對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況潤(rùn)滑性能改進(jìn)的一種技術(shù)——蓄壓式汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)前機(jī)油壓力輔助裝置

張明國(guó)，王華平

（1.湖北文理學(xué)院汽車零部件制造裝備數(shù)字化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，襄陽(yáng) 441053；2. 神龍汽車有限公司襄陽(yáng)工廠，襄陽(yáng) 441004）

當(dāng)前普遍汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑方式?jīng)]有充分考慮起動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑不良的問(wèn)題。目前普遍發(fā)動(dòng)機(jī)利用發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)油泵將機(jī)油從油底殼吸入機(jī)油泵，再施加一定壓力，經(jīng)過(guò)濾清后，通過(guò)機(jī)油主油道和各分油道送往各個(gè)摩擦副的間隙，潤(rùn)滑各摩擦表面[1]。汽車在起動(dòng)之前由于發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)油泵沒(méi)有工作，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)機(jī)油送往各個(gè)摩擦表面需要一定時(shí)間（大約3-4秒，這時(shí)間段發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)了50-60圈），所以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中前部分時(shí)間處于干摩擦狀態(tài)，也就是金屬與金屬之間的直接摩擦。而這種狀態(tài)是機(jī)械磨損的主要原因，在機(jī)械行業(yè)早已達(dá)成共識(shí)了。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，在整個(gè)使用壽命期間的使用中有成千上萬(wàn)次的起動(dòng)，所以起動(dòng)過(guò)程中的磨損是影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和故障率的主要因素之一。同時(shí)現(xiàn)在大多數(shù)汽車配氣機(jī)構(gòu)采用液壓挺柱，而液壓挺柱是利用潤(rùn)滑系統(tǒng)中壓力機(jī)油進(jìn)行工作的[2]，在起動(dòng)時(shí)由于壓力機(jī)油還未來(lái)得及送往液壓挺柱，從而造成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)氣門(mén)打開(kāi)不充分，會(huì)給起動(dòng)帶來(lái)一定困難，同時(shí)燃燒不充分，降低汽車排放性能；在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，機(jī)油泵轉(zhuǎn)速低，泵油量少，與此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑要求高相矛盾。在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和低速大工況潤(rùn)滑問(wèn)題一直被忽略，但一直以來(lái)實(shí)際客觀存在，影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的使用和壽命。利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)潤(rùn)滑基本理論進(jìn)行分析，本文通過(guò)設(shè)計(jì)一種由開(kāi)關(guān)電磁閥控制的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油蓄壓器接在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑主油道上，同時(shí)考慮汽車原有的駕駛習(xí)慣，設(shè)計(jì)合理的控制電路加以控制，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之前給發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑主油道供給一定壓力和數(shù)量的清潔的機(jī)油，使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過(guò)程中，處于良好的潤(rùn)滑保護(hù)之下，對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和降低故障率有著重要的作用。

1 當(dāng)前普遍汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑情況

1.1 機(jī)械運(yùn)動(dòng)潤(rùn)滑的機(jī)理

發(fā)動(dòng)機(jī)在工作的時(shí)，很多傳動(dòng)零件在很小的間隙下作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如曲軸主軸頸與主軸承，曲柄銷與連桿軸承，凸輪軸頸與凸輪軸承等[3]。盡管這些都表面經(jīng)過(guò)精加工，但是放大來(lái)看這些表面都是凸凹不平的（見(jiàn)圖1）若不對(duì)這些表面進(jìn)行潤(rùn)滑，他們之間將進(jìn)行強(qiáng)烈的摩擦。零件表面之間的干摩擦不僅增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率損耗，加劇零件的磨損，而且可能由于摩擦產(chǎn)生的熱量燒壞零件表面，使發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法工作。因此須在兩零件工作表面間加入一層潤(rùn)滑油使其形成油膜，使零件處于完全的液體摩擦狀態(tài)。（見(jiàn)圖2）

1.2 目前普遍發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑的路徑及發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)存在的潤(rùn)滑問(wèn)題

