黃先科

某柴油車低溫冷起動性能試驗測試方法

黃先科

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

低溫冷起動性能是汽車環(huán)境適應(yīng)性中的一項重要指標，文章以某款柴油車為例，針對整車采取?41 ℃冷起動附加措施，在低溫環(huán)境艙內(nèi)進行了一系列試驗研究，找到了影響試驗成功的關(guān)鍵因素并逐一驗證、排查和整改，并最終達成了此項性能指標。整個冷起動試驗過程為首先對車輛蓄電池、起動機硬件配置，以及機油、機濾、燃油、柴濾、冷卻液等液體進行低溫流動性檢查，然后再進行試驗人員和試驗步驟安排，最后進行發(fā)動機進氣預(yù)熱、噴油軌壓、機油壓力、起動機拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、發(fā)動機出水溫度等參數(shù)測量和記錄，同時進行第一次冷起動試驗失敗后的分析、排查、整改和驗證，以及第二次冷起動試驗的成功完成。本次?41 ℃冷起動試驗為柴油車低溫冷起動試驗的實施和整改提供了一個很好的思路和方法。

低溫冷起動性能試驗；柴油車；低溫環(huán)境艙；冷起動附加措施

低溫冷起動會造成潤滑油等液體粘度增加，從而導(dǎo)致發(fā)動機起動阻力變大、蓄電池放電能力下降，以及柴油燃燒性能變?nèi)醯纫幌盗袉栴}，尤其是國內(nèi)東北部分寒區(qū)環(huán)境溫度甚至達到?40 ℃，對車輛的冷起動性能提出了非常嚴峻的考驗。

為滿足客戶對本項目特種柴油車低溫起動性能的要求，對照《汽車起動性能試驗方法》（GB/T 12535）和《汽車發(fā)動機性能試驗方法》（GB/T 18297），提出了?41 ℃整車采取冷起動附加措施，車輛能夠順利起動的目標[1]。

本柴油車在進行?41 ℃冷起動試驗前，已進行多次?30 ℃冷起動試驗，在試驗過程發(fā)現(xiàn)和解決了一些未提前發(fā)現(xiàn)的問題，如蓄電池未充電至滿電狀態(tài)，導(dǎo)致起動時蓄電池放電能力不足、燃油管接頭在低溫下漏油、發(fā)動機監(jiān)測電腦在低溫環(huán)境艙內(nèi)長時間工作，電腦自動關(guān)機后無法再起動，從而引發(fā)未完成發(fā)動機試驗數(shù)據(jù)監(jiān)測等。因此，在?41 ℃冷起動試驗時對上述問題都進行了檢查和預(yù)防。

1 冷起動性能試驗原理

根據(jù)《汽車起動性能試驗方法》（GB/T 12535）要求，汽車起動性能試驗分為一般起動性能和低溫冷起動性能兩種，其中根據(jù)整車冷起動時是否需要使用輔助加熱裝置對冷起動進行再區(qū)分[2]。特種車行業(yè)中，一般情況下，若環(huán)境溫度為-30 ℃以上，要求整車不使用輔助加熱裝置能夠起動；-30 ℃以下則要求整車使用輔助加熱裝置能夠起動，并將其作為檢驗特種車冷起動性能的一個重要溫度指標。

低溫時汽車起動阻力變大，影響起動性能的因素大致分為車內(nèi)各種液體（機油、燃油、液壓油、冷卻液、動轉(zhuǎn)油、變速箱潤滑油）在低溫下的流動性、蓄電池低溫放電能力（蓄電池選型容量、蓄電池低溫放電能力、蓄電池電量）、起動機功率，以及低溫對發(fā)動機起動性能的影響，如曲軸旋轉(zhuǎn)阻力加大、缸內(nèi)燃燒困難等。

