某柴油车低温冷起动性能试验测试方法

黄先科

某柴油车低温冷起动性能试验测试方法

黄先科

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

低温冷起动性能是汽车环境适应性中的一项重要指标，文章以某款柴油车为例，针对整车采取−41 ℃冷起动附加措施，在低温环境舱内进行了一系列试验研究，找到了影响试验成功的关键因素并逐一验证、排查和整改，并最终达成了此项性能指标。整个冷起动试验过程为首先对车辆蓄电池、起动机硬件配置，以及机油、机滤、燃油、柴滤、冷却液等液体进行低温流动性检查，然后再进行试验人员和试验步骤安排，最后进行发动机进气预热、喷油轨压、机油压力、起动机拖转转速、发动机出水温度等参数测量和记录，同时进行第一次冷起动试验失败后的分析、排查、整改和验证，以及第二次冷起动试验的成功完成。本次−41 ℃冷起动试验为柴油车低温冷起动试验的实施和整改提供了一个很好的思路和方法。

低温冷起动性能试验；柴油车；低温环境舱；冷起动附加措施

低温冷起动会造成润滑油等液体粘度增加，从而导致发动机起动阻力变大、蓄电池放电能力下降，以及柴油燃烧性能变弱等一系列问题，尤其是国内东北部分寒区环境温度甚至达到−40 ℃，对车辆的冷起动性能提出了非常严峻的考验。

为满足客户对本项目特种柴油车低温起动性能的要求，对照《汽车起动性能试验方法》（GB/T 12535）和《汽车发动机性能试验方法》（GB/T 18297），提出了−41 ℃整车采取冷起动附加措施，车辆能够顺利起动的目标[1]。

本柴油车在进行−41 ℃冷起动试验前，已进行多次−30 ℃冷起动试验，在试验过程发现和解决了一些未提前发现的问题，如蓄电池未充电至满电状态，导致起动时蓄电池放电能力不足、燃油管接头在低温下漏油、发动机监测电脑在低温环境舱内长时间工作，电脑自动关机后无法再起动，从而引发未完成发动机试验数据监测等。因此，在−41 ℃冷起动试验时对上述问题都进行了检查和预防。

1 冷起动性能试验原理

根据《汽车起动性能试验方法》（GB/T 12535）要求，汽车起动性能试验分为一般起动性能和低温冷起动性能两种，其中根据整车冷起动时是否需要使用辅助加热装置对冷起动进行再区分[2]。特种车行业中，一般情况下，若环境温度为-30 ℃以上，要求整车不使用辅助加热装置能够起动；-30 ℃以下则要求整车使用辅助加热装置能够起动，并将其作为检验特种车冷起动性能的一个重要温度指标。

低温时汽车起动阻力变大，影响起动性能的因素大致分为车内各种液体（机油、燃油、液压油、冷却液、动转油、变速箱润滑油）在低温下的流动性、蓄电池低温放电能力（蓄电池选型容量、蓄电池低温放电能力、蓄电池电量）、起动机功率，以及低温对发动机起动性能的影响，如曲轴旋转阻力加大、缸内燃烧困难等。

检验汽车冷起动性能的主要试验方法为采用低温环境舱试验。由于各发动机厂家在低温冷起动领域已经有非常深入的研究，发动机起动相关硬件配置和软件控制程序均有成熟的设计开发经验，并在发动机定型量产前已按《汽车发动机性能试验方法》（GB/T 18297）完成了低温环境舱试验[3]。本文主要针对一款特种车在-41 ℃低温环境舱下，通过对整车配置的低温液体、辅助加热装置和蓄电池状态进行改进和优化，并对其冷起动性能进行多次试验研究，以完善整车冷起动性能试验流程。

2 -41℃冷起动试验

2.1 试验条件

本车配置10 kW液体加热器、8.5 kW减速型起动机，相比常规重型柴油车常用的5.5 kW或6 kW起动机，功率匹配满足使用要求，同时选用220 Ah大容量蓄电池（与竞品同类车型的蓄电池容量一致），低温放电能力测试满足GJB 516B对低温放电能力的要求[4]。

车辆试验前，首先更换-41 ℃低温用的机油、机滤、燃油、柴滤和冷却液，同时确认液压油、冷却液、动转油、液力自动变速箱（Automatic Transmission, AT）、润滑油是否满足-41 ℃流动性要求，然后确保整车车辆状态良好，发动机能正常起动，仪表显示无故障灯。整车各线路、管路连接可靠，无虚接漏接、漏油、漏气、漏水等现象，同时确认发动机进气预热、液体加热器、电瓶加热、柴滤加热、燃油加热各项辅助加热装置功能正常，蓄电池满电，且准备一组备用蓄电池。

