燃油動力汽車啟動系統知識普及:啟動原理/冷啟動/原地熱車概念

2021-01-08 汽車科學島

說明:解析這一問題需要基於發動機「啟動系統」的機械原理,在掌握啟動原理的知識後,對於很多依靠經驗積累的錯誤用車知識會有顛覆性的認知。比如高頻率啟動發動機的影響,啟動失敗是否會傷車,啟動後是否需要原地熱車,啟動會後應該如何正常駕駛車輛才能起到「保養作用」等,下面從基礎的啟動原理開始講解。

01電啟動

蓄電池起動機內燃機(發動機)汽車啟動系統的基礎總成為上述三類,關鍵詞為:電啟動。燃油動力汽車裝備的發動機為活塞往復循環內燃式熱機,這是一種通過燃燒燃油產生熱能,將熱能轉化為機械能的機器!——內燃機運轉的基礎為燃燒燃油,但是在熄火時噴油嘴與火花塞是不工作的,同時發動機也無法吸入空氣;沒有空氣助助燃燃油則沒有熱能,所以內燃機依靠自身是無法「自行啟動」的,想要啟動就得依靠「起動電機」。

知識點:擰下鑰匙或按下一鍵啟動開關,這一動作的本質是為起動電機「通電」,指蓄電池為電機供電。電機通電後會通過單向離合器推動「電機小齒輪」,齒輪會與發動機飛輪的圈齒結合(飛輪與內燃式發動機曲軸連接-為發動機動力輸出端)。此時電機在電流形成的電磁場作用下會開始轉動,小齒輪與飛輪結合則會帶動內燃式發動機轉動,飛輪曲軸旋轉的同時會開始吸氣與噴油,在轉速達到「600rpm」左右後點火做功,產生的動力足以推動曲軸飛輪「自運轉」,這就是啟動的流程。

趣味問題1:啟動中斷會損傷發動機或起動電機嗎?標準答案為:不會。原因為啟動中斷或失敗後,鬆開鑰匙或開關的瞬間,起動電機會斷電。此時電磁離合器分離則電機小齒輪與飛輪圈齒分離,兩者各自依靠慣性短時間運轉是不會存在一般概念的「損傷」的。至於冷啟動發動機是否存在磨損,這一問題的答案需要放在第二節解釋,基本程度為【忽略不計】。

趣味問題2:頻繁啟動或「重複」啟動存在損傷嗎?高頻率的熄火與啟動,對於電動機和發動機的磨損同樣可以忽略不計,但是對於蓄電池(啟動電瓶)確實會有損傷。因為內燃式發動機的運行阻力非常大,通過電動機啟動發動機是一項很重的「體力活」,這就像利用「搖把啟動發動機會很累」一樣,電啟動只是為了節省體力。那麼電啟動就會消耗很大的電流,基本為每秒鐘數百甚至上千庫倫,高頻率啟動會快速消耗電瓶電量,這對於電瓶的使用壽命會有影響。至於在已經啟動後再次「點火」,這種情況會造成「打齒」,因為啟動電機的小齒輪「伸出」後無法與飛輪圈齒結合,兩者會出現短暫的磨損;偶爾一次的錯誤操作沒有什麼問題,但不宜高頻率嘗試哦。

02汽車啟動後應該如何用車才不傷車?

啟動失敗再啟動_磨損嚴重嗎?啟動後原地熱車_等待潤滑有必要嗎?上述兩大問題是諸多新手司機最為糾結的問題了吧。解析這一問題實際非常簡單:了解內燃式發動機的潤滑系統特點即可找到答案。內燃式熱機在運行中會產生振動,活塞氣缸、氣門曲軸等結構均存在物理接觸;金屬之間的運動接觸必然存在磨損,想要延緩磨損則需要潤滑油進行高效潤滑——啟動發動機似乎沒有潤滑吧?這種說法是錯誤的,參考下圖結構。

知識點:機油(潤滑油)在內燃式發動機中有兩種潤滑模式:壓力潤滑,噴射(飛濺)潤滑。實現各處有效潤滑的基礎是「形成油壓」,帶來油壓的是發動機機油泵。

「機油泵」的動力源來自發動機曲軸,或者說機油泵是由發動機曲軸帶動運轉。發動機在利用電機啟動的瞬間,其轉速可以快速的達到「600rpm」;轉速的概念是曲軸每分鐘旋轉的次數,試想在啟動過程中曲軸就能為機油泵帶來足夠大的動力,形成的油壓難道不能滿足「啟動潤滑需求」嗎?所以正常啟動發動機確實存在磨損,但是「冷磨」的時間與程度是遠低於想像的。

原地熱車-等待潤滑有效形成?相信這一問題已經不用再解釋了,上述知識點已經能明確說明冷啟動後是否需要「原地等待形成潤滑」。內燃機啟動後基本在「3秒左右」即可建立機油潤滑系統,所以原地熱車真的沒有任何必要,而且也真的會讓內燃機的工況「變差」,因為冷啟動會「加油噴油」造成燃燒不充分。

知識點:冷啟動的「冷」指的並不是環境溫度,而是發動機機體與防凍冷卻液的溫度。長時間熄火後機體與液體的溫度會降低至與環境溫度相同,而內燃機的理想運行溫度會在「90~120℃」區間。兩者之間巨大的溫差就是「冷」的概念,這會造成內燃機啟動運行後,相對低溫的機體與液體會吸收燃燒時產生的熱能,但是這些熱能是應該轉化為動力的部分,也就是說因為「冷啟動-吸熱冷卻」造成了動力的下降,車輛的駕駛體驗會變得很差,但這種問題並不會出現。

圖1:機體吸熱概念

圖2:防凍冷卻液吸熱概念

「熱能補償」-ECU加濃噴油,在冷啟動的過度冷卻動力損耗階段,ECU行車電腦會主動提升轉速(進氣量)與噴油量,以燃燒更多燃油產生「冗餘熱能」為基礎,補償被機體和液體冷卻的部分,這就保證了冷啟動時動力是正常水平。但是「冗餘」的部分並不真的是熱能,而是「冗餘噴油」,概念為主動過量噴油以保證產生的熱能足夠多。但是空氣燃料比(空燃比)是固定的14.7:1,過量噴油會造成沒有足夠的氧氣為燃油助燃,結果則會出現「燃燒不充分」的狀態,這種燃燒狀態會產生過量的游離碳顆粒,與膠質、雜質、水蒸氣等物質混合後會形成【積碳】。

總結:正常啟動發動機的磨損可以忽略不計,偶爾的錯誤啟動或啟動失敗也沒有問題,因為只要內燃機開始運轉就會同步形成潤滑。至於啟動後是否需要原地熱車,相信沒有什麼需要糾結了的吧;想要不因為原地熱車導致積碳大量積累,最合理的用車方式是啟動後隨即正常駕駛,利用行駛中每分鐘平均1000~2000次的燃燒做功,產生的熱量能夠更快的為機體和防凍冷卻液升溫,以實現降低「加濃噴油」的幾乎雙倍噴油的時間,實現節油減排的目的,供參考。

編輯:天和Auto-汽車科學島

責編:天和MCN

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