檢驗汽車冷起動性能的主要試驗方法為采用低溫環(huán)境艙試驗。由于各發(fā)動機廠家在低溫冷起動領(lǐng)域已經(jīng)有非常深入的研究，發(fā)動機起動相關(guān)硬件配置和軟件控制程序均有成熟的設(shè)計開發(fā)經(jīng)驗，并在發(fā)動機定型量產(chǎn)前已按《汽車發(fā)動機性能試驗方法》（GB/T 18297）完成了低溫環(huán)境艙試驗[3]。本文主要針對一款特種車在-41 ℃低溫環(huán)境艙下，通過對整車配置的低溫液體、輔助加熱裝置和蓄電池狀態(tài)進行改進和優(yōu)化，并對其冷起動性能進行多次試驗研究，以完善整車冷起動性能試驗流程。

2 -41℃冷起動試驗

2.1 試驗條件

本車配置10 kW液體加熱器、8.5 kW減速型起動機，相比常規(guī)重型柴油車常用的5.5 kW或6 kW起動機，功率匹配滿足使用要求，同時選用220 Ah大容量蓄電池（與競品同類車型的蓄電池容量一致），低溫放電能力測試滿足GJB 516B對低溫放電能力的要求[4]。

車輛試驗前，首先更換-41 ℃低溫用的機油、機濾、燃油、柴濾和冷卻液，同時確認液壓油、冷卻液、動轉(zhuǎn)油、液力自動變速箱（Automatic Transmission, AT）、潤滑油是否滿足-41 ℃流動性要求，然后確保整車車輛狀態(tài)良好，發(fā)動機能正常起動，儀表顯示無故障燈。整車各線路、管路連接可靠，無虛接漏接、漏油、漏氣、漏水等現(xiàn)象，同時確認發(fā)動機進氣預(yù)熱、液體加熱器、電瓶加熱、柴濾加熱、燃油加熱各項輔助加熱裝置功能正常，蓄電池滿電，且準備一組備用蓄電池。

2.2 試驗規(guī)范

發(fā)動機、起動機等相關(guān)電氣工程師提前連接和調(diào)試檢測設(shè)備、線束、傳感器等，測試一次常溫起動，確保起動電壓、電流、溫度等參數(shù)均能正常讀取。所有試驗參與人員需明確以下的-41 ℃起動試驗步驟：

1）車輛靜置，發(fā)動機機油溫度與環(huán)境溫度一致，即（-41±2）℃；2）在環(huán)境倉外連接測試設(shè)備；3）打開數(shù)據(jù)記錄軟件，開始記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，并保證測試設(shè)備運行良好；4）車輛開起冷起動附加措施：液體加熱、燃油加熱和電瓶加熱20 min；5）駕駛員準備起動車輛，進氣預(yù)熱指示燈提示預(yù)熱完成后，進行點火起動，起動機拖動發(fā)動機至發(fā)動機能夠自行運轉(zhuǎn)，即為起動成功，但最長拖動時間不得超過30 s，若期間有斷續(xù)起動聲，可延長拖動時間，但不得超過15 s；6）如果車輛起動失敗，需要間隔2 min后，再進行起動；如果車輛連續(xù)3次無法起動成功，不再進行起動操作；7）車輛起動成功后，怠速運轉(zhuǎn)10 min，記錄水溫和機油溫度隨時間的變化曲線；8）測試結(jié)束，停止數(shù)據(jù)記錄。

2.3 冷起動試驗分析

2.3.1試驗過程

本次-41 ℃冷起動試驗共進行3次，每次間隔2 min，共耗時28 min，且3次均未起動成功，其中第3次為并聯(lián)兩組蓄電池。第1次起動時長為25 s，起動階段的大部分時間中拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速僅為 100 r/min，且無著火跡象，僅在最后幾秒內(nèi)，有4 次轉(zhuǎn)速超過 120 r/min，發(fā)動機出現(xiàn)著火跡象，隨后起動停止；第2次起動時長為23 s，拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速最高僅為80 r/min，且發(fā)動機無著火跡象，主要原因為第1次起動對蓄電池電量有所消耗；第3次加并一組蓄電池后起動時長為25 s，拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速最高僅有 110 r/min，發(fā)動機無著火跡象，但蓄電池電壓充足，因此，排除蓄電池對其的影響，相關(guān)試驗數(shù)據(jù)如表1—表3所示[5]。