2.2 试验规范

发动机、起动机等相关电气工程师提前连接和调试检测设备、线束、传感器等，测试一次常温起动，确保起动电压、电流、温度等参数均能正常读取。所有试验参与人员需明确以下的-41 ℃起动试验步骤：

1）车辆静置，发动机机油温度与环境温度一致，即（-41±2）℃；2）在环境仓外连接测试设备；3）打开数据记录软件，开始记录相应数据，并保证测试设备运行良好；4）车辆开起冷起动附加措施：液体加热、燃油加热和电瓶加热20 min；5）驾驶员准备起动车辆，进气预热指示灯提示预热完成后，进行点火起动，起动机拖动发动机至发动机能够自行运转，即为起动成功，但最长拖动时间不得超过30 s，若期间有断续起动声，可延长拖动时间，但不得超过15 s；6）如果车辆起动失败，需要间隔2 min后，再进行起动；如果车辆连续3次无法起动成功，不再进行起动操作；7）车辆起动成功后，怠速运转10 min，记录水温和机油温度随时间的变化曲线；8）测试结束，停止数据记录。

2.3 冷起动试验分析

2.3.1试验过程

本次-41 ℃冷起动试验共进行3次，每次间隔2 min，共耗时28 min，且3次均未起动成功，其中第3次为并联两组蓄电池。第1次起动时长为25 s，起动阶段的大部分时间中拖转转速仅为 100 r/min，且无着火迹象，仅在最后几秒内，有4 次转速超过 120 r/min，发动机出现着火迹象，随后起动停止；第2次起动时长为23 s，拖转转速最高仅为80 r/min，且发动机无着火迹象，主要原因为第1次起动对蓄电池电量有所消耗；第3次加并一组蓄电池后起动时长为25 s，拖转转速最高仅有 110 r/min，发动机无着火迹象，但蓄电池电压充足，因此，排除蓄电池对其的影响，相关试验数据如表1—表3所示[5]。

表1 第1次冷起动试验数据

参数名称参数值 初始温度/℃机油-41.5 暖风进水-41.9 暖风出水-42.0 环境-42.6 起动参数初始电压/V 25.8 最低电压/V 14.6 起动时间/s 30.1 试验结果 NO

表2 第2次冷起动试验数据

参数名称参数值 初始温度/℃机油-41.1 暖风进水-38.7 暖风出水-37.9 环境-41.3 起动参数初始电压/V23.5 最低电压/V14.4 起动时间/s30.5 试验结果 NO

由3次起动试验采集的数据分析可知，发动机进气预热、喷油轨压、机油压力、起动机等功能均正常，但发动机出水温度无显著提升，3次起动水温仅从-41 ℃提升到-38 ℃，液体加热效果差。因此，可以推断拖转转速无法持续提升，从而导致发动机无法自行点火和运转的主要原因为液体加热效果差。

表3 第3次冷起动试验数据（加并一组蓄池）

参数名称参数值 初始温度/℃机油-40.9 暖风进水-38.5 暖风出水-37.9 环境-41.0 起动参数初始电压/V 23.8 最低电压/V 17.8 起动时间/s 31.1 试验结果 NO

2.3.2-41 ℃冷起动影响因素排查

本次液体低温流动性验证通过采集各种液体样本进行，从上述冷起动试验时检测的各项数据可以看出，各种液体在低温流动性未得到验证，需要逐一排查和确认。试验结果显示，-50#柴油、L-HS 46#（NAS7）液压油、-45#冷却液、ATF3动转油和AT润滑油在-41 ℃条件下均流动性正常，且无粘稠现象；0W-30机油在-41 ℃环境下粘稠、流动性差，且已呈现出胶状，其流动性已无法满足要求；选用2602-JY-50机油，在-41 ℃环境下流动性均良好，随后在实车上将0W-30机油更换为2602-JY-50机油[6]。

2.3.3−41℃冷起动影响因素验证

在确认液体加热效果差后，对液体加热系统进行全面排查，液体加热器出水经过空调暖风水路，进入驾驶室后通过暖风水阀、散热器后回到发动机，其水路长、阻力大，且热水仅经过发动机机体前端部分，对发动机6个汽缸的预热效果差。

为了改进液体加热效果，重新确定液体加热后的发动机机体进水口和回水口位置，液体加热器由串联在空调暖风水路改为直接串联在发动机机体水路中，其循环短；改进后，液体加热器从发动机机体上方缸盖水套取水，从发动机机体中间3缸处回水，加热后的液体能同时经过发动机6个汽缸缸套，保证了各缸的加热效果和均匀性[7]。

