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        原地熱車不僅沒用,還毀車!

        蘿卜報告

        每到寒冷的冬季,就總會有很多北方朋友去爭論是否應該熱車這件事。其中一部分人說怠速熱車都是過時的做法了,自己從來都是點火就走,車也沒出過任何問題;另一部分人則持反對意見,認為冬天冷啟動后,發動機又吵又抖,怠速熱車可以減少發動機的磨損。有意思的是,除了這兩波立場堅定的人以外,不少吃瓜群眾在圍觀后,還本著“寧可信其有,不可信其無”的態度,跟風加入了原地怠速熱車大軍......那么原地熱車究竟是對車輛有益的做法,還是毀車行為呢?看完本文后,相信大家這輩子都不會再為這個問題而困惑了!

        之所以有很多人會采用原地怠速熱車的操作,主要還是因為發動機在冬天冷啟動時會變得又吵又抖,給人一種運轉不正常的感覺??墒聦嵣?,這種又吵又抖的感覺是工程師為了降低發動機冷啟動污染物排放而刻意為之的,并非是發動機的運轉出了問題。下面我們就來看一下,工程師究竟做了些什么,最終導致發動機在冷啟動時又吵又抖。

        眾所周知,汽車為了降低污染物的排放量,都會在排氣位置增加三元催化器這個部件(上圖黃框)。主要目的就是將尾氣中的一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物這三種污染物,通過催化劑和高溫反應,變成無污染的二氧化碳、氮氣和水。

        位于排氣歧管后端的三元催化

        而受到化學特性的影響,三元催化器必須要在400-800℃的高溫環境下才能發揮最大作用。因為如果低于400℃的話,尾氣的凈化效果就會變得很差??扇绻哂?00℃,三元催化器的壽命又會受到影響。而在我們今天討論的寒冬冷啟動環境下,室外溫度通常都會低于0℃,三元催化器在冷車狀態下自然會被凍得冰涼。所以為了讓三元催化器在冷啟動后迅速熱起來,對尾氣進行有效的凈化,工程師便想出了發動機“延遲點火”的辦法。

        眾所周知,在發動機運轉時,火花塞應該在壓縮沖程結束前點火,通過將油氣混合物點燃,來推動活塞向下運動做功。而用來幫助三元催化器快速升溫的延遲點火,則是在壓縮沖程結束時不點火,待活塞依靠慣性開始向下運動一定的行程后再點火,進而推遲發動機內部油氣混合物的燃燒時間。這樣一來,在隨后的排氣沖程中,還沒有燃燒結束的油氣混合物就會帶著火焰被排到排氣管路中,并快速將三元催化器加熱到最佳工作溫度,達到降低污染物排放量的目的。不過,隨著火焰對排氣管的沖擊,延遲點火這種操作勢必會在排氣管內產生巨大的噪音,并向四周輻射。

        延遲點火加熱三元催化器

        除了延遲點火以外,為了能快速提升發動機的水溫,讓發動機進入最佳工況,所以工程師還會將冷啟動下的發動機轉速調高。而當高轉速的噪音,疊加延遲點火所產生的噪音以及沖擊感后,車輛便會給人一種又吵又抖的感覺了。不過到此為止,似乎原地熱車也沒什么問題,那為什么一些汽車廠商會在使用手冊中明確不推薦原地熱車,并特意強調跳過怠速熱車,直接點火就走呢?原因很簡單,因為原地熱車害人害己!

        對于發動機來說,要想保證高效的運轉,就得有高效的進氣,而原地怠速時由于少了撞風,所以進氣并不順暢,會對發動機的燃燒造成一定負面影響。此時,再疊加原地熱車時的負載很低,產生不了多少熱能,不能像跑起來后那種高負載狀態一樣進行快速升溫,所以在低溫、低效情況下,車輛便會出現一系列的問題了。

        最近幾年大家一定都聽說過“機油乳化”這個詞匯,而造成這種問題的主因就是發動機的機油混入了水,那么好端端的發動機為何會進水呢?

