（机械工程专业论文）汽车起动性能检测分析系统的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 汽车检测技术依靠先进的传感器技术与测试技术，在汽车不解体的情况下采集 汽车的各种具有某些特征的动态信息，并对这些信息进行分析和处理，确定汽车技 术状况或工作能力，确保汽车运行的安全性、可靠性和经济性。目前，这项技术已 广泛应用于汽车制造、汽车运输、汽车维修行业中。 本文从汽车行业的实际出发，对汽车起动性能检测分析系统的目的、意义和内 容进行了研究，并对汽车起动时出现的故障特点及诊断方案进行了探索。通过研究 目前对汽车起动性能评价的方法，并查阅相关国家标准和行业标准对汽车起动性能 的要求，在借鉴国内外对汽车起动性能研究最新成果的基础上，具体分析了影响汽 车起动性能的各种因素，提出了评价汽车起动性能的新方法用量化的指标客观 评价，并对设计中所涉及的评价参数、评价标准作了细致的研究，建立了一整套完 善的评价体系。系统还提供了可视化的评价结果和其它相关数据，准确、详细地评 价汽车的起动性能。 本文利用传感技术和测试技术以及单片机技术开发了汽车起动性能检测分析系 统，其主要研究成果有： 1 ) 研究了汽车起动的全过程以及影响汽车起动性能的各种因素。 2 ) 根据国家标准和行业标准对汽车起动性能的要求，建立了客观评价汽车起动 性能的标准。 3 ) 开发了汽车起动性能检测分析系统，使之能快速、准确地检测汽车起动性能， 作出合理的评价。 关键词：汽车起动性能检测单片机 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t m o t o rv e h i c l em e a s u r e m e n tt e c h n i q u e ，w h i c hd e p e n d s o na d v a i l c e ds e n s o r t e c l l l l o l o g ya j l dm e a s u r i n g & t e s t i n gt e c l l l l i q u e s ，i su s e dt og a t h e rd y n 锄i ci n f o m a t i o n t h a ti n c l u d e ss o m ek i n d so fm o t o rv e h i c l ec h a r a c t e r si nt h ec a s eo fv e h i c l e sa s s e m b l y a n dt h em e a s u r e m e n tt e c h n i q u ei sa l s ou s e dt om a k ec e r t a i nm o t o rv e h i c l e st e c l l i l i c a l s t a t u so rw o r kc 叩a c i t y ，a n dt oi n s u r es e c u r i t y ，r e l i a b i l i t ya n de c o n o m i c a le m c i e n c yd u r i n g v e h i c l eo p e r a t i o nb ya j l a l y z i n ga i l dd e a l i n gw i t ht h ed y n a m i ci n f o 肌a t i o n t h e s ed a y s ，t h e m e a s u r e m e n tt e c l l l l i q u eh a sb e e na b r o a du s e dt oa u t o m o t i v em 锄u f l a c t u 】叵n g ，m o t o rv e h i c l e t r a n s p o r t a t i o na n dm o t o rv e h i c l em a i n t e n a n c ea 1 1 dr e p a i r f r o mm o t o r d o m sa c t u a lc o n d i t i o n s ，t h ep u 印o s e ，t h es i g n i f i c a i l c ea i l dt h ec o n t e n tf o r t h em e a s u r i n g & t e s t i n g & a n a l y z i n gs y s t e mo fm o t o rv e h i c l es t 砒u pc a p a b i l i t y a r e s t u d i e d s o m ec h a r a c t e r so ft h em a l c t i o n s ，w h i c hh 叩p e n e dd u r i n gt h em o t o rv e h i c l e j u m p s t a r t s ，a n d s o m ep r o j e c t so fd i a g