严寒的畏惧与不惧:聊聊低温与发动机的那些事

抛开学者和工程师写论文、报告的套路,随性的和大家聊聊低温天气以及极端低温天气对各种车辆发动机的影响。通篇浏览可能需要花3-5分钟,细读要10分钟左右吧。希望时间有所值。

下图是一张今年1月份的最低天气预报图,半壁以上的江山都处于0度以下,越往北气温越低的厉害,在我们的鸡冠与尾巴最低温度往往超过-40度。在东北地区,寒冷天气通常会从11月份持续到来年的4月。有的地方寒冷天气更长。

严寒的畏惧与不惧:聊聊低温与发动机的那些事

在这些地区的车辆,承载了我们的出行,保障着我们的安全:不打滑失控—EPS、雪地胎/四季胎、防滑链等配置不能少;不被严寒冻伤—空调系统是不是强劲、门窗是否漏风等;最重要的是不要半路抛锚…

这一切的前提是,你的车在经过一夜严寒彻骨、冻透之后能否可靠的点火、可靠的运行。曾看到一个评论说“冬天只要车辆能正常启动,不管启动几次,都不应该算质量问题”虽有点夸张,但有时也感同身受。

现在的汽车主机车在研发时必不可少的一个环节是冬季试验:标定匹配——启动性能的标定是最基本,除此还要进行驾驶性标定,等等不一列举。可靠性验证——标定的差不多,道路适应性试验也是不可少。这些试验都是挑最寒冷的地区进行,漠河,主机厂的试验人员是这里的常客。

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除了漠河,低温环境仓也是验证的一大阵地。车企要么自己建要么委托中汽院等有环境仓的企业进行一些验证。

牛B一些的企业,比如咨询公司AVL等(国内主要的主机厂几乎都有和AVL有过合作开发业务)在燃烧系统开发阶段可能就会考虑低温冷启动等问题,图片中是一台光学发动机冷冻到-7°进行一些开发(喷油、燃烧、混合气组织等)。国内主机厂,几乎都已经建成光学发动机或正在建设的路上,但至于用的怎么用、产生了什么样的效益,那就是冷暖自知了。这里就不多加揣测。

严寒的畏惧与不惧:聊聊低温与发动机的那些事

回到我们的主题,低温天气对发动机的影响。希望通过以下一些图片希望能够让你更加的了解,低温下我们发动机燃烧室内(简称缸内)的故事。

自然吸气发动机:汽油喷在冰冷的进气歧管上,没有足够的温度让我们的汽油吸热蒸发,只能靠汽油本生的理化特性,自我挥发。气门打开后,我们的燃油可能是成股的流进气缸,气门、缸壁、活塞顶部到处都是液态燃油…从汽油蒸馏曲线示意图来讲,我们的冷启动性能与我们用的燃料是关系最大的,中石化、中石油其实应该为低温启动问题等承担一部分责任,谁让你家的油低温特性不咋地。

严寒的畏惧与不惧:聊聊低温与发动机的那些事

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缸内直喷发动机:情况可能也好不到哪里去,甚至会更惨。高压燃油喷入缸内后,燃油直接撞击壁面,虽然高压喷射的油滴更加细小,某种程度上有助于蒸发,但是也要有热量供吸收啊,所以GDI往往会配更高的压缩比,使得压缩阶段能产生更高的温度(纯歪解,看官不要当真,高压缩比主要用于提升热效率)…

严寒的畏惧与不惧:聊聊低温与发动机的那些事

现实情况就这样,缸内很恶劣。后面就要看发动机着火后机油温度、水温的上升快慢,这也是各家功底的考校。

我们不妨做几个假设:

假设1:冷缩的效果很好、热涨效果一般

假设2:低温情况下机油粘度大,机油压力一直高压状态,pcj在使劲喷机油(pcj目的:润滑冷却活塞、但飞溅的机油很多都在缸壁上)

假设3:车辆每次开5km/10min用车完事。堵一堵也就20min

如果假设都成立,都会有哪些不良结果呢?

根据假设1,冷缩效果好,会使缸壁与活塞/活塞环间隙加大,密封效果变差。也就是说燃烧室和下面空间连通 。

根据假设1/2:机油跑到缸壁上来,间隙大了机油和汽油相遇约会的机会增多。液态燃油直通油底壳也不是什么难事了。

根据假设3:你的爱车还没暖和,你又要让它透心冻。

这些结果意味这什么:机油可以上去,自然汽油也可以下来。而且还有一点没说的,我们汽油燃烧后什么成分含量最多?H2O,部分的水汽遇到冷的部位是要产生水滴的,水与汽油、机油三角关系从这里开始,爱恨交缠。

“爱就像那一把火”,寒冷的冬天,缺的正是这把火。温度够了,水汽、汽油也就劳燕分飞了。而我们车辆发动机最佳的水温、机油温度一般控制在90°C/100°C左右,也是只有在这个温度范围,在低温状态下混入机油中的汽油、水分才能蒸发并通过曲通系统再进入燃烧进行燃烧以及排走。

所以,最后一段忠告说与我们广大寒冷地区的朋友们:请爱护的你的爱车,冬季如果长期短途驾驶,不管您的爱车是自然吸气发动机还是缸内直喷发动机,都请跑一跑高速,半个小时-1个小时。1周一次或2周一次,这是对您爱车最大的关怀。

备注:本文所有图片来源于公开发表的新闻、照片、文献等,如有冒犯还请海涵。


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