汽车低温启动装置测试方法的研究

付红雷（辽河油田公司质量节能管理部）

汽车低温启动装置测试方法的研究

付红雷（辽河油田公司质量节能管理部）

汽车低温启动装置的实施有效解决了冬季生产过程中特种车启动难、升温慢、发动机磨损等问题，但如何准确地评价其节能效果是节能测试过程中的关键。通过对汽车与低温启动装置工作原理的研究，确定了以润滑油为切入点，用润滑油作为被加热介质来计算热量变化，进而得出节能率，以此判定低温启动装置的节能效果，为节能管理部门提供技术支持。

机动车辆 低温启动 测试方法 节能率

辽河油田地跨辽宁、内蒙古两省，属季风半湿润海洋性气候，冬季气温最低达到-30℃左右。油罐车、吊车、作业机等以柴油为燃料辅助油田生产的特种车辆，在冬季生产中机油动力黏度增大，流动性变差，车辆存在着启动难、升温慢、发动机磨损等问题。而汽车低温启动装置与发动机冷却液循环系统相连接，具有预热发动机和整车燃油系统的功能，有效解决了特种车在冬季启动困难、怠速升温慢等问题，具有较好的节能效果。但如何准确地评价该装置的节能效果，为节能管理部门统计节能量提供依据，是节能监测部门亟待解决的问题。

1 汽车低温启动装置

汽车低温启动装置（图1）是汽车的一个附加装置。它有一套独立的加热系统，通过车载电瓶为热源动力，燃烧汽车自身的燃油产生热量，经由车辆冷却系统传递热量对发动机进行预热，减少柴油机启动后怠速升温的环节；当发动机启动后，加热器关闭。

当发动机停止运转并静置一段时间后，发动机内部各个摩擦界面上的润滑油将回流到发动机的油底壳中。发动机的温度也由原来的正常工作温度变为常温，也就是自然温度。在这种情况下重新启动发动机，就叫做冷启动。冷启动又可分为常温冷启动和低温冷启动。

根据《汽车起动性能试验方法》[1]标准中的要求，当发动机启动和暖机后，汽车怠速达到正常怠速值，用最低档能正常起步，汽车能平稳加速，无抖动、无熄火现象发生，汽车达到正常运行状况。

图1 汽车低温启动装置工作流程

2 传统节能测试方法存在的问题

传统的测试方法有两种：一种方法是以冷却液的温度为参考基准，生产单位要求车辆启动正常时，冷却液的温度达到30℃或40℃，方可正常行驶，这时计量车辆的耗油量，以耗油量的差值来计算节油率；另一种方法同样是以冷却液的温度为参考基准，通过计算冷却液的热量变化得出有效输出热量单耗，从而得出节油率[2]。用以上两种方法计算节能率时，存在以下问题。

1）冷却液作用不同。原态工况，汽车启动后，发动机内冷却液循环，带走发动机内的热量，冷却液为被加热介质，当冷却液的温度达到30℃时，发动机缸体温度要远远大于30℃；节态工况，汽车不启动，低温启动装置给冷却液加热，冷却液给发动机预热，冷却液为加热介质，当冷却液的温度达到30℃时，发动机缸体温度要远远小于30℃。

2）机油温度存在差异。原态工况，汽车启动后，机油开始对车辆进行循环润滑，由于油的比热小于水的比热，油的温升大于防冻液，因此油温要大于防冻液温度30℃；节态工况，汽车停止，机油未循环，仍处在油底壳内，防冻液仅对发动机缸体加热，未对机油加热，机油温度远远低于防冻液温度，仍是环境温度。

3）冷却液工艺流程不同。原态工况，汽车启动后，发动机内冷却液小循环流程运行，当温度达到80℃以上时，节温器打开，冷却液大循环运行，冷却风扇给冷却液降温，现场录取的水箱温度为大循环水箱温度；节态工况，汽车不启动，冷却液只在发动机内小循环流程运行，由于汽车不启动，节温器未打开，冷却液无法大循环运行，这时仍录取水箱温度是错误的。

通过现场的调查与分析，汽车在使用低温启动装置前后，冷却液所起到的作用是截然相反的。使用前冷却液为被加热介质，发动机给冷却液加热；使用后冷却液为加热介质，冷却液给发动机加热。因此，以冷却液为参考基准来评价该装置的节能效果是错误的。

