对发动机起动工况润滑性能改进的一种技术——蓄压式汽车发动机起动前机油压力辅助装置

张明国，王华平

（1.湖北文理学院汽车零部件制造装备数字化湖北省协同创新中心，襄阳 441053；2. 神龙汽车有限公司襄阳工厂，襄阳 441004）

当前普遍汽车发动机的润滑方式没有充分考虑起动时润滑不良的问题。目前普遍发动机利用发动机带动机油泵将机油从油底壳吸入机油泵，再施加一定压力，经过滤清后，通过机油主油道和各分油道送往各个摩擦副的间隙，润滑各摩擦表面[1]。汽车在起动之前由于发动机没有运转，机油泵没有工作，而汽车发动机在起动时机油送往各个摩擦表面需要一定时间（大约3-4秒，这时间段发动机运转了50-60圈），所以汽车发动机在起动过程中前部分时间处于干摩擦状态，也就是金属与金属之间的直接摩擦。而这种状态是机械磨损的主要原因，在机械行业早已达成共识了。对于汽车发动机来说，在整个使用寿命期间的使用中有成千上万次的起动，所以起动过程中的磨损是影响发动机寿命和故障率的主要因素之一。同时现在大多数汽车配气机构采用液压挺柱，而液压挺柱是利用润滑系统中压力机油进行工作的[2]，在起动时由于压力机油还未来得及送往液压挺柱，从而造成汽车发动机起动时气门打开不充分，会给起动带来一定困难，同时燃烧不充分，降低汽车排放性能；在发动机大负荷低速运转时，发动机转速低，机油泵转速低，泵油量少，与此时发动机润滑要求高相矛盾。在发动机起动和低速大工况润滑问题一直被忽略，但一直以来实际客观存在，影响着发动机的使用和寿命。利用机械运动润滑基本理论进行分析，本文通过设计一种由开关电磁阀控制的发动机机油蓄压器接在发动机润滑主油道上，同时考虑汽车原有的驾驶习惯，设计合理的控制电路加以控制，在发动机起动之前给发动机润滑主油道供给一定压力和数量的清洁的机油，使发动机起动的过程中，处于良好的润滑保护之下，对提高发动机的使用寿命和降低故障率有着重要的作用。

1 当前普遍汽车发动机润滑情况

1.1 机械运动润滑的机理

发动机在工作的时，很多传动零件在很小的间隙下作高速相对运动，如曲轴主轴颈与主轴承，曲柄销与连杆轴承，凸轮轴颈与凸轮轴承等[3]。尽管这些都表面经过精加工，但是放大来看这些表面都是凸凹不平的（见图1）若不对这些表面进行润滑，他们之间将进行强烈的摩擦。零件表面之间的干摩擦不仅增加发动机的功率损耗，加剧零件的磨损，而且可能由于摩擦产生的热量烧坏零件表面，使发动机无法工作。因此须在两零件工作表面间加入一层润滑油使其形成油膜，使零件处于完全的液体摩擦状态。（见图2）

1.2 目前普遍发动机润滑的路径及发动机起动时存在的润滑问题

汽车发动机润滑方式目前普遍采用发动机带动机油泵将机油从油底壳吸入机油泵，再施加一定压力，经过过滤后，通过机油主油道和各分油道送往各个摩擦副的间隙，润滑各摩擦表面[4]。汽车在起动之前由于发动机没有运转，机油泵没有工作，而汽车发动机在起动时机油送往各个摩擦表面需要一定时间，所以汽车发动机在起动过程中前部分时间处于干摩擦状态，也就是金属与金属之间的直接摩擦。而这种状态是机械磨损的主要原因，在机械行业早已达成共识了。对于汽车发动机来说，在整个使用寿命期间的使用中有成千上万次的起动，所以起动过程中的磨损是影响发动机寿命和故障率的主要因素之一。同时现在大多数汽车配气机构采用液压挺柱，而液压挺柱是利用润滑系统中压力机油进行工作的，在起动时由于压力机油还未来得及送往液压挺柱，从而造成汽车发动机起动时气门打开不充分，会给起动带来一定困难，同时燃烧不充分，降低汽车排放性能；在发动机大负荷低速运转时，发动机转速低，机油泵转速低，泵油量少，与此时发动机润滑要求高相矛盾。在发动机起动和低速大工况润滑问题一直被忽略，但一直以来实际客观存在，影响着发动机的使用和寿命。

2 发动机起动时润滑不良问题的解决

2.1 本装置技术方案

为了解决这个起动过程润滑不良的问题，增加汽车发动机使用寿命和保证汽车起动时液压挺柱正常工作，本文通过设计一种发动机机油蓄压器接在发动机润滑主油道上，利用发动机上一次停机之前工作过程中所储存的发动机润滑油，在汽车发动机起动之前，通过点火开关控制电磁阀，打开蓄压器，将机油以一定压力(0.05 Mpa)送往各摩擦表面和配气机构的液压挺柱，使汽车发动机在起动过程中各摩擦表面处于良好的润滑状态，并使液压挺柱在发动机起动过程中正常工作；发动机正常工作以后，蓄压器又可以起到稳定油压的作用，特别是在发动机大负荷低速运转时，发动机转速低，机油泵转速低，泵油量少，与此时发动机润滑要求高相矛盾，通过蓄压器补偿供油，可以提高润滑质量。