n o s e sa r ee x p l o r e d i nt h i st h e s i s ，m u l t i f 打i o u s f 犯t o r sw o r k i n go nm o t o rv e h i c l es t 眦u pc 印a b i l i t ya r ea n a l y z e d ，a n dan e wm e a n st o m a l 【ea i le s t i m a t eo fs t a r t u pc a p a b i l i t yi sb r o u g h tf o n a r db a s e do nr e s e a r c h i n gt h eo l d m e a n su s e dt oe s t i m a t ea tp r e s e n t ，r e f e r r i n gt ot h en a t i o n a ls t a l l d a r da n dt h et r a d es t a l l d a u r d o nd e m a n dt ot h es t a r r t u pc a p a b i l i t y ，a 1 1 db o 玎o w i n gr e s e a r c hp r o d u c t i o n su pt ot h em i n u t e 丘o mb o t hh e r ea n da b r o a d t h en e wm e a i l si s t ou s es o m eq u a n t i f i e di n d e x e st o i m p e r s o m l i t ye s t i m a t et h es t a r t u pc a p a b i l i t y t h ee s t i m a t ep a r 锄e t e r sa n di n d e x e sa r e p a i n s t a l ( i n g l ys t u d i e d ；f 证m e r ，ac o m p l e t e s e to fp e r f e c te s t i m a t es y s t e mi s s e t u p m o r 己o v e r m el a s te s t i m a t er e s u l ta n da l lr e l a t i o n a ld a t aa r ep r o v i d e dt om a k ean i c e t ya n d d e t a i l e de s t i m a t eo fm o t o rv e h i c l es t a r r t u pc a pa _ b i l i t y i nt h i st h e s i s ，am e a s u r i n g & t e s t i n g & a n a l y z i n gs y s t e mo fm o t o rv e h i c l es t a n u p c 印a b i l i t yi st 印p e db yt h es c m ( s i n g l ec h i pm i c y o c o ) a i l ds e n s o rt e c l l n o l o g ya n d m e a s u r i n g & t e s t i n gt e c h n i q u e s t h em a i nr e s e a r c hf i n d i n g si sa sf 0 1 l o w s ： i i 华中科技大学硕士学位论文 1 ) t 1 1 ew h o l ep r o c e s so fm o t o rv e h i c l ej u m p s t a n 趾dk i n d so ff a c t o r sw o r k i n go n m o t o rv e h i c l es t 锄u pc 印a b i l i t ya r es t u d i e d 2 ) a c c o r d i n gt ot h en a t i o n a ls t a n d a r da i l dt h et r a d es t a l l d a r do nd e m a l l d t ot h es t a r n l p c a p a b i l i 吼ai m p e r s o n a l 埘e s t i m a t es t a n d a r di ss e tu p t om o t o rv e h i c l es t a r t u pc a p a b i l i t y 3 ) am e a s u r i n g & t e s t i n g & a n a l y z i n gs y s t e mo fm o t o rv e h i c l es t a n u pc a p a b i l i 够i s t a p p e dt on e e t l ym e a