低温对汽车使用性能的影响

汽车在低温条件下使用的主要问题是：发动机起动困难；总成磨损严重；燃料、润滑油消耗增大；机件易损坏、腐蚀；冷起动排气污染严重等。

1.发动机起动困难

起动性能与发动机的类型、燃烧室形式和设计制造水平有关。一般来说，当气温在-15～-10℃以下时，发动机冷车起动就会有一定的困难；而当外界气温在-30℃以下时，没有冷起动装置的汽车，不经预热则无法起动。发动机低温起动困难的主要原因有：曲轴旋转阻力矩大；燃料蒸发性差；蓄电池工作能力降低。

图14-24 种汽油发动机最低起动转速与气温的关系

（1）曲轴旋转阻力矩增大 发动机起动的前提是必须达到一定起动转速，其起动性能通常用发动机在低温下的最低起动转速表示，并用最低起动温度表示其低温起动性能。图14-2表示4种汽油发动机的最低起动转速与气温的关系。

起动转速受起动阻力矩影响。起动时，曲轴旋转阻力矩包括：缸内压缩气体形成的反作用力矩；运动部件对曲轴形成的惯性力矩；各摩擦副的摩擦阻力矩等。其中：前二者在温度降低时变化不大；而后者大小主要受润滑油粘度的影响。摩擦阻力矩中，活塞-气缸间和曲轴轴承的摩擦力矩是主要的，约占60%以上。

低温起动时，起动机起动转矩和功率等于起动阻力矩和功率。随着温度降低，润滑油内摩擦力增加，曲轴旋转阻力矩增大，所需起动功率增大，使发动机起动转速下降而难以起动。润滑油粘度、起动温度与起动功率之间的关系见图14-3所示，使用低粘度润滑油时所需要的起动功率相对增幅较小。

（2）燃料难以蒸发 温度降低会使燃油的粘度和密度增大（图14-4），流动性变差，表面张力增大，从而难以蒸发汽化；低温时，起动转速下降，因而降低了进气流速，使进气管和气缸内的空气涡流的强度降低，燃油难以雾化和燃烧；同时，低温零件的吸热作用使燃油难以吸热蒸发。因此，在低温条件下，大部分燃油以液态进入气缸，实际混合气过稀而不易起动。试验表明，气温-30℃和进气速度40m/s时，汽油汽化量为59.5%；气温为零度和进气流速为10m/s时，汽化量只有31%；发动机起动时，气流流速一般不超过3～4m/s，气温在0～12℃时，只有4%～10%的燃油汽化。

图14-3 发动机润滑油粘度、温度与起动功率的关系

（3）压缩压力和温度下降 低温起动转速的下降，不仅使进气管气流速度下降，影响了汽油雾化，而且使气缸压缩压力和温度下降，混合气更难以点火燃烧。图14-5为气缸压力与曲轴转速关系曲线。由图可见，当起动机带动发动机以较低转速运转时，即使较小的转速差Δn，也能使气缸压缩压力发生较大变化Δp。只有当曲轴转速超过某一值时，压缩压力受转速的影响才会较小。

（4）蓄电池工作能力下降 起动过程中，蓄电池主要影响起动机的起动转

图14-4 汽油粘度、密度与温度的关系

1—粘度 2—密度

图14-5 气缸压缩压力与曲轴转速的关系

矩和火花塞的跳火能量。蓄电池电压为：

U=E-IR

式中 U——蓄电池电压（V）；

E——蓄电池电动势（V）；

R——蓄电池内阻（Ω）；

I——蓄电池输出电流（A）。

图14-6 气温对起动功率、蓄电池输出功率的影响

1—起动功率（蓄电池功率百分数） 2—蓄电池输出功率

低温条件下，蓄电池电动势E变化不大。当温度由+20℃下降到-70℃时，蓄电池的电动势仅从2.12V下降到2.08V。但随着温度降低，电解液粘度增大，向极板的渗透能力下降，内阻增大；同时，起动时电流很大，从而使蓄电池的端电压及容量明显下降。

蓄电池端电压和容量的降低对低温起动的影响表现在两个方面。首先，低温起动时需要的起动功率大，而蓄电池输出功率反而下降，导致起动机无力拖动发动机旋转或不能达到最低起动转速（图14-6）；其次，蓄电池端电压降低时火花塞点火能量小。此外，在低温条件下，点火能量降低的原因还有：可燃混合气密度增大，使电极间电阻增大；火花塞电极间有油、水及氧化物等。

2.总成磨损严重(www.xing528.com)