采用的技术方案是：在不改变和不影响原有汽车发动机润滑系统的前提下，在发动机润滑主油道开孔安装一个由开关电磁阀控制连通的机油蓄压器，蓄压器采用弹簧、活塞式。见附图3。用点火开关控制机油蓄压器的开关电磁阀，开关电磁阀有两个线圈（4.电磁阀线圈1 5. 电磁阀线圈2），见附图4。

（1）点火钥匙打至“ACC”档[5]电磁阀线圈1供电，发动机机油蓄压器开关电磁阀打开；

（2）点火钥匙打至“ON”档和“STAR”档电磁阀线圈2供电，发动机机油蓄压器开关电磁阀打开。

（3）点火钥匙打至“OFF”档供电。电磁阀线圈1和电磁阀线圈2断电，发动机机油蓄压器开关电磁阀关闭。

2.2 本装置工作过程

（1）在发动机上次停止运转到下一次起动间隔较长时间的情况下，发动机油道的机油流回了大部分油底壳，油道中机油不多，司机利用点火开关的ACC档控制蓄压器开关电磁阀开启，利用发动机之前工作中所储存在蓄压器里的发动机润滑油，在汽车发动机起动之前，将机油以一定压力（0.05 Mpa，不同车型，略有不同）送往各摩擦表面和配气机构的液压挺柱，同时控制原车机油压力报警灯，显示本发明装置的工作情况，此时由于还没有起动发动机，原车上由发动机驱动的机油泵是没有泵油的，这时点火开关的ACC档控制蓄压式机油压力辅助装置的电磁阀通电，电磁阀打开，辅助装置内的机油会同时流入主油道，辅助装置内的机油密封保存在前一次发动机熄火之前的压力机油，压力一般是发动机怠速时的机油压力（约为0.05 Mpa），此时发动机是没有运转，通过机械连接，机油泵不会反转，所以主油道的机油不会通过机油泵流回油底壳的。然后再起动发动机,这样使汽车发动机在起动过程中各摩擦表面处于良好的润滑状态，并使液压挺柱在发动机起动过程中正常工作。在此过程中辅助装置供油和发动机带动机油泵供油是两个阶段。第一个阶段，车钥匙打到ACC档，只是通过电路控制辅助装置的电磁阀打开，此时发动机是没有起动，只是利用辅助装置提前向主油道供油。对发动机起动来说只是一个预先供油，此过程只需3-4秒时间；第二个阶段，接着拧点火钥匙，打到起动档（STAR档），起动发动机。这时在发动机起动的过程中，在第一阶段的预润滑基础上，发动机带动机油泵再供油，从而克服了由于机油泵供油需要一定时间而使发动机起动过程的前半部分润滑不良的问题，从而使发动机起动一直处于良好的润滑状态。

（2）在发动机上次停止运转到下一次起动间隔不长时间的情况下，由于发动机主油道还留有较多的机油，此时不改变发动机原有起动操作直接起动，同时点火开关“STAR”和“ON”挡控制蓄压器电磁阀开启，发动机原有机油泵和蓄压器并联向主油道供润滑机油，以解决发动机在起动过程中转速慢，机油泵泵油少的问题。

（3）点火开关在“ON”挡，发动机正常工作中，蓄压器开关电磁阀开启，蓄压器又可以起到稳定油压的作用，特别是在发动机大负荷低速运转时，发动机转速低，机油泵转速低，泵油量少，与此时发动机润滑要求高相矛盾，本发明中通过蓄压器补偿供油，提高润滑质量。

（4）点火开关打到“OFF”档，发动机熄火，（因为发动机熄火之前，一般是怠速工况，这时发动机主油道压力约为0.05 Mpa）蓄压器开关电磁阀关闭，用蓄压器密闭约0.1升容量和0.05 Mpa压力的机油，为下次起动提供润滑油，使发动机在起动的过程中处于良好润滑。

3 结束语

本技术是涉及普遍汽车发动机起动工况润滑不良问题解决的一种技术，是属于工程技术应用范畴，是细节决定成败理念的应用。由于发动机起动过程润滑不良，对发动机的磨损的影响是一个长期积累的过程，其带来的影响不能在短期显现出来，在实际工程运用中，一直被忽视。在目前，人们对汽车品质不断提出更高的要求，也推动我们在更多的细节上不断的精益求精，来完善发动机的各方面的性能。此技术利用工程技术改善发动机润滑性能，从而提升发动机的使用寿命和降低故障率，装置结构简单，配套在发动机上，不改变发动机的原有结构，不改变原有的汽车驾驶操作习惯。而且加工方便，成本低，同时由于结构简单，而性能可靠。具有很广的使用范围和很大使用价值。笔者衷心希望谨以此文抛砖引玉,引发国内汽车专家、同行更深入的思考，由细节入手改善国内汽车品质。

[1]关文达. 汽车构造[M]. 北京: 清华大学出版社.2009: 169.

[2]陈家瑞. 汽车构造[M]. 北京: 机械工业出版社.2011: 242-242.

[3]倪桂荣.汽车构造[M]. 天津:天津科学技术出版社2010:59-60.

[4]倪桂荣.汽车构造[M]. 天津:天津科学技术出版社2010:172.

[5]于万海. 汽车电气设备原理与检修[M]. 北京: 电子工业出版社.2012: 4.