表1 第1次冷起動試驗數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱參數(shù)值 初始溫度/℃機油-41.5 暖風進水-41.9 暖風出水-42.0 環(huán)境-42.6 起動參數(shù)初始電壓/V 25.8 最低電壓/V 14.6 起動時間/s 30.1 試驗結(jié)果 NO

表2 第2次冷起動試驗數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱參數(shù)值 初始溫度/℃機油-41.1 暖風進水-38.7 暖風出水-37.9 環(huán)境-41.3 起動參數(shù)初始電壓/V23.5 最低電壓/V14.4 起動時間/s30.5 試驗結(jié)果 NO

由3次起動試驗采集的數(shù)據(jù)分析可知，發(fā)動機進氣預(yù)熱、噴油軌壓、機油壓力、起動機等功能均正常，但發(fā)動機出水溫度無顯著提升，3次起動水溫僅從-41 ℃提升到-38 ℃，液體加熱效果差。因此，可以推斷拖轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速無法持續(xù)提升，從而導(dǎo)致發(fā)動機無法自行點火和運轉(zhuǎn)的主要原因為液體加熱效果差。

表3 第3次冷起動試驗數(shù)據(jù)（加并一組蓄池）

參數(shù)名稱參數(shù)值 初始溫度/℃機油-40.9 暖風進水-38.5 暖風出水-37.9 環(huán)境-41.0 起動參數(shù)初始電壓/V 23.8 最低電壓/V 17.8 起動時間/s 31.1 試驗結(jié)果 NO

2.3.2-41 ℃冷起動影響因素排查

本次液體低溫流動性驗證通過采集各種液體樣本進行，從上述冷起動試驗時檢測的各項數(shù)據(jù)可以看出，各種液體在低溫流動性未得到驗證，需要逐一排查和確認。試驗結(jié)果顯示，-50#柴油、L-HS 46#（NAS7）液壓油、-45#冷卻液、ATF3動轉(zhuǎn)油和AT潤滑油在-41 ℃條件下均流動性正常，且無粘稠現(xiàn)象；0W-30機油在-41 ℃環(huán)境下粘稠、流動性差，且已呈現(xiàn)出膠狀，其流動性已無法滿足要求；選用2602-JY-50機油，在-41 ℃環(huán)境下流動性均良好，隨后在實車上將0W-30機油更換為2602-JY-50機油[6]。

2.3.3?41℃冷起動影響因素驗證

在確認液體加熱效果差后，對液體加熱系統(tǒng)進行全面排查，液體加熱器出水經(jīng)過空調(diào)暖風水路，進入駕駛室后通過暖風水閥、散熱器后回到發(fā)動機，其水路長、阻力大，且熱水僅經(jīng)過發(fā)動機機體前端部分，對發(fā)動機6個汽缸的預(yù)熱效果差。

為了改進液體加熱效果，重新確定液體加熱后的發(fā)動機機體進水口和回水口位置，液體加熱器由串聯(lián)在空調(diào)暖風水路改為直接串聯(lián)在發(fā)動機機體水路中，其循環(huán)短；改進后，液體加熱器從發(fā)動機機體上方缸蓋水套取水，從發(fā)動機機體中間3缸處回水，加熱后的液體能同時經(jīng)過發(fā)動機6個汽缸缸套，保證了各缸的加熱效果和均勻性[7]。

經(jīng)測試，在-30 ℃環(huán)境下液體加熱器工作10 min，則發(fā)動機進水溫度從-30 ℃提升到8.5 ℃，發(fā)動機出水溫度從-30 ℃提升到-7.2 ℃，加熱效果良好。

2.4 整改后冷起動試驗結(jié)果

整改后再次進行-41 ℃冷起動試驗，點火9.5 s一次起動成功，然后發(fā)動機怠速運行10 min未出現(xiàn)異常，本次-41 ℃冷起動試驗成功完成，整改后冷起動試驗數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 整改后冷起動試驗數(shù)據(jù)

參數(shù)名稱參數(shù)值 機油溫度/℃加熱器出水溫度/℃發(fā)動機出水溫度/℃-41.4 -41.3 -41.2 初始電壓/V最低電壓/V起動時間/s 25.3 12.8 9.5 預(yù)熱時間51.0 試驗結(jié)果 OK

