淺析低溫條件對汽車使用的影響

【摘要】我國黑龍江省、內(nèi)蒙古自治區(qū)等地有7個月最低氣溫在-15℃以下；部分地區(qū)最低氣溫在-40℃以下。本文將闡述低溫條件對汽車使用的影響。

【關(guān)鍵詞】低溫條件；汽車；使用；影響

一、發(fā)動機(jī)起動困難

（一）發(fā)動機(jī)機(jī)油黏度增大

起動時轉(zhuǎn)動曲軸的阻力矩包括運(yùn)動部件的慣性阻力矩、氣缸內(nèi)被壓縮的可燃混合氣的反作用力產(chǎn)生的阻力矩和各運(yùn)動副的摩擦阻力矩。對于發(fā)動機(jī)，前兩種阻力矩隨溫度變化不明顯，而后者受發(fā)動機(jī)機(jī)油黏度影響較大。

由于機(jī)油的黏溫性，低溫條件下發(fā)動機(jī)機(jī)油黏度增大，曲軸轉(zhuǎn)動阻力矩增大，曲軸轉(zhuǎn)速降低，達(dá)不到起動轉(zhuǎn)速。由于發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)條件不同，對發(fā)動機(jī)機(jī)油低溫起動性試驗(yàn)結(jié)果也不同。黏度指數(shù)（VI）為100的SAE10W號發(fā)動機(jī)機(jī)油可能起動的最低溫度為-27～-22℃；SAE20W號發(fā)動機(jī)機(jī)油可能起動的最低溫度為-22～-13℃。單從發(fā)動機(jī)機(jī)油因素來考慮，一般認(rèn)為能使發(fā)動機(jī)起動的最大黏度為8000mmz/s。

（二）燃料霧化性變差

隨著氣溫的降低，汽油的黏度和相對密度增加，難以霧化。據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)氣溫由40℃下降到-10℃時，汽油黏度增加76%，相對密度增加6%。因此，汽油進(jìn)氣歧管中的流動性變壞，又因?yàn)槠驮诘蜏貢r表面張力增大，使其流動速度進(jìn)一步降低，當(dāng)氣溫為-12～-8℃時燃料只霧化4%～10%。另外，由于低溫時發(fā)動機(jī)零件吸熱作用的影響，使混合氣溫度低，也影響燃料的霧化。在低溫條件下，隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，燃料霧化逐漸增多，總?cè)剂舷牧俊⒁簯B(tài)燃料消耗量也逐漸增多。

柴油機(jī)為壓燃式，車用柴油的霧化性和氣缸壓縮終點(diǎn)溫度對其起動性影響很大。低溫使車用柴油的黏度明顯增大，引起霧化不良。低溫還使氣缸壓縮終點(diǎn)溫度降低，為使柴油機(jī)容易起動，氣缸壓縮終點(diǎn)溫度應(yīng)比車用柴油的自燃點(diǎn)高得多，而低溫起動時曲軸轉(zhuǎn)速低，難以達(dá)到這一要求，使柴油機(jī)起動更困難。

（三）蓄電池工作能力下降

蓄電池在起動過程中主要影響起動扭矩和火花塞的跳火能量。蓄電池端電壓公式為U=E-IR，其中，U為蓄電池端電壓，E為蓄電池電動勢，R為蓄電池內(nèi)電阻，I為蓄電池輸出電流。

在低溫條件下，蓄電池電動勢變化不大。對于內(nèi)電阻來說，其中電解液的電阻將隨著溫度的降低而顯著增加。這是因?yàn)楫?dāng)溫度降低時，電解液黏度增加，電化學(xué)反應(yīng)速度下降。隔板的電阻主要由它的滲透性來決定，木質(zhì)隔板在溫度降低時，孔隙會縮小，使硫酸通過困難，故相當(dāng)于電阻增大，同時，起動時電流很大。因此在低溫情況下，端電壓明顯下降。

