汽车起动机性能要求的确定方法

汽车起动机性能要求的确定方法

汽车起动系统一般由蓄电池、起动继电器和起动机组成。起动系统的设计品质直接影响汽车的起动性能，因此设计起动系统时，必须首先确定起动机设计参数,即根据发动机起动特性确定对相应起动机的性能要求。 1 发动机的起动特性

起动是发动机进人工作的准备阶段。发动机借助于起动机使曲轴由静止状态加速到能进行混合气燃烧．进入独立工作的状态。发动机在起动时的工作过程与正常运转时基本相同，但起动时发动机是在冷车或停车状态下被起动机带动旋转， 起动过程中曲轴旋转的阻转矩和瞬时角速度是变化的,开始起动时阻转矩迅速升至最大值．然后下降，经过一段时间后才趋

于稳定值。发动机的起动特性可用最低起动转速、最大起动阻转矩和平均阻转矩来评价。 1．1 最低起动转速

最低起动转速为在规定的温度下曲轴最低限度的转速 在此转速下．作2次起动试验均应保证能够起动发动机。每次起动试验的延续时间,汽油机为10s， 柴油机为15s。2次起动试验的时间间隔为1min, 最低起动转速取决于环境温度， 混

台气形成和着火方式,发动机类型和结构特点等。一般在一2O℃ 时，汽油机的最低起动转速为50 —70r／min 柴油机为100～

200 r／min.

1 2 最大起动阻转矩

在起动过程中，欲使曲轴从静止状态过渡到以最低起动转速旋转，首先必须克服机件中的各种阻转矩，即最大起动阻转矩. 它包括发动机内部最大摩擦阻转矩、发动机气缸中压缩空气阻转矩和发动机运动机件惯性阻转矩。

a．可按下式计算发动机内部最大摩擦阻转矩Tfmax (单位：N.m)。 Tfmax=7.803PfmaxVhi (1)

式中 Vh— 发动机气缸的工作容积，L i— 发动机气缸数

Pfmax一 发动机内部摩擦平均压力的最大值． N／cm2

对四冲程发动机，可由以下公式确定Pfmax。 Pfmax =186.3

4v (2)

式中 v — 开始起动时发动机机油的运动粘度，m2/s

b．可按下式计算发动机气缸中压缩空气阻转矩Tcmax(单位：N·m) Tcmax=3.77×103×Vh/min (3)

nt

式中

nmin — 最低起动转速，r／min

t— 开始起动到着火的时间,即发动机转速由0加速到最低起动转速的时间,s

c.曲轴系统在加速旋转情况下,可按下式计算发动机运动机件惯性阻转矩Ti．(单位：N.m)

Ti=Ix(π/30)xnmin/t (4)

式中I一发动机中所有运动机件折算到曲轴上的转动惯量，kg·m 。一般通过实验测得或由动力计算求得。为简化计算， 可取为飞轮转动惯量的1 1～1．4倍.

因此，最大起动阻转矩Tm1为

Tm1= Tfmax + Tcmax+ Ti (5) 1. 3 平均阻转矩

发动机平均阻转矩是指对应于最低起动转速的阻转矩。 平均阻转矩由摩擦阻转矩和压缩阻转矩组成。发动机曲轴旋转的不均匀性对平均阻转矩有一定影响，因此在计算平均阻转矩时应计及曲轴旋转的不均匀系数。平均阻转矩可按以下经验公式计算。

Tm2=0.39Vh[ε+6

式中

+100km(1+?Η/8)

2

(6)

ε

— 发动机压缩比

?Η— 曲轴旋转的不均匀系数． 取决于曲轴旋转平均转速、发动机形式和气缸数

km— 系数。汽油机km =3．8， 柴油机km=

2 发动机对起动机的性能要求

2．8

a．起动机必须提供足够的起动转矩，保证在一定的环境温度下均能克服发动机最大起动阻转矩，使曲轴旋转。

b 起动机必须具有在最低起动转速以上时驱动发动机的能力，即起动机必须具有足够的功率，使其克服发动机平均阻转矩时具有足够的转速,以顺利起动发动机。

3 起动机性能要求确定

起动机的性能参数应保证起动系统部件特性的协调，并使电源得到充分利用. 3.1 从起动机到发动机的传动比

起动机输出端与发动机曲轴通过单级齿轮传动联接，二者之间的传动比是保证起动机机械特性与发动机起动特性合理匹配的重要参数，因此应首先确定从起动机到发动机的传动比。从起动机到发动机的传动比i影响折算到发动机曲轴上的起动机机械特性倾斜角。若传动比增大，则折合转矩增大、折合转速降低，起动装置功率的最大值向发动机曲轴转速低的方向移动，对起动有利。此外，采用大的传动比可减小起动机的外形尺寸，但传动比的增大受起动机驱动齿轮强度和飞轮齿圈在发动机结构布置方面的限制。从起动机到发动机的传动比的选择原则是使起动机最大功率时的转速经减速后，应略高于发动机最低起动转速，一般柴油机为8一10，汽油机为13～17。 3．2 起动机的制动性能

起动机制动转矩 Tbt(单位N·m) 应满足下式。

Tbt≥Tm1/(iηb) (7)

式中ηb — 起动机驱动齿轮传动效率，一般ηb=0．85～0．9。在制动状态下，运动机件加速度为0， 因此最大 起动阻转矩中的发动机运动机件惯性阻转矩Ti=0。 3．3 起动机的最大功率点性能

起动机最大功率点对应的转矩Tpmax(单位：N.m) 应满足以下关系式。

Tpmax≥Tm2/(iηb) (8)

起动机最大功率点对应的转速npmax (单位：r／min) 应满足以下关系式。

npmax≥nmini (9) 起动机最大输出功率PN (单位：kW )可按下 式确定。

PN=πTpmaxnpmax/30000 (10)