戚茂国

 （菲亚特克莱斯勒动力科技研发（上海）有限公司，上海  201807）

摘要：对菲亚特克莱斯勒动力科技产品FIC欧四柴油发动机低温启动相关的各种因素进行了分析，并对FIC柴油机在各种实地环境条件下的优秀低温启动性能进行了展现。

关键词：菲亚特克莱斯勒；FIC柴油机；低温启动；优化中图分类号：U464. 172 

0  引言

 FIC系列电控柴油发动机是菲亚特克莱斯勒动力科技专为轻型商用车推出的高效柴油机，是欧洲轻型柴油机技术的明星产品。

 在菲亚特克莱斯勒动力科技研发（上海）有限公司（现名）与某公司某系列车型的欧四项目合作过程中，整车开赴格尔木高原地区以及黑河高寒等地区进行了冷启动实地试验和性能优化，FIC柴油机的优秀可靠启动性能得到了客户及同行的称赞，能保证用户对车辆的使用不受到当地环境低温的影响。

 本文就FIC欧四电控柴油机低温启动涉及的重要因素，以及试验中遇到的问题进行简要的分析，并给出相关试验数据。

1  影响柴油机启动的因素

 高压共轨系统中，柴油经过高压喷射进入燃烧室并雾化蒸发，在与空气的相对运动中混合；同时柴油会在燃烧室内壁上形成油膜蒸发来与空气混合，通过气体涡流运动形成可燃混合气，在高温条件下自行着火燃烧。

 随着环境温度的降低，相对常温环境下，柴油黏度增大很多，燃料的蒸发及雾化也会开始变得很差，使可燃混合气的形成受到严重影响，不易着火。同时机油黏度随着环境温度的降低而增大，蓄电池性能随着持续启动不断放电而下降，导致启动转速降低，缸内压缩终点温度降低、压缩压力不足、着火延迟期延长，这些都使得柴油机冷启动越来越困难。

 FIC电控柴油机针对各种影响启动的因素，在保证形成易于着火的可燃混合气方面有着合理的硬件配套和软件优化。

1.1  启动转速

 任何柴油机都存在一个合适的启动扭矩来克服柴油机随着温度降低而增大的摩擦扭矩，让曲轴达到一定程度的转速，保证压缩温度和压缩压力达到足够高，促进燃料的蒸发和雾化形成可燃混和气，减少功率消耗，能够顺利启动。

 实地试验中，在数据优化前，FIC柴油机启动缓慢，不能满足客户目标。优化前的启动扭矩如图1所示。

 针对FIC柴油机的启动扭矩等数据进行了适当的调整和优化，使得发动机转速上升迅速有力，无异常。优化后的启动扭矩如图2所示。

 与柴油机启动转速直接相关的因素有电池和启动电机。

1.1.1  电池

 FIC柴油机选配了苏州产梅花牌规格为12 V120 Ah-500 A的免维护蓄电池。

 在2013年1月冬季试验当中证明，当蓄电池输出的最大冷启动电流或者放电能力不足以驱动启动电机来拖动发动机转速达到ECU释放喷油的转速值时，全部尝试都无法完成发动机冷启动。如图3所示，在防冻液温度为-25.5℃尝试启动发动机时，蓄电池电压从11.2 V迅速下降到5.36 V，低于电控单元ECU的复位电压，ECU不发送指令给高压油泵和喷油器使其工作，不可能启动。

并联使用另一辆整车的电池后，蓄电池电压从14.7 V下降到7.07 V，发动机转速迅速上升，1.52 s内完成启动，并且发动机怠速比较稳定，如图4所示。

1.1.2启动电机

 FIC柴油机选用功率为2.5 kW的启动电机，其设计能力为：当其与95 Ah的12 V电池相匹配，在-18℃的环境中启动，保证拖动转速不低于140 r／min。

 冬季试验中，进气温度为-18.5℃、防冻液温度为- 20.60C时，FIC柴油机可靠启动转速为158 r／min，启动迅速，启动完成向怠速平稳过渡，燃烧稳定，无失火现象发生。

1.2提高燃气混合气的准备燃烧温度

 压缩行程结束时，柴油机缸内燃气混合气温度是否能达到着火温度决定了柴油机是否能顺利启动。在低温条件下，由于缸内零部件的自身温度和进气缸的空气温度低，以及防冻液温度低，使得柴油机的热能损失非常大，不能保证压缩行程结束时缸内燃气混合气的温度达到足够的着火温度，从而不能完成冷启动。

1.2.1  改善燃油在低温条件下的着火条件

 FIC柴油机在保证形成易于着火的可燃混合气方面，给出了合理的硬件配置和相应的软件功能。

 FIC柴油机设定了燃油需要加热和停止加热的温度门限值，ECU在接收到燃油温度传感器的温度信号后与门限值进行比较，如判定此时需要对燃油进行加热，就会发出指令给燃油加热装置，执行器即通电加热燃油。当ECU检测到燃油温度信号达到设定上限值时，就会发出指令给燃油加热执行器，停止加热燃油。

 该项目设定为当燃油温度低于5. 06℃时，开始加热燃油；当燃油温度高于8. 96℃时，停止加热燃油。FIC柴油机之所以启动性能非常优秀，系统具有的燃油加热功能功不可没。

1.2.2  提高进气温度

 采用预热提高发动机进气温度的方式可以使燃烧室内的混合燃气温度上升，提高柴油机压缩终点温度，对柴油机冷启动时着火起到一定的帮助作用。

 FIC柴油机采用性能优秀的电预热塞，通过ECU控制加热时间，可在最长7s内将进气气流温度提升850℃，极大地缩短了加热时间。

 经过实地试验调整，预热塞在防冻液温度低于-20℃时设定为最长加热时间6s。随着防冻液温度的升高，预热塞加热时间逐渐减少。实际情况证明，如果预热塞发生故障，柴油机在低温条件下难以启动。2 FIC柴油机在各种环境条件下的启动性能

 FIC欧四柴油机在海拔4 200 m高度，防冻液温度0℃左右启动的表现如图5所示。从发动机转速开始上升到启动完成耗时1.13 s。

 FIC欧四柴油机在防冻液温度为-26℃，进气温度为-24℃的环境下启动的表现如图6所示。从发动机转速开始上升到启动完成耗时仅1. 31 s。

3结论

 通过选配合适的硬件、对软件的仔细标定和实地试验优化，FIC欧四柴油机的优秀冷启动性能得以保证。研究FIC柴油机启动性能所涉及到的因素，对国内企业发动机的开发有着一定的借鉴作用。