直喷式发动机的运行状态及起动辅助系统

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：②起动辅助系统：直喷式发动机对进气进行预热或使用预热塞。根据各种教材的叙述，有时把所有的无负荷运行状态统称为怠速，此时把最大无负荷界限转速称为上限怠速转速。

发动机的运行状态可以分为起动、无负荷（怠速）、全负荷、部分负荷以及运行状态之间的转换等很多种状态。

1.起动

发动机的起动包括转动、点火、自运行阶段。燃烧是在压缩过程形成高温、高压的空气中喷射燃油并自发着火开始。柴油的自发着火温度大体上为250℃。

（1）起动带来的问题柴油机压缩过程末期的空气状态应达到冷起动或低速转动状态也能自发着火的充分高的温度。起动时的影响因素有：

①低速时：发动机转速越低，压缩过程末期的空气压力和温度越低，如图6-1所示。这是因为通过活塞与气缸壁之间的间隙泄漏压缩空气，并且在起动初期不能起到润滑作用。另外，在压缩过程期间因存在热损失，最大压缩空气温度会在上止点（TDC）前几度位置出现，如图6-2所示。

图6-1 随发动机转速的压缩压力和温度

图6-2 冷起动时随曲轴角度的压缩温度

②低温时：在压缩过程期间热损失会较大。对于冷却损失，燃烧室表面积较大的分离式（IDI）比直喷式（DI）更大。

③摩擦：发动机机油的温度越低其黏度越大，因此发动机的机械摩擦在低温状态下更大。

④起动机的转速随温度的下降而减小。这是因为蓄电池电压随温度的下降而降低所致。

（2）提高冷起动性能对策为了提高冷起动性能，可以采取很多种方法：

①燃油修正：通常，为了防止在低温状态析出石蜡晶体，使用滤清器加热器或燃油加热器。

②起动辅助系统：直喷式发动机对进气进行预热或使用预热塞。分离式使用预热塞。这有助于燃油的气化和空气燃油的混合。

③喷射适应：在冷起动喷射时，为了补偿燃油凝缩、泄漏损失和提高发动机转矩，执行过剩燃油喷射控制。

另外，为了在最大压缩温度的上止点（TDC）可靠点火和补偿点火延迟，需要精确调整燃油喷射时间的提前角，即对喷射时间进行修正。如果喷射过早，燃油在燃烧室壁上冷凝，仅部分燃油气化，使空气温度下降；相反地如果喷射过迟，因在做功过程中点火，不能充分对活塞做功。

2.无负荷

无负荷表示发动机运行状态为仅提供克服摩擦力所需动力的运行状态，因此，在无负荷状态不产生输出转矩（旋转力）。因加速踏板可以放在任意位置，因此在发动机的所有转速范围内可以出现无负荷状态。

怠速（或空转）是发动机无负荷状态能运行的最小转速状态。此状态为没有踩下加速踏板的状态，因此不产生输出转矩。根据各种教材的叙述，有时把所有的无负荷运行状态统称为怠速，此时把最大无负荷界限转速称为上限怠速转速。

3.全负荷

全负荷运行是完全踩下加速踏板的运行状态，或调速器（燃油供给装置）独立在燃油供给量上限运行的状态。燃油喷射量会处于最大喷射量，发动机在正常状态下输出最大转矩。全负荷运行状态从怠速转速开始到瞬间最大转速的所有转速范围内都可以出现。

4.部分负荷

部分负荷是无负荷与全负荷之间的状态，输出转矩（或输出功率）可以从零到最大。柴油机在部分负荷状态燃油经济性比汽油机优秀，但是在冷态时出现的柴油机爆燃现象会成为问题。目前，采用预喷射方式的柴油机几乎不发生爆燃现象，因此可以作为乘用车用发动机。

车速和负荷越低气缸内空气的压缩温度越低。与全负荷状态相比，低负荷时的燃油供给量少，温度上升缓慢，因此燃烧室的温度相对较低，且加热缓慢。分离式柴油机因表面积大，热损失也大，因此该现象更加明显。发动机的温度越低，燃油的着火时间越迟，如果快速提高燃烧室的压力，有可能导致柴油机爆燃发生。

低负荷时，预喷射类型柴油机的预喷射量为几毫升。发动机的燃烧最高温度（或最大压力）会出现在上止点前（ATDC）10℃A左右的位置。电控柴油机为了燃烧最高温度出现的位置与此位置同步，以防止柴油机爆燃的发生，精密控制燃油喷射时间和喷射量，大大降低了柴油机爆燃的发生倾向。

5.运行状态之间的转换

发动机的反应特性可以用特性数据曲线或模型数据进行定义。这是因当负荷、发动机转速、加速踏板位置等发生变化时，发动机的运行状态（输出功率和输出转矩）也随之发生变化。

如图6-3所示为当加速踏板位置从40%～70%发生变化时，发动机转速的变化状态。在图中从点A的起动开始到部分负荷点D为止，要通过全负荷曲线点B和点C到达，发动机转速从n_A增加到n_D。