        這是因為汽油與空氣在發動機內燃燒后,會產生高溫水蒸汽,這些高溫水蒸氣雖然大部分都會通過排氣管排走,形成我們在車外看到排氣管冒出的“白煙”,但還會有一部分通過活塞與缸壁之間的縫隙竄入曲軸箱。而在冷車狀態下,由于曲軸箱內的溫度很低,所以這部分高溫水蒸氣便會遇冷迅速凝結,并變成液態水滴混入曲軸箱內的機油中。

        正常情況下,機油的工作溫度在100-120℃之間,而水的沸點是100℃,也就是說,那些混入曲軸箱機油中的水滴在機油溫度上升后是會被蒸發出來,并且隨著曲軸箱強制通風系統被送到氣缸內再次燃燒,最后再通過排氣系統排出的。但由于車輛冷啟動時的機油溫度很低,而怠速熱車由于負載低,又延長了機油的升溫速度,進而導致越來越多的水蒸氣進入機油后無法被快速蒸發,最終便會造成機油乳化的問題了。正因如此,一些發動機長期處于低負載工況的混動車型,才會在寒冷地區集體爆發出機油乳化的問題。

        除了機油乳化外,冷啟動原地怠速熱車還會引發對發動機殺傷力更強的機油變質問題。這主要是因為,冷啟動時氣缸內的溫度非常低,而低溫環境下噴油嘴噴入氣缸內的汽油霧化效果會變得很差,加之大部分缸內直噴發動機又采用了側置噴油設計,這就會導致很多沒有得到霧化的汽油便會以液滴的形態粘結在氣缸壁上,并在隨后活塞上下運動時被“刮”到曲軸箱內。而汽油與機油混合后,不僅會導致機油的潤滑效果變差,同時還會形成不可逆的油泥,并粘結在發動機內部。最終造成發動機內部的磨損加大,且機油無法在保養周期內提供足夠的保護,需要車主縮短車輛的保養周期。

        前面曾經說過,汽油在低溫環境下的霧化效果會急劇下降,所以汽油在氣缸內就沒那么容易被點著了。那為了防止發動機熄火,并保證空氣與汽油的穩定燃燒,發動機便會在冷啟動時采取多噴油的策略來確保油氣混合物能被火花塞輕易點燃。正常情況下,發動機燃燒所需的空氣與汽油配比為14.7:1,也就是14.7公斤的空氣配1公斤的汽油。而冷啟動時,汽油的配比則會增加一倍,與空氣達到7.35:1的水平。那既然發動機多噴油了,車輛的油耗自然也就變高了。更嚴重的是,這種油多氣少的工況還會因為汽油燃燒不夠充分,導致顆粒物的排放量大幅增加。

        大家應該都知道,現在的新車為了滿足國6b排放標準,大部分都在排氣位置加裝了一個GPF顆粒捕捉器,而冷啟動熱車不僅顆粒物排放量大,而且維持這種惡劣工況的時長還會很長,最終就會加劇GPF顆粒捕捉器的堵塞速度,大幅縮短GPF顆粒捕捉器啟動通過多噴油達到高溫去分解顆粒物的“再生”時間間隔,造成額外的燃油消耗和二氧化碳排放。

        為了能減少冷啟動熱機對車輛和環境的負面影響,現在的汽車廠商也會使用一些新技術手段來盡量縮短車輛所需的熱機時間,比如通過將排氣管集成到氣缸蓋內,利用排氣歧管的高溫為整個發動機加熱的集成式缸蓋;以及通過調節冷卻液流量的電控水泵,配合切換冷卻液大小循環的電動節溫器,來實現精準控制水溫,提升暖機速度的目的。

        但無論你的車具不具備這些加速暖機的功能,冷啟動后最正確的方式都是直接開走,因為只有車輛動起來后才能提高發動機的負載,進而產生更多的熱量,來加快暖機速度,避免害人害己??吹竭@,肯定有朋友就要跳出來說了,雖然這樣能增加暖機的速度,但車沒熱起來就加大負載,肯定會導致發動機的過度磨損呀!事實上,大家完全沒有這個擔心的必要......