s u r ea l l dt e s tt h es t a n u pc a p a b i l i t yw i t ha c c u r a c y ，a n dt om a l ( ew i m a r e a s o n a b l ee s t i m a t e k e yw o r d s ：m o t o rv e h i c l e s t a n u pc a p a b i l i t y m e a s u r e & t e s ts c m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：淤年丫月 学位论文版权使用授权书 p 吲 2 日 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本论文不保密z 一 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 日期：孵叩月y 日 指导 日期： 华中科技大学硕士学位论文 1 1 我国汽车检测技术的现状 1 绪论 汽车检测技术是利用各种检测设备，对汽车在不解体的情况下确定汽车技术状 况并对其工作能力进行检查和测量。检测技术能为汽车继续运行或进厂维护、修理 提供可靠的依据。 我国对汽车检测技术的发展相当重视，虽然起步较晚，发展速度还是很快的。 我国着手研发汽车检测技术设备始于6 0 年代，由交通科学研究院和天津公共汽车三 厂合作，研制汽车综合试验台，为我国汽车检测和诊断技术迈出了第一步。7 0 年代 我国大力发展汽车检测技术，1 9 7 7 年国家下达了“汽车不解体检测技术”的研究课 题，标志着我国汽车检测、诊断技术开始了新的起点。列入国家科研项目之后，研 究取得了巨大的发展，有关单位相继研制和仿制了一些不解体检测设备。如发动机 无外载加速测功仪、发动机转速表、发动机异响检测仪、惯性式汽车制动检测仪、 汽车性能综合检验台等等。进入8 0 年代以后，随着国民经济的发展，科学技术的各 个领域都有了较快的发展，汽车检测技术也随之快速发展，加之我国的汽车制造业 和公路交通运输业发展迅猛，对汽车检车技术和设备的需求也与日俱增。我国机动 车保有量迅速增加，交通安全和环境保护等社会问题随之而来，因此政府有关部门 把汽车检测技术作为交通运输现代化的一个发展方向，先后颁布了一些政策和法规， 提出了一系列发展汽车检测诊断技术的措施和汽车检测站的具体管理办法，这些都 对我国机动车辆检测诊断技术的发展起到积极的推动作用。一批先进的检测诊断设 备相继问世，如红外线c 0 h c 气体分析仪、烟度仪、声级仪、铁谱仪、侧滑试验台、 底盘测功机、发动机综合分析仪等。在单台检测设备研制的基础上，为了保证汽车 的技术状况良好，加强在用汽车的技术管理，充分发挥检测设备的作用，交通部开 始有计划地在全国公路运输和车辆管理系统筹建汽车安全检测站，于是在1 9 9 0 年交 通部发布第1 3 号令汽车运输业车辆技术管理规定和1 9 9 1 年交通部发布第2 9 号 部令汽车运输业车辆综合性能检测站管理办法以后，全国又掀起了建设汽车综 华中科技大学硕士学位论文 合性能检测站的高潮。目前全国各类汽车检测站相继建立，初步建立了全国性的检 测网。为配合汽车检测工作，国内已发布实施了有关汽车检测的国家标准、行业标 准、计量检定规程等1 0 0 多项。从汽车检测站建站到汽车检测的具体检测项目，都 基本作到了有法可依。与此同时，汽车的检测技术也得到了大力发展，从7 0 年代国 内仅能生产少量的简单检测、诊断设备到自主开发全套汽车检测设备，我国汽车检 测技术发生了质的飞跃，汽车检测技术由单项性能检测向综合性能检测方向发展， 我国汽车综合性能检测经历了从无到有；从小到大；从引进技术、引进检测设备， 到自主研究开发推广应用；从单一性能检测到综合检测，取得了很大的进步，尤其 是检测设备的研制生产得到了快速发展，缩小了与发达国家的差距。如今汽车检测 中通用的制动试验台、侧滑试验台、底盘测功机等，国内已自给自余，而且结构形 式多样。虽然我们在汽车检测技术方面已经取得了很大的进步，但与世界先进水平 相比，还有相当大的距离，国产的汽车检测诊断设备还不能完全满足生产实际的需 要，有些设备的功能单一、可靠性差。我国汽车检测技术要赶超世界先进水平，应 该从汽车检测技术基础、汽车检测设备智能化和汽车检测管理网络化和汽车检测技 术制度的法制化等方面进行研究和发展。【1 】 1 ) 汽车检测技术基础规范化 我国检测技术发展过程中，普遍重视硬件技术，忽略或是轻视了难度大、投入 多、社会效益明显的检测方法、限值标准等基础性技术的研究。随着检测手段的完 善，与硬件相配套的检测技术软件将进一步完善。 今后我国应重点开展下述汽车检测技术的基础研究： ( 1 ) 制定和完善汽车检测项目的检测方法和限值标准，如驱动轮输出功率、底 盘传动系的功率损耗、滑行距离、加速时间和距离、发动机燃料消耗率、悬架性能、 可靠性、起动性能等； ( 2 ) 制定营运汽车技术状况检测评定细则，统一规范全国各地的检测标准和操 作技术要求； ( 3 ) 制定用于综合性能检测站的大型检测设备的形式认证规则，以保证综合性 能检测站履行其职责。 