劉光明，劉永亮，肖　薇，沈振華

（1.北汽福田汽車股份有限公司，北京　102206；2.上海聯(lián)合汽車電子有限公司，上?！?00000）

Liu Guangming1，Liu Yongliang1，Xiao Wei1，Shen Zhenhua2

?

某發(fā)動機熱啟動困難問題分析

劉光明1，劉永亮1，肖薇1，沈振華2

（1.北汽福田汽車股份有限公司，北京102206；2.上海聯(lián)合汽車電子有限公司，上海200000）

Liu Guangming1，Liu Yongliang1，Xiao Wei1，Shen Zhenhua2

摘要：文中針對搭載某款汽油發(fā)動機的車輛在市場上出現(xiàn)熱啟動困難問題進行調(diào)查和分析，對影響此發(fā)動機啟動困難的幾個關(guān)鍵因素進行試驗對比分析，最終鎖定產(chǎn)生這種現(xiàn)象的根本原因，并通過對發(fā)動機標(biāo)定策略的調(diào)整，解決搭載該款發(fā)動機車輛的熱啟動問題。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機；熱啟動；因素；分析；測試

0　引　言

搭載某款汽油發(fā)動機的車輛偶發(fā)啟動不良，且故障均發(fā)生在熱啟動[1]情況下，冷啟動情況下基本不發(fā)生。故障現(xiàn)象為：開車一段時間后（發(fā)動機水溫達到80℃以上），在一地點熄火后停留一段時間（一般10～50min不等），再進行啟動時，一般情況下一次打火不能順利啟動。維修站等通過更換燃油泵、調(diào)節(jié)器、管路以及前艙線束等多種方式進行嘗試性排查，但故障仍未消除。

1　原因分析

根據(jù)問題的描述，初步判定為發(fā)動機溫度或靜置后的停放時間對發(fā)動機啟動的直接關(guān)聯(lián)因素產(chǎn)生了影響。

通過對圖1中列出因素中的啟動機和啟動時的電池電壓進行測試，更換新的點火線圈、火花塞和高壓接桿，斷開曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)和進氣系統(tǒng)的連接等的排除，故障依然存在。因此著重對圖1中的其他關(guān)聯(lián)因素進行分析排查。

圖1　關(guān)聯(lián)系統(tǒng)及因素

1.1缸壓

發(fā)動機缸壓直接決定著壓縮終了時混合氣溫度，對混合氣的點燃和燃燒有著重要影響，在壓縮比一定時，缸壓的大小主要取決于氣缸的密封性[2]。各缸換裝爆壓火花塞，監(jiān)測各缸爆壓。在故障易復(fù)現(xiàn)的相同溫度點附近，連續(xù)拖動發(fā)動機3～5s，測量4種不同（失效）模式下的缸內(nèi)壓力，具體統(tǒng)計結(jié)果見表1。根據(jù)前期啟動標(biāo)定數(shù)據(jù)，此款發(fā)動機的壓縮比為10，缸壓需在1100kPa以上比較容易啟動，由表1可知，發(fā)動機熱啟動困難時，缸壓正常。

表1　4種不同模式下的缸壓kPa

1.2供油系統(tǒng)壓力

燃油供給系統(tǒng)配置的可燃混合氣，對發(fā)動機在壓縮終了點火燃燒起到關(guān)鍵作用。因此需著重對燃油系統(tǒng)的保壓能力和對噴油器前的油軌處壓力進行測試驗證，防止車輛停放一段時間后因供油系統(tǒng)壓力泄漏造成啟動困難。

1）燃油系統(tǒng)管路保壓能力測試

為了排除燃油系統(tǒng)上的個別零部件失效造成熱啟動問題，對故障車上的燃油泵進行測試，燃油泵低壓啟動性能、保壓性能均符合要求。同時為了排除燃油系統(tǒng)上的管路密封不嚴，在調(diào)壓閥和汽油濾清器之間串聯(lián)上燃油壓力表，對進油軌前的燃油系統(tǒng)部分保壓能力進行測試，發(fā)現(xiàn)剛熄火瞬間的壓力為320kPa，20min后的壓力為270kPa。此測試結(jié)果顯示，燃油系統(tǒng)的保壓符合20min保持80％的壓力這一燃油系統(tǒng)保壓要求。

2）油軌處壓力

在油軌進口處安裝精密壓力傳感器，在相同的溫度點附近（故障易復(fù)現(xiàn)的溫度點），保持相同的節(jié)氣門開度，測量3種模式下的油軌壓力。

圖2中（c）與（a）、（b）曲線對比可以看出，啟動時間長的故障發(fā)生時，軌壓數(shù)據(jù)值在正常范圍內(nèi)，無異常；油軌壓力出現(xiàn)和轉(zhuǎn)速對應(yīng)的壓力脈動次數(shù)，證明噴油器有開啟；對于啟動直接相關(guān)的啟動轉(zhuǎn)速[2]240r/min也處于合理范圍。此外，若燃油系統(tǒng)保壓出現(xiàn)問題，冷啟動時，由于發(fā)動機停放的時間更長，冷啟動的啟動困難會更明顯，這進一步說明車輛熱啟動困難與燃油供給系統(tǒng)關(guān)聯(lián)不大。

