動(dòng)電機(jī)對(duì)內(nèi)燃機(jī)做功。而在燃燒沖程中內(nèi)燃機(jī)通過燃燒產(chǎn)生的能量推動(dòng)活塞，起動(dòng)電機(jī)這時(shí)通過特殊的機(jī)械機(jī)構(gòu)不再對(duì)飛輪曲軸輸出力矩，起動(dòng)電機(jī)不做功。另兩個(gè)沖程中起動(dòng)電機(jī)僅需要克服曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和活塞和內(nèi)燃機(jī)缸體之間的摩擦力這樣較輕的機(jī)械負(fù)載，起DCd9oQLp8voz6bfLvFVd5MUzQFmEKhli2wjoOgHnr6w=動(dòng)電機(jī)輕載工作。這樣就造成在整個(gè)起動(dòng)過程中起動(dòng)電機(jī)負(fù)載的脈動(dòng)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(dòng)。脈動(dòng)的負(fù)載示意如圖2：
　　
　　
　　負(fù)載脈動(dòng)的幅值就和摩擦力距和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及內(nèi)燃機(jī)壓縮比密切相關(guān)，其中摩擦力距的大小隨著潤(rùn)滑狀態(tài)的改變而改變，潤(rùn)滑油黏度牌號(hào)和溫度不同都影響著摩擦阻力的大小。溫度越低，潤(rùn)滑油的年度越高，而阻力就越大。
　　在通常的起動(dòng)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(shí)是為了使混合氣體均勻的分布并達(dá)到一定的量。而起動(dòng)電機(jī)輸出足夠拖動(dòng)轉(zhuǎn)速后，內(nèi)燃機(jī)可以進(jìn)入自循環(huán)怠速的狀態(tài)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在低溫下點(diǎn)火的最小平均速度是：汽油發(fā)動(dòng)機(jī)80 to 120 rpm.、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)100 to 150 rpm.。轉(zhuǎn)速的范圍主要是滿足不同缸數(shù)內(nèi)燃機(jī)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(jī)的機(jī)械負(fù)載力矩
　　3.1 試驗(yàn)技術(shù)方案
　　由于起動(dòng)時(shí)內(nèi)燃機(jī)的負(fù)載力矩是脈動(dòng)的，且起動(dòng)過程非常短暫，給測(cè)量帶來(lái)很大的難度，目前沒有很好的方法能準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)量。我們是通過對(duì)起動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)從電瓶吸收的電功率的進(jìn)行測(cè)定來(lái)推算內(nèi)燃機(jī)機(jī)械負(fù)載力矩，這樣可以大大簡(jiǎn)化測(cè)量工作并提高了測(cè)量的精確度。
　　3.2 內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓和電流值
　?、鸥鶕?jù)我們需要測(cè)定的相應(yīng)內(nèi)燃機(jī)機(jī)械負(fù)載的要求固化試驗(yàn)條件和必要的準(zhǔn)備工作：①準(zhǔn)備需要測(cè)定的內(nèi)燃機(jī)或車輛；②確定相應(yīng)的試驗(yàn)溫度；③確定對(duì)應(yīng)的電瓶；④更換符合要求的潤(rùn)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(jī)或車輛置與滿足試驗(yàn)條件環(huán)境室；②將蓄電池兩端的電壓和電機(jī)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(zhǔn)確，采樣信號(hào)是否正常；④啟動(dòng)采樣程序；⑤發(fā)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)或車輛；⑥采集足夠的數(shù)據(jù)后停止發(fā)動(dòng)；⑦處理數(shù)據(jù)；⑧進(jìn)行下一個(gè)溫度點(diǎn)的測(cè)量。
　　
　　4 試驗(yàn)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(dòng)曲線，即可得到某1.8T 4缸汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載采集曲線。
　　4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載采集曲線
　　
　　
　　紅色的曲線即起動(dòng)電機(jī)拖動(dòng)內(nèi)燃機(jī)時(shí)的電流曲線，我們計(jì)算在起動(dòng)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(jì)算出蓄電池內(nèi)阻，計(jì)算的內(nèi)阻為10mΩ。拖動(dòng)的轉(zhuǎn)速我們可以利用之前討論的內(nèi)燃機(jī)工作原理獲知4缸4沖程內(nèi)燃機(jī)每2個(gè)壓縮壓縮波形內(nèi)燃機(jī)旋轉(zhuǎn)1周的原理來(lái)計(jì)算。
　　我們測(cè)得起動(dòng)的0-5秒內(nèi)有34個(gè)波形，并根據(jù)公式：波形數(shù)/2/拖動(dòng)時(shí)間*60 計(jì)算得內(nèi)燃機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)速為 34/2/5*60=204轉(zhuǎn)。這樣我們就獲得了后續(xù)試驗(yàn)和計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)：蓄電池內(nèi)阻為10mΩ，拖動(dòng)電流1