华中科技大学硕士学位论文 2 ) 汽车检测设备智能化 目前国外的汽车检测设备已大量应用光、机、电一体化技术，并采用计算机测 控，有些检测设备还具有专家系统和智能化功能，能对汽车技术状况进行检测，并 能诊断出汽车故障发生的部位和原因，引导维修人员迅速排除故障。 我国目前的汽车检测设备在采用专家系统和智能化诊断方面与国外相比还存在 较大差距。如四轮定位检测系统，电喷发动机综合检测仪等等，还主要依靠进口。 今后我们要在汽车检测设备智能化方面加快发展速度。 3 ) 汽车检测设管理网络化 我国的汽车综合性能检测站部分已实现了计算机管理系统检测，随着汽车检测 技术和管理水平的进步，今后汽车检测将真正的实现网络化，从而做到信息资源共 享、硬件资源共享、软件资源共享、人才资源共享。【2 】 1 2 国外汽车检测技术的现状 国外一些发达的资本主义国家，早在4 0 至5 0 年代就发展以故障诊断和性能测 试为主的单项检测技术。随着汽车技术的进步，国外汽车检测技术发展很快，并大 量应用了声学、光学、电子技术、物理、化学与机械相结合的检测诊断技术。进入 6 0 年代后获得了更大的发展，逐步将单项检测技术联线建站，成为既能进行维修检 测，又能进行安全与环保检测的综合检测技术。8 0 年代随着电子计算机的发展，诊 断技术的自动化、智能化水平进一步提高，自动检测设备开始大规模应用，如美国 内燃机简易测试设备( s t e i c e ) 、汉米尔顿测试系统、m a r q u e t t e 联合公司的测试系 统等检测仪器；日本三菱公司的a c c 2 0 0 型汽车综合诊断装置、日本日产公司的n a t a c s 一7 型发动机综合诊断装置等等；德国则普遍采用汽车电子检测设备，在全 国建立了自动化程度很高的汽车检测站，使汽车检测制度化。如汉诺威汽车检测站、 以埃森汽车检测站等。这一时期世界发达国家相继出现了检测自动化，数据处理自 动化，检测结果直接打印的现代综合检测技术，如国外生产的汽车制动检测仪、全 自动前照灯检测仪、发动机分析仪、发动机诊断仪、计算机四轮定位仪等检测设备。 目前其发展方向为： 华中科技大学硕士学位论文 1 ) 向自动化、综合化及电子计算机化发展； 2 ) 发展成本低，小型便携式检测诊断装置； 3 ) 提高测试诊断装置的准确性； 4 ) 发展车载测试诊断装置。 概括的讲，工业发达国家的汽车检测在管理上已实现了“制度化”；在检测基 础技术方面已实现了“标准化”；在检测技术上向“智能化、自动化检测”方向 发展。f 3 】 1 3 汽车起动性能的含义及检测的意义 汽车起动包括发动机的起动、暖机、怠速、汽车的起步四个过程。汽车起动性 能直接影响汽车性能的发挥，特别是在寒冷的地区，起动性能是非常重要的。 发动机的曲轴在外力的作用下开始转动，到发动机开始自动运转的过程，称为 发动机的起动。发动机起动时，必须克服气缸内被压缩气体的阻力、发动机本身的 机件及其附件内相对运动零件之间的摩擦力、往复运动的活塞和连杆产生的往复惯 性力，克服这些阻力所需要的转矩，称为起动转矩；能使发动机起动所必需的转速， 称为起动转速。车用汽油机为了使发动机在低温下顺利可靠起动，要求起动转速不 低于5 0 7 0 r m i n ，车用柴油机要求的起动转速较高，达1 5 0 3 0 0 r m i n 。暖机是指冷 起动后，发动机各气缸开始自动运转，发动机温度逐渐上升，直到接近正常值( 一 般为7 0 。c ) ，发动机能稳定地进行怠速运转为止。怠速是指发动机不对外输出动力， 做功行程产生的动力只用来克服发动机的内部阻力，维持发动机以最低稳定的转速 运转，汽油机怠速转速一般为7 0 0 9 0 0 r m i n 。汽车的起步是指发动机起动和暖机后， 汽车用最低档起步由静止状态到汽车正常行驶之问的过程。汽车起动性能好表现在 汽车应在一定温度下可靠起动、起动迅速、起动时消耗的功率小、起动期磨损小。 汽车起动性能除与发动机结构有关以外，还与发动机的工作过程、传动系等相联系。 汽车的起动性能直接影响到汽车机动性能，驾驶员的劳动强度和行车的安全性，是 汽车工作可靠性的重要表现，检测汽车的起动性能主要考核汽车在寒冷地区使用的 适应性，以及起动系、传动系的工作可靠性，很有实际意义。此外汽车在起动时， 4 华中科技大学硕士学位论文 由于燃油混和气晶矮蓑，燃烧恶化，泊耗氆加，撰出豹c 0 、 i c 明显增由g 。因此， 改替汽车起动性能，对降低c o 、h c 的排放、对节约能源、保护环境十分有利。【4 l 5 】 对于汽车起动性能的检测，出于梭测的技术要求比较离，我溪过去对汽车的起 动性能的检测要求不谢。目前我国还没有具体的评价汽车起动性能的标准，国家相 关标准推荐觅表1 ，1 。 表】_ 1 汽车起动性能评价标准 测试类别评定要求 发动机一般起动 1 5s 内能起动成功 发动枫低温起动 3 0s 内能起动成功 汽车起步1 5 m i n 内能换歪最高档、发动机无熄火现象 具体要求如下： 起动机接通后，在规定的拖动时问内，发动机能着火自行运转，即为起动成功， 若在规定的搬动时闻内，无断续若火声，未能翻行运转，即为起动失败，羞其闻有 断续着火声，可适当延长拖动时间( 但延长时间不得超过1 5 s ) ，若能自行运转，亦为 起动成功。