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑方式目前普遍采用發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)油泵將機(jī)油從油底殼吸入機(jī)油泵，再施加一定壓力，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后，通過(guò)機(jī)油主油道和各分油道送往各個(gè)摩擦副的間隙，潤(rùn)滑各摩擦表面[4]。汽車在起動(dòng)之前由于發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)油泵沒(méi)有工作，而汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)機(jī)油送往各個(gè)摩擦表面需要一定時(shí)間，所以汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中前部分時(shí)間處于干摩擦狀態(tài)，也就是金屬與金屬之間的直接摩擦。而這種狀態(tài)是機(jī)械磨損的主要原因，在機(jī)械行業(yè)早已達(dá)成共識(shí)了。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，在整個(gè)使用壽命期間的使用中有成千上萬(wàn)次的起動(dòng)，所以起動(dòng)過(guò)程中的磨損是影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和故障率的主要因素之一。同時(shí)現(xiàn)在大多數(shù)汽車配氣機(jī)構(gòu)采用液壓挺柱，而液壓挺柱是利用潤(rùn)滑系統(tǒng)中壓力機(jī)油進(jìn)行工作的，在起動(dòng)時(shí)由于壓力機(jī)油還未來(lái)得及送往液壓挺柱，從而造成汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)氣門(mén)打開(kāi)不充分，會(huì)給起動(dòng)帶來(lái)一定困難，同時(shí)燃燒不充分，降低汽車排放性能；在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，機(jī)油泵轉(zhuǎn)速低，泵油量少，與此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑要求高相矛盾。在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)和低速大工況潤(rùn)滑問(wèn)題一直被忽略，但一直以來(lái)實(shí)際客觀存在，影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的使用和壽命。

2 發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑不良問(wèn)題的解決

2.1 本裝置技術(shù)方案

為了解決這個(gè)起動(dòng)過(guò)程潤(rùn)滑不良的問(wèn)題，增加汽車發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命和保證汽車起動(dòng)時(shí)液壓挺柱正常工作，本文通過(guò)設(shè)計(jì)一種發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油蓄壓器接在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑主油道上，利用發(fā)動(dòng)機(jī)上一次停機(jī)之前工作過(guò)程中所儲(chǔ)存的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之前，通過(guò)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)控制電磁閥，打開(kāi)蓄壓器，將機(jī)油以一定壓力(0.05 Mpa)送往各摩擦表面和配氣機(jī)構(gòu)的液壓挺柱，使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中各摩擦表面處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，并使液壓挺柱在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中正常工作；發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作以后，蓄壓器又可以起到穩(wěn)定油壓的作用，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，機(jī)油泵轉(zhuǎn)速低，泵油量少，與此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑要求高相矛盾，通過(guò)蓄壓器補(bǔ)償供油，可以提高潤(rùn)滑質(zhì)量。

采用的技術(shù)方案是：在不改變和不影響原有汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的前提下，在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑主油道開(kāi)孔安裝一個(gè)由開(kāi)關(guān)電磁閥控制連通的機(jī)油蓄壓器，蓄壓器采用彈簧、活塞式。見(jiàn)附圖3。用點(diǎn)火開(kāi)關(guān)控制機(jī)油蓄壓器的開(kāi)關(guān)電磁閥，開(kāi)關(guān)電磁閥有兩個(gè)線圈（4.電磁閥線圈1 5. 電磁閥線圈2），見(jiàn)附圖4。

（1）點(diǎn)火鑰匙打至“ACC”檔[5]電磁閥線圈1供電，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油蓄壓器開(kāi)關(guān)電磁閥打開(kāi)；

（2）點(diǎn)火鑰匙打至“ON”檔和“STAR”檔電磁閥線圈2供電，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油蓄壓器開(kāi)關(guān)電磁閥打開(kāi)。

（3）點(diǎn)火鑰匙打至“OFF”檔供電。電磁閥線圈1和電磁閥線圈2斷電，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油蓄壓器開(kāi)關(guān)電磁閥關(guān)閉。

2.2 本裝置工作過(guò)程

（1）在發(fā)動(dòng)機(jī)上次停止運(yùn)轉(zhuǎn)到下一次起動(dòng)間隔較長(zhǎng)時(shí)間的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)油道的機(jī)油流回了大部分油底殼，油道中機(jī)油不多，司機(jī)利用點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的ACC檔控制蓄壓器開(kāi)關(guān)電磁閥開(kāi)啟，利用發(fā)動(dòng)機(jī)之前工作中所儲(chǔ)存在蓄壓器里的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)之前，將機(jī)油以一定壓力（0.05 Mpa，不同車型，略有不同）送往各摩擦表面和配氣機(jī)構(gòu)的液壓挺柱，同時(shí)控制原車機(jī)油壓力報(bào)警燈，顯示本發(fā)明裝置的工作情況，此時(shí)由于還沒(méi)有起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，原車上由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)油泵是沒(méi)有泵油的，這時(shí)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的ACC檔控制蓄壓式機(jī)油壓力輔助裝置的電磁閥通電，電磁閥打開(kāi)，輔助裝置內(nèi)的機(jī)油會(huì)同時(shí)流入主油道，輔助裝置內(nèi)的機(jī)油密封保存在前一次發(fā)動(dòng)機(jī)熄火之前的壓力機(jī)油，壓力一般是發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的機(jī)油壓力（約為0.05 Mpa），此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)械連接，機(jī)油泵不會(huì)反轉(zhuǎn)，所以主油道的機(jī)油不會(huì)通過(guò)機(jī)油泵流回油底殼的。然后再起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),這樣使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中各摩擦表面處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，并使液壓挺柱在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程中正常工作。在此過(guò)程中輔助裝置供油和發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)油泵供油是兩個(gè)階段。第一個(gè)階段，車鑰匙打到ACC檔，只是通過(guò)電路控制輔助裝置的電磁閥打開(kāi)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)是沒(méi)有起動(dòng)，只是利用輔助裝置提前向主油道供油。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)來(lái)說(shuō)只是一個(gè)預(yù)先供油，此過(guò)程只需3-4秒時(shí)間；第二個(gè)階段，接著擰點(diǎn)火鑰匙，打到起動(dòng)檔（STAR檔），起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。這時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的過(guò)程中，在第一階段的預(yù)潤(rùn)滑基礎(chǔ)上，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)油泵再供油，從而克服了由于機(jī)油泵供油需要一定時(shí)間而使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程的前半部分潤(rùn)滑不良的問(wèn)題，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)一直處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。