圖2　3種不同模式下的油軌壓力變化

1.3電控信號

在發(fā)動機啟動時，電控系統(tǒng)通過對相關(guān)信號的綜合判斷和計算，確定噴油器的開啟和持續(xù)時間[3]。其中發(fā)動機轉(zhuǎn)速和凸輪軸傳感器用于監(jiān)測曲軸和凸輪軸的瞬態(tài)位置，以滿足ECU決定點火、噴射的定時和脈寬需要[4]。因此對發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號（曲軸轉(zhuǎn)速）、凸輪軸及噴油時刻等進行采集和分析。

從圖3可以看出，啟動困難時，ES1000設(shè)備實測凸輪軸信號輪下降沿：105，285，465，645；其理論的凸輪軸信號輪下降沿：106，285，466，645；進氣相位由于裝配誤差允許偏差±1.5，因此，以上的實測值符合理論值。

圖3　凸輪軸信號PG、轉(zhuǎn)速信號DG、噴油信號EV1

噴油相位理論350，實測354，啟動階段允許噴油相位偏差±10，因此，噴油時刻也正確。同時從圖4的對比可以看出，啟動困難時的點火角和正常啟動時相同，點火時刻正確。

圖4　不同情況下的點火時刻

1.4混合氣

基于以上分析和排查，排除上述零部件及系統(tǒng)等的問題，目前焦點主要集中在混合氣方面。在進氣歧管穩(wěn)壓腔安裝LA4（寬氧傳感器），分別在相同的溫度點72℃條件下進行啟動測試，保持相同的節(jié)氣門開度，測量空燃比在熱啟動困難和正常啟動過程的變化，如圖5所示。

圖5　不同模式下的啟動過程

由圖5（a）可知，熱啟動困難時間為4.6s，啟動前空燃比為7，而在長達3.5s時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速一直保持200r/min左右。之后空燃比隨轉(zhuǎn)速也下降至3.5左右，且兩者進行同步波動，直至啟動成功，空燃比才向2平緩過渡。圖5（b）正常啟動時，啟動時間0.7s，啟動前空燃比為32，空燃比在拖動過程中迅速下降并向2過渡。

可以看出由于啟動前空燃比的不同造成啟動過程中波動變化差異較大，而啟動之前的空燃比表征了新鮮空氣的含量，空燃比越小說明啟動前的新鮮空氣越少，而廢氣越多。

為進一步對啟動前空燃比對啟動的影響進行確認驗證，在不同水溫下做了22次熱啟動。發(fā)現(xiàn)在啟動困難時，啟動之前的進氣歧管內(nèi)的空燃比λ偏小。而啟動正常時，啟動之前的進氣歧管內(nèi)的λ均在10以上。這表明啟動前進氣歧管內(nèi)的氣體狀態(tài)不同造成了熱啟動困難。而啟動前氣體的來源主要為曲軸箱廢氣、進入的新鮮空氣及缸內(nèi)廢氣的回流。在斷開曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)的情況下，故障仍然存在，故認為缸內(nèi)廢氣的回流造成了熱啟動困難。而冷啟動時，由于停放的時間較長，回流的缸內(nèi)廢氣在較長時間內(nèi)擴散到更為廣闊的空間，其所占比例降低，對啟動的影響變小，故冷啟動發(fā)生啟動困難的情況極少。

2　解決措施

基于以上測試分析，在某些情況下停機時有發(fā)動機的殘余廢氣通過氣門系統(tǒng)的間隙滯留在進氣管道中。由于熱機啟動時啟動間隔時間較短，殘余廢氣無法得到有效的釋放，造成再次啟動時的啟動困難。為了保證在啟動時進氣歧管內(nèi)充滿足夠的新鮮空氣，從標(biāo)定上更改發(fā)動機停機控制策略，增加停機后電子節(jié)氣門開啟時間和開度控制，避免發(fā)動機回氣在進氣歧管和進氣系統(tǒng)的滯留現(xiàn)象發(fā)生。驗證效果良好，偶發(fā)的熱啟動困難現(xiàn)象沒有再出現(xiàn)。

參考文獻

[1]李永鋒.陳國華，黃永軍，等.發(fā)動機啟動過程的性能研究[J].內(nèi)燃機與配件，2015（05）：6-9.

[2]衣娟，郭慶梁.影響發(fā)動機啟動性能的主要因素分析[J].拖拉機與農(nóng)用運輸車，2007（06）：96-98.

[3]周龍保.內(nèi)燃機學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]章健勇，陳林，位正，等.基于Atmega88的發(fā)動機轉(zhuǎn)速模擬系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008，34（02）：42-44.

收稿日期：2015?09?25

中圖分類號：U464.142

文獻標(biāo)志碼：A

DOI：10.14175/j.issn.1002-4581.2016.01.012