起动试验允诲连续送行3 次，若1 次起动失败，可在2 m 洫后再次起动。 满足上述条件认为此发动机起动性能良好。否则起动性能差：怠速过程国家标准规 定在发动机出厂和检修过程中都要进行发动机怠速检测，测试怠遮排放的c o 、h c 的浓度、平均转速、最大和最小转速、转速波动量等指标，并作了具体规定( 如转 速波动量5 0 r m i n ) ，满足规定，说明怠速正常，否则怠速不良，翥要调试：对于暖 机和起步过程，国家标准规定比较笼统，没有具体的评价指标。而对于汽车起动性 能豹检测，我国转统豹检测方法是由人工记录测量结栗，凭主观捡视判酝汽车起动 性能好坏，这仅仅只得到起动性能好或起动性能差两种评价结果，不能对好的程度 或差的程度进行量化比较。这样，对于同一辆汽车，虽然起动性能耀差较大，但罔 这种检测方法得到的结果却是样的，所以这种检测方法是不科学的。准确的、先 进约、智能化的检测系统已成为一种需要。嘲f 7 l 阐 华中科技大学硕士学位论文 1 4 课题的来源及本文所做的工作 1 4 1 本课题的来源和意义 随着汽车的普及，人们对汽车的使用性能要求越来越高。在追求汽车动力性、 经济性的同时，对汽车的起动性、安全性、可靠性的要求也越来越高。据权威机构 研究表明：汽车发动机在冷起动的磨损量占整个磨损量的一半左右。汽车起动性能 直接影响到汽车的机动性，汽车发动机的使用寿命，是汽车工作可靠性的重要表现。 我国国家标准和汽车行业标准中规定，在汽车制造、汽车大修过程中都要对汽车起 动性能进行检测。传统的检测方法通过技师的“望”、“闻”、“切”方式，只能凭主 观判断，存在诸多弊端，造成汽车行业对汽车起动性能的评价模糊不清，仅仅只用 “起动性能好”、“起动性能差”来判别，用户对汽车起动性能的好坏也很难作出准确 判断。随着现代科学技术的进步，特别是微机控制技术、汽车检测技术的进步，人 们迫切希望能依靠某种先进的检测设备，对汽车起动性能进行不解体检测，给出定 性的标准，客观地作出评价，向用户提供汽车起动性能的详细资料，满足汽车行业 和用户的需求。本课题就是针对此需求而进行研究的。 本课题是利用现代的检测技术和检测手段，在汽车不解体的前提下，判断汽车 起动性能的技术状况、查明故障部位和原因，并提供公正的、科学的数据。为汽车 的合理使用、维修提供理论依据。它是对目前汽车综合检测项目的补充，很有实际 意义。 1 4 2 本文的主要工作 本文主要论述了开发汽车起动性能检测系统的过程，主要工作有： 1 ) 介绍了汽车检测技术的国内外的状况及其发展趋势，课题的来源和意义，提 出了开发汽车起动性能检测分析系统的必要性。 2 ) 分析了影响汽车起动性能的各种因素，建立了评价汽车起动性能的评价标准 及其评价指标等关键技术。 3 ) 详细论述了该系统的构思及其具体实现方法，包括系统的软件、硬件设计等 6 华中科技大学硕士学位论文 关键技术。 4 ) 提出了改善汽车起动性能的方法并对汽车综合性能检测技术进行了展望。 1 5 本章小结 随着汽车电子技术和测量技术的迅速发展，目前已经广泛应用到汽车工业及其 相关产业，基本形成了汽车综合检测体系，汽车检测技术向检测项目更多、判断更 快更准确的方向发展，汽车检测设备逐步向智能化、轻便化、功能全等方向发展。 加强汽车性能检测不仅具有可观的经济效益，更具有重大的社会效益。本章着重介 绍了汽车检测技术的国内外现状及其发展，使我们清晰认识到检测汽车起动性能的 必要性。最后介绍了本课题的来源、意义以及本文所做的工作。 华中科技大学硕士学位论文 2 汽车起动性能影响因素及改善措施的分析 汽车发动机常用的起动方式有：人力起动、电力起动机起动和辅助汽油机起动 等多种形式。电力起动机起动以电动机作为动力源，当电动机轴上的驱动齿轮与发 动机飞轮周缘上的环齿啮合时，电动机旋转而产生的动力，通过飞轮传递给发动机 的曲轴，使曲轴旋转，发动机起动。电动机以蓄电池为电源，结构简单、操作方便， 起动迅速可靠。电力起动机起动几乎是现代汽车唯一的起动方式。由发动机工作原 理可知，无论是冷起动还是热起动，发动机起动的必要条件是：必须提供足够大的 起动力矩；必须提供足够高的起动转速；气缸内具有一定的压力和温度；必须供给 浓度适当的浓混合气；各摩擦表面能得到充分的预润滑。只有满足上述条件汽车发 动机方可成功起动，若上述条件之一恶化，则会发生起动困难，甚至无法起动。汽 车起步还受到汽车传动系的影响，汽车传动系各总成在低温条件下使用，润滑油粘 度大，运动阻力相应增大，传动系各总成在起步时负荷大，起步困难，此外汽车传 动系技术状况恶化、驾驶员操纵不当也会造成汽车起步失败。因此汽车能否成功起 步关键在于发动机、传动系是否能正常工作。其中发动机的成功起动是汽车能否起 步的关键。【9 】【1 0 】 2 1 发动机起动时的影响因素及改善措施 影响发动机起动性能的因素有很多，下面分别讨论汽车发动机在低温起动、常 温起动、热机起动时的影响因素。 2 1 1 发动机低温起动时的影响因素及改善措施 发动机的起动，特别是在低温迅速可靠的起动，对于提高发动机工作可靠性降低 起动磨损，减轻驾驶员的劳动强度、减少燃油消耗量和提高发动机及汽车的使用效 率等都有着重要的关系。