（2）在發(fā)動(dòng)機(jī)上次停止運(yùn)轉(zhuǎn)到下一次起動(dòng)間隔不長(zhǎng)時(shí)間的情況下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)主油道還留有較多的機(jī)油，此時(shí)不改變發(fā)動(dòng)機(jī)原有起動(dòng)操作直接起動(dòng)，同時(shí)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)“STAR”和“ON”擋控制蓄壓器電磁閥開(kāi)啟，發(fā)動(dòng)機(jī)原有機(jī)油泵和蓄壓器并聯(lián)向主油道供潤(rùn)滑機(jī)油，以解決發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)速慢，機(jī)油泵泵油少的問(wèn)題。

（3）點(diǎn)火開(kāi)關(guān)在“ON”擋，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作中，蓄壓器開(kāi)關(guān)電磁閥開(kāi)啟，蓄壓器又可以起到穩(wěn)定油壓的作用，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，機(jī)油泵轉(zhuǎn)速低，泵油量少，與此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑要求高相矛盾，本發(fā)明中通過(guò)蓄壓器補(bǔ)償供油，提高潤(rùn)滑質(zhì)量。

（4）點(diǎn)火開(kāi)關(guān)打到“OFF”檔，發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，（因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)熄火之前，一般是怠速工況，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)主油道壓力約為0.05 Mpa）蓄壓器開(kāi)關(guān)電磁閥關(guān)閉，用蓄壓器密閉約0.1升容量和0.05 Mpa壓力的機(jī)油，為下次起動(dòng)提供潤(rùn)滑油，使發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)的過(guò)程中處于良好潤(rùn)滑。

3 結(jié)束語(yǔ)

本技術(shù)是涉及普遍汽車發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)工況潤(rùn)滑不良問(wèn)題解決的一種技術(shù)，是屬于工程技術(shù)應(yīng)用范疇，是細(xì)節(jié)決定成敗理念的應(yīng)用。由于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程潤(rùn)滑不良，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損的影響是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，其帶來(lái)的影響不能在短期顯現(xiàn)出來(lái)，在實(shí)際工程運(yùn)用中，一直被忽視。在目前，人們對(duì)汽車品質(zhì)不斷提出更高的要求，也推動(dòng)我們?cè)诟嗟募?xì)節(jié)上不斷的精益求精，來(lái)完善發(fā)動(dòng)機(jī)的各方面的性能。此技術(shù)利用工程技術(shù)改善發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑性能，從而提升發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命和降低故障率，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，配套在發(fā)動(dòng)機(jī)上，不改變發(fā)動(dòng)機(jī)的原有結(jié)構(gòu)，不改變?cè)械钠囻{駛操作習(xí)慣。而且加工方便，成本低，同時(shí)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而性能可靠。具有很廣的使用范圍和很大使用價(jià)值。筆者衷心希望謹(jǐn)以此文拋磚引玉,引發(fā)國(guó)內(nèi)汽車專家、同行更深入的思考，由細(xì)節(jié)入手改善國(guó)內(nèi)汽車品質(zhì)。

[1]關(guān)文達(dá). 汽車構(gòu)造[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社.2009: 169.

[2]陳家瑞. 汽車構(gòu)造[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社.2011: 242-242.

[3]倪桂榮.汽車構(gòu)造[M]. 天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社2010:59-60.

[4]倪桂榮.汽車構(gòu)造[M]. 天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社2010:172.

[5]于萬(wàn)海. 汽車電氣設(shè)備原理與檢修[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社.2012: 4.