3 汽车低温启动装置测试方法的研究

通过现场的调查与分析，汽车正常行驶中，其润滑油与冷却液的工作温度为80～90℃，高于90℃时冷却风扇将会对其进行冷却，带走多余的热量。而汽车从静止到启动再到怠速稳定达到正常运行状况时，汽车的冷却液与润滑油均处于逐步升温过程，未达到汽车正常运行时的温度。因此，可以通过对冷却液与润滑油在启动过程中热量的变化，来间接计算低温启动装置的节能效果。

3.1 以润滑油为参考基准计算节能率

鉴于使用低温启动装置前后两种过程中冷却液加热角色的不同，排除了用冷却液作为加热介质来计算低温启动装置的节能效果；而在启动装置前后，汽车达到稳定状态时，润滑油成了共同的被加热介质，通过计算润滑油的有效热量单耗，来得出该装置的节能率[3]。

由于汽车的工作原理是通过燃烧燃料来产生动力，因此可以将汽车的发动机近似看作1台加热炉，而润滑油作为被加热介质。根据SY/T 6422—2008《石油企业节能产品节能效果测定》[4]中加热炉节能产品的计算方法，通过计算润滑油的有效输出热量单耗，得出低温启动装置的节能率。

被加热介质（润滑油）的有效输出热量：

式中：

Q——润滑油的有效输出热量，kJ/h；

c——润滑油的比热容，kJ/(kg·℃)；

m——润滑油的质量，kg/h；

Δt——机油的温升，℃。

燃料油供入热量：

式中：

Q′——燃料油供入热量，kJ/h；

Qnet，var——燃料油热值，kJ/kg；

D——燃料消耗量，kg/h。

被加热介质的有效输出热量单耗：

式中：

B——有效输出热量单耗。

节能率：

式中：

§——节能率，%；

B1——原态工况的有效热量单耗；

B2——节态工况的有效热量单耗。

3.2 测试过程

由于车辆在怠速启动过程中，车辆的怠速稳定需要人为判定，因此，如何准确地把握汽车的终止状态，即润滑油的结束温度是整个测试过程的重点。

1）在测试前，车辆要处于冷启动状态（即车辆不发动，发动机缸体、冷却液、润滑油温度与环境温度相同）。

2）原态工况（不使用低温启动装置的状况），首先记录车辆润滑油起始温度，然后启动车辆，润滑系统正常运行，观察车辆怠速表。当车辆怠速达到正常怠速值时，并且车辆无抖动、熄火现象时，记录机油结束温度，最后车辆熄火记录燃油消耗量。

3） 节态工况（使用低温启动装置的状况），首先记录车辆机油起始温度，然后启动低温启动装置。当预热完成后，启动车辆，机油润滑系统正常运行；当润滑油温度达到原态工况的结束温度时，记录机油结束温度，最后车辆熄火记录燃油消耗量。

4） 对燃料油进行取样，进行热值分析。

4 结论

1）通过对汽车与低温启动装置工作原理探讨与研究，确定了加热模型，把汽车的发动机模拟为加热炉，进而计算该过程的加热效果。

2）对比冷却液与润滑油的工作原理，确定以润滑油为切入点，以此作为被加热介质来计算热量变化。

3）通过计算被加热介质的有效输出热量单耗，得出节能率，以此判定低温启动装置的节能效果，为节能管理部门提供技术支持。

[1]朱鑫.GB/T 12535—2007汽车起动性能试验方法[S].北京:中国标准出版社,2007.

[2]袁得芳,师成灿,岳龙.柴油机低温预热启动装置节能效益评价[J].石油石化节能,2013,3(12):23-24．

[3]付红雷.热泵技术节能测试方法的研究[J].石油石化节能,2013,3(9):5-7．

[4]郑刚锐.SY/T 6422—2008石油企业节能产品节能效果测定[S].北京:石油工业出版社,2008.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.004.005

2014-09-29）

付红雷，工程师，1996年毕业于大连轻工业学院，从事节能监测工作，E-mail：fuhongl76@163.com，地址：辽宁省盘锦市兴隆台区辽河油田质量节能部，124010。