经测试，在-30 ℃环境下液体加热器工作10 min，则发动机进水温度从-30 ℃提升到8.5 ℃，发动机出水温度从-30 ℃提升到-7.2 ℃，加热效果良好。

2.4 整改后冷起动试验结果

整改后再次进行-41 ℃冷起动试验，点火9.5 s一次起动成功，然后发动机怠速运行10 min未出现异常，本次-41 ℃冷起动试验成功完成，整改后冷起动试验数据如表4所示。

表4 整改后冷起动试验数据

参数名称参数值 机油温度/℃加热器出水温度/℃发动机出水温度/℃-41.4 -41.3 -41.2 初始电压/V最低电压/V起动时间/s 25.3 12.8 9.5 预热时间51.0 试验结果 OK

液体加热器工作20 min后，发动机进水温度为24.8 ℃，出水温度为14.1 ℃，加热效果非常好。通过液体加热改前和改进后的数据曲线，可以看出改进前的发动机进水温度高于改进后的发动机进水温度；改进前的发动机出水温度低于改进后的发动机出水温度，改进后的水路加热效果更好，改进前后-41 ℃液体加热发动机进回水温度变化如图1所示。

图1 改进前后-41℃液体加热发动机进回水温度变化

3 结论

本柴油车通过开展多轮次的冷起动试验，对影响试验成功的关键因素逐一验证、排查和整改，达成了-41 ℃环境下的冷起动性能指标。同时，建立和逐步完善了《柴油车-41 ℃冷起动试验规范》，包括车辆进入低温环境舱前的各项检查和准备工作、车辆进入环境舱后各项检测设备的确认，以及车辆在试验过程中的操作步骤和参数记录等，为柴油车低温冷起动试验的实施和整改提供了一个很好的思路和方法。

研究结果显示，柴油车低温起动最大的影响因素来源于蓄电池放电能力下降严重、机油流动性差导致发动机曲轴旋转机构阻力大、发动机缸体温度低和进气温度低导致柴油着火燃烧困难，以及各种难以量化的因素叠加影响。因此，车辆在遇到冷起动困难时，需要根据上述影响因素进行逐一排查和整改，从而使车辆具备更好的起动性能。

[1] 杨坤,董秀辉,王杰,等.某重型商用车冷起动试验[J].河南科技大学学报(自然科学版),2016,37(6):28-32.

[2] 林恩景.柴油发动机不起动故障判断与分析[J].重型汽车,2021(5):46-47.

[3] 莫玮,鄂加强,赵延明.严寒条件下车辆柴油机冷起动性能研究[J].内燃机工程,2002,23(5):65-67.

[4] 厉立波,张沛.在低温下货车柴油发动机的顺利起动[J].内燃机与配件,2020(23):58-59.

[5] 刘瑞林,靳尚杰,孙武全,等.提高柴油机低温起动性能的冷起动辅助措施[J].汽车技术,2007(6):5-8.

[6] 张艳辉,于翔.柴油机冷起动辅助措施的匹配优化试验研究[J].环境技术,2016,34(1):47-52.

[7] 张平,马荣健,王冬梅.重型越野车低温起动技术方案探讨[J].专业汽车,2005(6):38-39.

Test Method for Low Temperature Cold Start Performance of a Diesel Vehicle

HUANG Xianke

( Anhui Jianghuai Automobile Group Company Limited, Hefei 230601, China )

Cold start performance is an important indicator of vehicle environmental adaptability. Taking a certain diesel vehicle as an example, this paper takes additional measures of cold start at −41 ℃ for the whole vehicle, conducts a series of test studies in the low-temperature environment cabin, finds out the key factors that affect the success of the test, verifies, checks and recants one by one, and finally achieves this performance index. The whole cold start test process is to first check the low temperature flow of vehicle battery, starter hardware configuration, as well as oil, filter, fuel oil, wood filter, coolant and other liquids, and then arrange the test personnel and test steps, and finally the engine intake preheating, injection rail pressure, oil pressure, starter towed speed, engine water temperature and other parameters measurement and record. At the same time, analyze, check, rectify and verify the failure of the first cold start test, as well as the successful completion of the second cold start test. This −41 ℃ cold start test provides a good idea and method for the implementation and rectification of diesel vehicle cold start test.

Low temperature cold start performance test;Diesel vehicle;Low temperature environ- ment bin;Cold start additional measures

U467.1

A

1671-7988(2023)11-150-04

黄先科（1983－），男，工程师，研究方向为发动机匹配应用和悬置系统设计，E-mail:283374752@qq.com。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.011.027