摘要：本文介绍一种启动系统的电器匹配方法，由发动机的低温阻力矩与转速计算启动机功率，进而推算蓄电池容量、启动机主回路电缆截面积。

    商用车的动力总成，既有主机厂内部资源，也有外部社会动力资源。在整车与外部动力资源匹配时，首先考虑的是排放、动力性、经济性等关键性或法规性指标，电器不会成为首要考虑因素。因此，整车低温启动能力的优化，必须在发动机的结构已经固化、原机的启动能力已确定的条件下进行，此时，只能依靠整车启动系统的电器匹配来实现。本文针对商用柴油车的启动系统进行分析研究。

    1 影响冷启动性能的整车电气因素
    启动系统包含启动机、蓄电池、启动电缆及辅助继电器、开关等，主要作用是为发动机提供预热、足够的拖动转速、电控系统的供电等。因此，影响冷启动性能的主要电气因素有：启动机性能、蓄电池放电能力、启动路径的压降损耗。

    2 电气系统的匹配分析
    2.1启动机功率匹配
    启动机需要克服发动机的启动阻力矩，拖动飞轮并达到最低启动转速，才能可靠启动发动机，启动机的功率选择极为重要。
    1）经验公式估算对启动机功率的计算，多种文献中推荐了不同的经验公式，例如
                  P=（0.05～0.1）Pe
                  P= （0.7～1.4）V
    式中：P----启动机功率，kW； Pe----发动机功率，kW； V—排量，L。
    但经验公式过于宽泛，难以作为定量依据。
    2）试验法比较精确的是通过试验，测量发动机的启动阻力矩、最低启动转速，计算启动机的功率。
    启动阻力矩受发动机结构（排量、缸数、转动惯量、压缩比等）、润滑油粘度及附件（动转泵、气泵、风扇等）影响，同时还与温度、转速相关。低温对发动机的阻力矩影响极大，因此首先要确定整车的低温启动目标，国内一般柴油机整车低温启动设计目标为：无辅助预热装置时满足－15℃启动要求，带辅助预热装置时满足－15～35℃。
    以南京依维柯公司的超越系列车型为例，发动机为SOFIM8140系列，采用BOSCH CRS16共轨系统，整车启动目标为－25℃，通过试验获取了不同转速下的发动机启动阻力矩。图1是发动机（按液制动配置）在50～170 r/min，从－40～30℃范围的启动阻力矩曲线。
    发动机在－25℃下的最低启动转速，同样可以从试验中获取。表1是带辅助预热的SOFIM8140发动机，按照设定预热时间（前预热20～30s），低温启动试验中采集的数据。

    得出该发动机在－25℃，平均最低启动转速106r/min。
    结合图1，读取106 r/min、－25℃时的启动阻力矩，约为104 Nm，因此启动机理论功率（低温）为：P1=Mn/9 549=104×106/9 549=1．15 kW。

    通过上述计算，获取了启动机理论功率，但此数据并不能直接作为启动机的额定功率。
    国内启动机的标称功率一般为常温功率，即启动机在常温下测得的额定功率（蓄电池在同一环境）。但启动机的低温性能与常温性能有极大的差异。图2是某减速启动机在常温20℃与－25℃的特性曲线比较（实线为常温，虚线为－25℃）。

    按照常温特性曲线，则启动机的常温工作点必须在L点附近（最大功率H点左侧）。当低温工况时，发动机阻力矩增加，启动机需要输出更大的力矩，工作点移到R点。 （R点的力矩与转速必须同时大于发动机的低温阻力矩与启动转速）。从试验中获知，如果用常温特性曲线的R点代替低温工况，与实际低温仍会有差异，修正系数还需根据实际测试情况调整。
    但如果按照低温特性曲线，由于温度已经与整车低温启动目标一致，工作点可以选在H点，即启动机的最大低温功率与发动机所需功率一致。
    实际设计时，还应考虑启动机与飞轮间存在传动比，其最佳传动比应该对应在最大功率点：传动比i＝启动机最大功率转速／发动机最低启动转速＝1250/106=11.8，实际启动机与飞轮齿数比为1109=12.2，接近最佳值。传动效率77取0.9，则考虑传动效率后，启动机低温功率η=1.15/0.9=1.28 kW。考虑实际用户工况时，整车状态存在损耗及差异等因素，启动机功率可以按几的1.2倍系数进行设计修正。启动机修正后的功率（低温）η=1.28x1.2=1.54 kW。此商用车实际配置了低温（－25℃）功率为1.8 kW，常温功率为2.8 kW的减速启动机。
    2.2蓄电池匹配分析
    启动过程是预热及拖动过程，包含预热、拖动、ECU信号同步、建立轨压、喷射释放、首次着火至转速稳定等阶段，需要蓄电池在一定时间内持续大电流放电。根据GB/T12535《汽车启动性能试验方法》，允许低温启动时间为30s。从启动效果上讲，蓄电池容量越大，整车启动能力越强，但大容量蓄电池带来成本高、质量大、空间布置困难的压力，因此，同样需合理匹配。
    1）经验公式估算容量范围蓄电池可用经验公式进行粗步选型，如
                C=（450～600）P/U
    式中：C----蓄电池容量，Ah ； P----启动机功率，kW； U----电压，V。
    根据启动机常温功率（以2.8 kW为例），蓄电池选择范围为105～140 Ah，首先按中位值，选择120 Ah蓄电池进行匹配验证，然后进行整车冷启动试验，根据成功与否情况，以每次1020 Ah容量变化，摸索性价比最高的蓄电池容量。
    2）放电电流确定蓄电池容量蓄电池容量也可以用低温放电电流Icc （ Cold Cranking Ampere）来计算。Icc是评价蓄电池低温启动能力的最关键指标，是指在华氏0度（-17.8℃），放电30s，端电压不低于7.2 V条件下的放电电流，在－18～－29℃之间的低温放电电流，可以按每下降1℃，放电电流降低1.8％进行估算。
    在启动期间，蓄电池的输出电流主要包含：启动机电流、预热电流（如拖动期间内预热系统不工作，则不必考虑），整车其他系统耗电较低（按10A估算）。
    同样以50FIM8140发动机配超越车型为例，整车匹配12 V 120 Ah的启动数据图如图3所示。

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