液體加熱器工作20 min后，發(fā)動機進水溫度為24.8 ℃，出水溫度為14.1 ℃，加熱效果非常好。通過液體加熱改前和改進后的數(shù)據(jù)曲線，可以看出改進前的發(fā)動機進水溫度高于改進后的發(fā)動機進水溫度；改進前的發(fā)動機出水溫度低于改進后的發(fā)動機出水溫度，改進后的水路加熱效果更好，改進前后-41 ℃液體加熱發(fā)動機進回水溫度變化如圖1所示。

圖1 改進前后-41℃液體加熱發(fā)動機進回水溫度變化

3 結(jié)論

本柴油車通過開展多輪次的冷起動試驗，對影響試驗成功的關(guān)鍵因素逐一驗證、排查和整改，達成了-41 ℃環(huán)境下的冷起動性能指標。同時，建立和逐步完善了《柴油車-41 ℃冷起動試驗規(guī)范》，包括車輛進入低溫環(huán)境艙前的各項檢查和準備工作、車輛進入環(huán)境艙后各項檢測設(shè)備的確認，以及車輛在試驗過程中的操作步驟和參數(shù)記錄等，為柴油車低溫冷起動試驗的實施和整改提供了一個很好的思路和方法。

研究結(jié)果顯示，柴油車低溫起動最大的影響因素來源于蓄電池放電能力下降嚴重、機油流動性差導(dǎo)致發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)阻力大、發(fā)動機缸體溫度低和進氣溫度低導(dǎo)致柴油著火燃燒困難，以及各種難以量化的因素疊加影響。因此，車輛在遇到冷起動困難時，需要根據(jù)上述影響因素進行逐一排查和整改，從而使車輛具備更好的起動性能。

[1] 楊坤,董秀輝,王杰,等.某重型商用車冷起動試驗[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2016,37(6):28-32.

[2] 林恩景.柴油發(fā)動機不起動故障判斷與分析[J].重型汽車,2021(5):46-47.

[3] 莫瑋,鄂加強,趙延明.嚴寒條件下車輛柴油機冷起動性能研究[J].內(nèi)燃機工程,2002,23(5):65-67.

[4] 厲立波,張沛.在低溫下貨車柴油發(fā)動機的順利起動[J].內(nèi)燃機與配件,2020(23):58-59.

[5] 劉瑞林,靳尚杰,孫武全,等.提高柴油機低溫起動性能的冷起動輔助措施[J].汽車技術(shù),2007(6):5-8.

[6] 張艷輝,于翔.柴油機冷起動輔助措施的匹配優(yōu)化試驗研究[J].環(huán)境技術(shù),2016,34(1):47-52.

[7] 張平,馬榮健,王冬梅.重型越野車低溫起動技術(shù)方案探討[J].專業(yè)汽車,2005(6):38-39.

Test Method for Low Temperature Cold Start Performance of a Diesel Vehicle

HUANG Xianke

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

Cold start performance is an important indicator of vehicle environmental adaptability. Taking a certain diesel vehicle as an example, this paper takes additional measures of cold start at ?41 ℃ for the whole vehicle, conducts a series of test studies in the low-temperature environment cabin, finds out the key factors that affect the success of the test, verifies, checks and recants one by one, and finally achieves this performance index. The whole cold start test process is to first check the low temperature flow of vehicle battery, starter hardware configuration, as well as oil, filter, fuel oil, wood filter, coolant and other liquids, and then arrange the test personnel and test steps, and finally the engine intake preheating, injection rail pressure, oil pressure, starter towed speed, engine water temperature and other parameters measurement and record. At the same time, analyze, check, rectify and verify the failure of the first cold start test, as well as the successful completion of the second cold start test. This ?41 ℃ cold start test provides a good idea and method for the implementation and rectification of diesel vehicle cold start test.

Low temperature cold start performance test;Diesel vehicle;Low temperature environ- ment bin;Cold start additional measures

U467.1

A

1671-7988(2023)11-150-04

黃先科（1983－），男，工程師，研究方向為發(fā)動機匹配應(yīng)用和懸置系統(tǒng)設(shè)計，E-mail:283374752@qq.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.027