二、總成磨損嚴(yán)重

汽車在低溫條件下使用，各部件的磨損均較嚴(yán)重，特別是發(fā)動機(jī)的磨損明顯。研究表明：在發(fā)動機(jī)的使用周期內(nèi)，50%的氣缸磨損發(fā)生在起動過程中，而冬季起動占起動磨損的60%～70%。發(fā)動機(jī)的磨損不僅在冷起動過程中嚴(yán)重，而且起動后在達(dá)到正常工作溫度之前，磨損強(qiáng)度也一直很大。

發(fā)動機(jī)低溫起動時，氣缸壁磨損嚴(yán)重的主要原因有以下幾點(diǎn)。（1）低溫起動時，機(jī)油黏度大，流動性差，機(jī)油泵不能及時將機(jī)油壓人各潤滑表面，使氣缸壁和軸承等摩擦表面潤滑條件惡化。（2）冷起動時，燃料霧化不良，大部分油分子以液態(tài)進(jìn)入氣缸，稀釋了機(jī)油，使其潤滑作用降低。（3）由于溫度低，燃燒過程中的水蒸氣凝結(jié)在氣缸壁上，與硫的化合物氧化成酸性，引起腐蝕磨損，加劇氣缸壁的磨損。為此，在低溫條件下應(yīng)嚴(yán)格控制燃料中硫的含量。（4）在低溫時，由于曲軸主軸承及連桿軸承與軸頸的膨脹系數(shù)不同，使配合間隙變小，而且間隙不均勻，從而加劇磨損。

另外，傳動系統(tǒng)各總成在低溫條件下工作時，零件正常工作上升較慢，軸承和齒輪得不到充分的潤滑，使零件磨損加快。試驗(yàn)表明：當(dāng)油溫為-5℃時，汽車傳動系統(tǒng)的磨損量是35℃油溫的10～12倍。

三、燃料消耗量增加

在低溫使用中，由于發(fā)動機(jī)升溫時間長，工作溫度低，摩擦損失大，使發(fā)動機(jī)輸出功率下降，燃料消耗量增加。當(dāng)發(fā)動機(jī)冷卻液溫度自80℃降到60℃時，耗油量增加約3%，降到40℃時增加約12%，降到30℃時增加約25%。為了盡快提高發(fā)動機(jī)的工作溫度，要求冷卻系統(tǒng)中的節(jié)溫器必須完好有效。低溫起動時應(yīng)盡量縮短冷發(fā)動機(jī)升溫到40～50℃的時間。

四、零部件材料強(qiáng)度減弱

金屬材料在低溫條件下的物理和力學(xué)性能將會變差。例如，- 40～- 30℃或更低時，碳鋼的沖擊韌度急劇下降，硅鋼、錳鋼制的零件（鋼板彈簧）和鑄件（氣缸蓋、飛輪殼、變速器殼和主傳動器殼）變脆。錫鋁合金焊劑在-45℃或更低時，容易產(chǎn)生裂紋或成粉末狀，從接頭的地方脫落。汽車上的塑料、橡膠制品將變硬易裂，并可能從機(jī)體上脫落。

五、行車條件變差

低溫條件下道路常被冰雪覆蓋，致使輪胎與地面間的附著系數(shù)顯著下降，在行車中使制動距離延長且車輛極易發(fā)生側(cè)滑。同等條件下，冰雪路面的制動距離比干燥路面的制動距離長2～3倍。

在特別嚴(yán)寒的情況下，橡膠輪胎逐漸變脆，受到?jīng)_擊載荷時容易發(fā)生破裂。因此，在冬季行車時，應(yīng)在汽車起步后的幾千米內(nèi)以低速行駛，并平穩(wěn)起步和越過障礙物。此外，在低溫條件下，冷卻液容易結(jié)冰而導(dǎo)致散熱器和缸體凍裂。電解液也易冰凍導(dǎo)致無法正常工作。

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作者簡介：吳敏（1967.10—），男，漢族，重慶人，本科，教授，研究方向：汽車與電子工程技術(shù)。