汽车在低温条件下使用时，其主要总成的磨损强度都较大。在发动机使用周期中，50%的气缸磨损量发生在起动过程，而冬季起动磨损占其中60%～70%。主要磨损部位是：气缸壁和活塞环、轴和轴瓦、传动系各总成。试验表明：气温为-18℃时，发动机起动时的磨损量相当于正常行驶210km的磨损量。EQ1090型汽车发动机的气缸壁温度对气缸壁和活塞环磨损的影响见图14-7。

图14-7 发动机气缸壁、活塞环磨损与

气缸壁温度的关系

1—气缸 2—第一道活塞环

（1）发动机磨损严重的主要原因

1）润滑条件差。低温起动时，润滑油粘度大、流动性差，不能及时到达气缸壁、轴承等摩擦表面；未蒸发的液态燃油进入气缸，冲刷缸壁上的润滑油膜，并沿缸壁流入曲轴箱，稀释润滑油使其油性减退；同时，燃烧不完全形成的碳化物随废气窜入曲轴箱后，使润滑油进一步污染。

图14-8 汽油含硫量与气缸壁磨损的关系

2）腐蚀磨损的形成。在低温条件下，燃烧过程中的水蒸气凝结于缸壁，并与汽油燃烧过程中产生的氧化硫化合成酸引起腐蚀磨损，使气缸壁磨损加剧。汽油含硫量与气缸壁磨损的关系如图14-8所示。

3）轴承配合间隙变小。曲轴颈和连杆轴颈与所用轴瓦的合金成分不同，因而膨胀系数不同。在低温条件下，配合间隙变小且不均匀，加速了轴颈与轴瓦的磨损。

（2）传动系总成磨损严重的主要原因

1）工作温度低，润滑条件差。传动系总成的工作温度由零件摩擦和搅油产生的热量维持，温升速度慢。例如，当CA1090型汽车传动系总成的油温从-10℃升至10～15℃，需要行驶6km。低温时，齿轮和轴承得不到充分润滑，零件磨损大。研究表明，与油温35℃时的磨损强度相比，润滑油温为-5℃时，汽车主减速器齿轮和轴承的磨损强度增大10～12倍。

2）运动阻力大。低温时，传动系润滑油粘度增大，运动阻力相应增大；在起步后的很长一段时间内，各总成的负荷较大，使传动零件的磨损加剧。

3.油耗量增大

在低温条件下使用时，汽车油耗量增大的主要原因是：

1）发动机暖车时间长。

2）发动机工作温度低，燃料气化不良，燃烧不完全。

3）润滑油粘度大，摩擦损失大，发动机输出功率下降，传动系统传动效率下降，汽车行驶阻力增加。

据试验，汽油发动机冷却液温度由80℃降至60℃时，油耗增加3%；降至40℃时，油耗增加12%。

4.机件易损坏

低温条件下，材料的物理机械性能将变差。在-30℃以下时，碳钢的冲击韧性急剧下降，铸件变脆，塑料、橡胶变硬、变脆，从而相应零部件在载荷作用下易于发生损坏。

另外，在低温条件下，蓄电池电解液易冰冻而不能正常工作；冷却液易结冰，导致散热器和缸体冻裂。

5.冷起动排气污染严重

发动机冷起动指从冷态起动到暖车前的过程。低温条件下，燃油雾化不好。因此，冷起动阶段HC和CO排气污染严重。据测算，汽油机HC排放量的80%是在冷起动阶段排出的。

汽油机冷起动过程的不确定性因素多。电子控制燃油喷射汽油机，在起动初期的一、二个循环，喷入的燃油量往往是实际燃烧需求量的5～6倍，以使发动机能够尽快点火。这时，进气管空气流速较慢，壁面温度较低，燃油蒸发性较差，因而很多燃油以油膜的形式停留在气道壁面上、进气门处或进入气缸。这些油膜在后续的暖机工况，将随着温度升高而挥发，从而对混合气实际空燃比产生很大的影响。另一方面，起动时废气氧传感器不起作用，无法提供反馈信号对燃油量进行控制。

6.行车条件差

低温条件下，道路常被冰雪覆盖，轮胎与地面间的附着系数显著下降。因此，制动距离延长且车辆极易发生侧滑。同等条件下，冰雪路面的制动距离比干燥路面的制动距离长2～3倍。汽车加速上坡时，驱动轮也易于滑转。

特别严寒的情况下，橡胶轮胎逐渐变脆，受到冲击载荷时易发生破裂。因此，冬季行车时，汽车起步后应先以低速行驶，并平稳起步和越过障碍物。