我国寒冷地区，包括东北、华北、西北及内蒙地区，在天 气最冷的月份平均气温达一2 5 一3 0 ，最低气温达一5 0 ，发动机的起动问题 十分突出。低温起动时，燃油雾化条件差，润滑油粘度增加，磨损和油耗显著增加。 华中科技大学硕士学位论文 实验表明：在气温零下1 5 发动时，润滑油需2 m i n 才能到达主轴承；在气温5 时 发动并走热发动机一次，气缸壁磨损程度相当于汽车行驶3 0 4 0 k m ，气温在零下 1 8 时发动发动机一次，气缸磨损程度相当于汽车行驶2 0 0 2 5 0 k m 。因此缩短发动 机起动时间，就能减少运动件的急剧磨损，延长发动机的使用寿命。 发动机在低温度起动时，升温时间长，摩擦内耗大，其输出功率下降，增大燃 料消耗量。如汽油机在冷却水温度为6 0 时比在8 0 时耗油量约增加3 ，水温下 降到4 0 时，耗油量约增加1 2 ，若降低到3 0 时，耗油量则增加到2 5 。因此， 低温起动时要尽量缩短发动机升温到3 0 6 0 的时间，这段时间越短越好。不仅 可节约燃油消耗量，还减少了废气排放，有利于环境保护。【l l 】 以上分析得到：发动机在低温起动时，运动件的磨损加剧、燃油消耗量急剧增 加，由于各方面因素的影响造成发动机起动困难，甚至无法起动。因此改善冷起动 性能对于发动机至关重要。下面分析发动机低温起动时的主要影响因素和改善低温 起动性能的措施。 1 ) 主要影响因素有 发动机曲轴旋转阻力矩增加 发动机运动副中摩擦阻力的大小，主要取决于润滑油的润滑作用。从润滑油的 粘度特性可知，润滑油的粘度随温度的降低而增大。低温时润滑油粘度大，起动阻 力就大，使发动机的起动转速降低，造成起动困难。 蓄电池性能下降 目前，常用的硫酸铅蓄电池的低温使用性能主要受电解液的影响。随着温度的 降低，蓄电池电解液的粘度和电阻值增大，粘度增大使电解液渗入极板内层非常困 难，散放电时极板内层活性物质不能充分利用，使得蓄电池起动时的容量和端电压 下降，在低温起动时，需要的起动功率大，而蓄电池的输出功率反而下降，当气温 降到一定程度，起动系统便拖动不了发动机，达不到最低的起动转速。另外，由于 低温时汽油机发动机被连续拖动的时间过长，进入气缸的混合气过多，使火花塞的 电极被燃料濡湿，或者由于不完全燃烧造成火花塞污损，使绝缘阻值增大，因而影 响了火花塞的正常跳火。 9 华中科技大学硕士学位论文 压缩终点的温度和压力低 低温起动时，气缸内压缩始点温度低，气缸壁温度低，向气缸壁传递的热量增 多，此外由于起动机起动转速低而引起活塞环封闭不严，漏气量增加，从而使压缩 终点温度和压力下降，混合气品质变差，不易燃烧，造成发动机起动困难。 燃油雾化不良 燃油对起动性能的影响主要是其蒸发性。低温时燃油粘度和密度增大，又由于 发动机转速不高，进气管内气体的流速降低，使流动性变差，燃油蒸发、雾化不良， 致使大部分燃油以液态存在于气缸内，从燃油难与空气混合，造成实际参与燃烧的 混合气过稀，不易着火，使发动机起动困难。 低温起动时，柴油机由于柴油不易挥发、粘度大、柴油机运动件惯性大，因此 要求有更大的起动转矩，所以柴油机冷起动困难尤为突出。电喷发动机机由于低温 起动采取燃油加浓修正，控制系统根据发动机的温度变化，对进气量和供油量进行 精确控制，可明显改善发动机的低温起动性能。【1 2 】 2 ) 改善措施 低温严寒气候，燃料汽化及燃烧困难，机油粘度加大，蓄电池能量下降，造成 发动机起动困难。为了确保发动机顺利起动，需要采取相应的措施，常用有预热空 气、预热机油、预热冷却水、喷起动液、减压起动等。 预热机油和冷却液 利用燃油加热器( 即燃烧燃油，将其发出的热量通过换热器传递给被加热介质的 装置) ，将冷态发动机的冷却液( 风冷发动机则是冷却空气) 和润滑油加热到一定温度， 再倒入发动机使整个发动机升温，也可采用电热丝等发热元件，直接插入油底壳或 散热器，加热机油和冷却水，以便发动机能顺利地起动。 预热空气 用进气预热器( 电热预热或火焰预热) 对进入气缸的混合气( 或空气) 进行加热，从 而提高压缩终点温度，改善着火条件。电热预热方法是在进气管内安装电热塞或电 热丝，直接加热进气，它不消耗空气中的的氧气，也不污染进气，但是它消耗蓄电 池的电能，只适合小排量的发动机。燃烧燃油来加热进气管内的充量，它消耗的电 1 0 华中科技大学硕士学位论文 能相对较少，加热的温度高，但由于它消耗一部分氧气，还会有部分废气产生和功 率损失，因此需要对燃烧器的供油量进行较精确的控制和调节，避免耗氧量过多和 废气过多。 安装电热塞 在发动机燃烧室中安装电热塞，提供一个高温的点火源( 而不是一个热源) 帮助点 燃混合气，以解决发动机低温下压缩终点温度低而不能使燃油着火的问题。燃烧室 电热塞较多地用在起动性能较差的分隔式燃烧室涡流室和预燃室中。用电热塞 低温起动效果如何，这不仅与发动机本身的起动性能有关，还与电热塞的安装位置 等因素有关。 利用适量起动液 以乙醚、丙酮或其它易燃物为基础，与压缩气体氮气一起储藏在专用喷射罐内 配制成起动液，将其喷入进气管，随空气进入气缸，迅速着火燃烧，以改善燃油的 着火条件。用起动液进行发动机的低温起动，其主要特点一是起动时间短，完全可 以满足应急起动的要求；二是起动时气缸内容易产生较高的燃烧压力。 需要注意的是，起动液不是加的越多越好。如果起动液加注过多，会使最高燃 烧压力过高，发动机的运动件和主轴承受到较大的冲击，影响其使用寿命。为了避 免产生过高的最高燃烧压力，起动液应具有良好的性能，起动液浓度应精确控制， 多缸机各缸进气中起动液含量要均匀。【1 3 】【1 4 】 采用低温润滑油 使用低温润滑油，降低润滑油粘度，以提高润滑油的流动性和减少液体的内部 摩擦阻力，改善冷起动性能。 利用高能蓄电池 采用高能量蓄电池，如目前的镍氢电池及镍镉电池等。注意对蓄电池的加热或 加热保温，以保持蓄电池的容量和输出功率，保证点火所需的足够能量。 采用超级电容器与蓄电池并联使用 超级电容器与蓄电池并联时，由于超级电容器的等效串联电阻( e s r ) 远低于蓄 电池的内阻，因此，在起动瞬间起动电流中的大部分由超级电容器提供，蓄电池仅 华中科技大学硕士学位论文 提供小部分的电流。明显低于仅采用蓄电池的起动电流，有效地降低了蓄电池极板 的极化，阻止了蓄电池内阻的上升使起动过程的平稳电压得到提高。最主要的是蓄 电池极板极化的减轻不仅有利于延长蓄电池的使用寿命，而且也可以消除频繁起动 对蓄电池寿命的影响。相关实验证明，如果将铅酸电池与超级电容器并联组合使用 在汽车起动上，使用寿命是单独使用铅酸电池约1 0 0 倍。 减压起动 有些柴油机采用起动减压装置降低起动转矩，提高起动转速，以改善低温起动 性能。 对于不同用途和型号的发动机，由于对它的低温起动性能的要求不同，所采用 的低温起动措施也不同。对于低温起动性能要求高的发动机，为保证其在很低的温 度下能顺利起动，有时需要同时采用多种措施。l l 5 j 2 1 2 发动机常温起动时的影响因素及改善措施 汽车发动机常温起动应迅速、一次成功。若出现起动动困难、起动失败，大多 是由于燃油供给系、起动系、点火系( 汽油机) 等技术状况变差，出现故障造成的。 对汽车起动困难故障原因的分析，常采用故障树分析方法。所谓故障树分析方法就 是一种图形演绎法，故障树是因果关系的分析图。它利用逻辑推理，对确定的故障 事件，在一定条件下用图形表示导致此故障事件必然发生的次级事件与此故障事件 各种逻辑关系。然后再将这些次级事件逐步按上述方法制图表示。如此层层分析、 制图，直到分析到基本故障事件或不宜再分解的边界事件为止。故障树反映了系统 故障与各种基本故障事件的逻辑关系。我们可以利用故障树找出故障事件的故障谱， 进一步从故障谱中找出系统的薄弱环节，从易到难进行检查。如图2 1 所示，以汽油 发动机起动困难故障树为例加以分析。 1 2 华中科技大学硕士学位论文 图2 1汽油发动机起动困难故障树 利用故障树的图形，维修人员就可以从易到难，逐步排查，判断故障所在的部 位，准确、及时排除故障。改善发动机常温起动性能的措施是正确使用、合理的维 护和保养。【1 6 】【1 7 】 2 1 3 发动机热车起动时的影响因素及改善措施 发动机热车起动是指发动机在热机状态下的起动。影响发动机热车起动的因素 有： 润滑油粘度下降 华中科技大学硕士学位论文 热车时润滑油的粘度下降，使相对滑动表面的油膜变薄或遭到破坏，出现半干 摩擦状态，造成机械损失增加，出现热车难起动。 供气量减少 热车起动时，因缸内的温度高，使进入气缸内的新鲜气量减少，影响混合气的 数量和浓度，从而影响热车起动。【1 8 】 供油量不足 供油量不足会影响混合气的形成，从而影响起动。如热车时，部分柴油机由于 喷油器散热不良，使喷油器针阀咬、卡而引起循环供油量不足；控制喷油泵油量调 节机构的操纵机件受热变型，影响了喷油泵柱塞斜槽相对于回油孔的位置，造成柴 油机供油量不足；燃油受热产生的燃油蒸汽增多，燃油蒸汽在燃油系统中形成气阻 而使循环供油量不足等等，都会使热车起动困难。 发动机技术状况差 发动机的技术状况差会直接影响起动性能，发动机电控系统、燃油系统或机械 部分出现故障都会导致热车难起动的故障。如冷却液温度传感器是影响喷油量的重 要因素，如果它提供给发动机电脑的信号错误，就可能使热车起动时喷油量偏多， 导致热车起动困难；点火线圈过热后电阻会大大增加，这会使高压电减弱或断火； 燃油管受热变形或燃油泵受热导致电阻增大，会使燃油供给不畅。 机件间配合间隙过小 各机件间在热车时不能保证正常的工作间隙，会因摩擦阻力增大造成起动困难。 如曲轴轴向间隙过小时，会使轴颈端面发生碰撞：活塞与缸套、活塞与活塞环等的 配合间隙过小，热车时易出现“刮缸”等现象，使起动困难。气门间隙过小，则会 因热车时配气机构受热膨胀，气门关闭不严，造成漏气，使压缩压力不足而难于起 动。 燃油原因天气炎热时燃油箱内燃油蒸发很快，燃油系统管路内容易产生气 阻，从而引起供油不畅，导致起动困难。要注意应及时更换燃油滤清器，以保证油 路畅通。 热车起动困难的影响因素很多。不同的车型原因不尽相同，分析可知，出现故 1 4 华中科技大学硕士学位论文 障的原因大多与发动机机体温度升高有关。因此改善热车起动性能的措施可以从以 下几个方面着手。 保证冷却系统的正常工作，避免因发动机散热不良造成发动机温度过高。 正确装配，确保各运动件间的正常配合间隙，以减小热态摩擦。 合理使用发动机，定期维护和保养，避免机件咬合和过度磨损。【1 9 】【2 0 】 2 2 汽车起步时传动系的影响因素 汽车传动系的基本作用是将发动机发出的动力传递给驱动车轮，也就是说，发 动机的动力是通过汽车底盘的传动系装置驱动汽车行驶的。底盘传动系技术状况是 决定汽车安全起步好坏重要的一个组成部分。 汽车传动系使发动机和驱动车轮串联起来，发动机产生动力经过离合器、变速 器、传动轴、差速器，最后传给驱动车轮，从而实现汽车的起步和正常行驶。由于 汽车传动系中的传动装置相互有机地联系在一起，因此不论其中哪个装置发生异常， 都会造成汽车起步困难，甚至无法起步。其次驾驶员在起步时，操纵方法不当，也 会造成汽车起步困难，甚至发动机熄火，造成汽车起步失败。因此汽车起步时传动 系的影响因素主要是传动系的技术状况和正确的驾驶方法。 2 2 1 传动系的技术状况 传动系的正常工作是汽车顺利起步的关键，使用过程中，由于机件的磨损、维 护和保养没有按规定操作，常出现各种各样的故障，影响到汽车的起步。勉强起步 行车，存在安全隐患。传动系的技术状况造成汽车起步困难的主要有： 离合器在使用过程中，由于结构和使用中的各种原因，技术状况不断变化， 在”离”与”合”的过程中反映出各种故障。如离合器的打滑、分离不彻底、起步抖动等 故障使汽车起步困难，甚至无法起步。 变速箱在使用过程中，由于自然磨损和受各种力的作用，以及操纵不当等原 因，常产生各种故障，如变速箱的跳档、乱档也使汽车起步失常。 传动装置和驱动桥在使用过程中出现传动轴抖动、齿轮严重磨损等也造成汽 华中科技大学硕士学位论文 车起步困难。 影响传动系技术状况的主要因素有汽车的结构和使用条件。了解汽车在原设计 和制造中的一些缺陷，进一步改进传动系的结构以及合理的使用、维护保养，确保 传动系正常工作。【2 2 】 2 2 2 正确的驾驶方法 汽车顺利起步，驾驶员必须掌握最基本的操作技术。如果操作不当，不仅起步 不顺利、车辆抖动，还会损伤汽车机件。因此，汽车起步时应遵循必要的操作程序。 起步阶段将档位放入空挡，踩下离合器，切入一档，慢慢松开离合器，配合油 门，起动汽车。汽车起步之后，随着发动机转速增加，配合不同车速，切入相应档 位，换档要及时准确。使用自动无级变速器加速时，应尽量缓慢加速，在换档点附 近稍松油门，以使变速器容易升档，同时也节省燃油。 2 3 本章小结 本章研究了汽车起步过程中影响汽车发动机起动性能的因素和改善发动机起动 性能的方法，分析了传动系造成汽车起步困难或无法起动的故障原因。发动机的成 功起动和传动系保持良好的技术状态是汽车能否成功起步的关键。 1 6 华中科技大学硕士学位论文 3 汽车起动性能评价体系的建立 3 1 概述 w 强i 的逛入促进了我国经济各方预靛发展。尤其对予汽车行渡，从原来的完全 引进，到现在我国有很多的汽车类型能够自主生产，汽车行业已成为国民经济的支 桂产妊，近几年我翻汽车行韭保持持续褒速增长，产业缭构调整步伐翻浚，汽车工 业总产值占围民生产总值的比例不断上升。据中国汽车工业协会最新统计，2 0 0 4 年 我国汽车产销首次双双突破5 0 0 万辆，连续3 年每年跨上一个百万辆级台阶，汽车 产销量3 年翻了一番。2 0 0 4 年我国汽车产销分别为5 0 7 0 5 万辆和5 0 7 1 1 万辆，比上 年分裂增长1 4 ，1 1 弱1 5 + 5 0 。其中，轿车产量为2 3 2 6 5 万辆，增长1 1 9 9 ，销售 2 3 2 6 5 万辆，增长1 5 1 7 。随麓我国成为汽车的生产大圈越来越多的汽车走进千 家万户，大家对汽车也藏不再疆生了。许多汽车用户还会有小窍f l 或方法来改善其 汽车的性能，其中就包括汽车起动性能。当天气变冷、气温下降，大部分用户都会 感觉到汽车冷车起动较热车困难些，于楚，也产生了许多改善汽车冷起动性能的缀 验及方法。但是他们对汽车起动性能的判断主要是从主观感受的角度来判断，缺乏 理论依据，遣切希望有种客观、量化的评徐汽车起动性能的方法。 近年汽车产量大幅上升，豳内汽车销售市场的竞争也日趋激烈，各个汽车生产 厂家大霸技术战、价格战，在浪接一浪的降价潮面前，国内汽车市场的整车销售 利润进一步降低，同时消费者对汽车整车的性能要求却越来越高，对汽车性能的了 解越来越全瑟。以前仅仅重褫汽车的动力性麓( 最高时速、最大加速度等) 和经济 性能( 百公里油耗) ，现在还要求汽车安全性能好、舒适性能好、起动快、排放少， 过去对汽车超动性能的评价露“起动性能夔好”或“起动性能差”来表经，这些模 糊的评价已很难满足现代消费者的心理需求。他们希望对汽车起动性能的评价量化、 具体整观。 此外异常火爆的= 手车交易市场，在对二手车进行评估时，路试首先检查汽车 发动枫的起动性能，以此为依据来判别发动机的使用情况和技术状况，其次考察汽 华中科技大学硕士学位论文 车的起步性能来判别汽车底盘传动系的技术状况，考察二手车的起动性能就可以初 步判断整车的性能和使用情况，给出合理的评估价格。因此对汽车起动性能进行检 测，提供准确的汽车起动性能信息，在整车市场和二手车市场就可以抢占先机，赢 得消费者的青睐。图3 1 为2 0 0 4 年全国轿车用户满意度一一性能项目测评结果。 t ，蛹 7 8 0 t8 & 7 5 参