        很多人之所以不采取點火就走的方式,其實顧慮大多都在轉速方面。畢竟發動機的怠速轉速只有800-1200轉,行駛起來的轉速一定會比怠速狀態高,而高轉速就容易讓人與高磨損聯系到一起,這個邏輯看似沒有問題,但實際上并不成立。首先,發動機的潤滑要遠比人們所想的更周全,其次發動機的磨損不但會受到機油的影響,同時還會與發動機的加工工藝、潤滑系統設計息息相關,下面我先來看看機油在發動機內部的真實潤滑方式。

        事實上,我們常說的“機油潤滑”是一個統稱,其在發動機內部共分為邊界潤滑、流動潤滑、混合潤滑這三種潤滑方式。其中,邊界潤滑指的是機油吸附在金屬表面所形成的油膜,這種感覺就像是我們在手上涂抹了潤滑油,摸什么東西都感覺滑滑的。但由于這層油膜很薄,對于微觀層面凹凸不平的金屬表面而言,并不能完全使兩個相互作用的金屬完全隔離,所以如果只靠邊界潤滑的話,金屬之間依然會存在較大的摩擦。

        左:流動潤滑 / 右:輪胎高速過水

        而機油潤滑中的第二個大類--流動潤滑,則是指在兩個金屬之間建立一個流動的油膜(上圖左側黃色部分)。此時,由于金屬與金屬之間(上圖左側灰色部分)被流動的油膜完全隔離,所以幾乎不存在磨損情況。這種流動潤滑就跟汽車在高速行駛時忽然碾過一片積水地,輪胎與路面之間形成的那道水膜一樣,會隔絕輪胎與地面的接觸,因此輪胎也不會產生磨損。

        至于機油潤滑中的第三大類--混合潤滑,則是一種介于邊界潤滑和流動潤滑之間的潤滑方式?;旌蠞櫥挠湍げ幌襁吔鐫櫥敲幢?,但也不像流動潤滑那樣能做到完全隔絕,所以混合潤滑只能覆蓋微觀層面金屬表面的大部分凹凸,而無法避免金屬與金屬之間零星鋒利小凸起所產生的摩擦和磨損。

        而在發動機潤滑的實際應用當中,以上介紹的這三類機油潤滑方式則分別對應著不同區域。其中發動機的氣門導管采用邊界潤滑;曲軸采用流動潤滑;活塞環、氣門搖臂、凸輪采用混合潤滑。

        至于我們為什么不用擔心冷啟動后的發動機磨損,一方面是因為機油在金屬表面附著的那層油膜,并不會因為車輛的停放而消失,因此邊界潤滑始終都存在。另一方面是,車輛冷啟動后的一瞬間,機油泵就已經能將機油泵送至那些需要潤滑的金屬零件上了,邊界、流動、混合潤滑各司其職,發動機根本不存在金屬與金屬干磨的情況。所以到此為止我們可以發現,發動機的潤滑系統已經非常完善了,但最終能否為發動機提供有效的保護和潤滑,還得取決于機油的低溫應對能力有多強!

        機油有各種各樣的標號,比如0W-20、5W-30、15W-40等等。其中W前面的數字代表機油的低溫流動性,數字越小,機油在低溫環境下的流動效果就越好,所以對于嚴寒地區的用戶來說,廠家都會建議車主使用0W開頭的全合成機油。而W后面的20、30、40則代表機油在100℃時的運動粘度,數字越大就意味著機油粘度越大,在高溫高負載時的保護效果就更好。但需要注意的是,機油粘度越大,也就意味著機油運行時的阻力更大。如上圖所示,金屬小球在標號更低的機油中的下落速度會更快。所以同一款發動機加5W-40的油耗肯定比5W-30高。為了降低車輛的油耗,現在越來越多的廠家開始放棄過去主流的5W-30機油,轉而使用粘度更低的0W-20機油。

        油膜厚度隨溫度的變化

        不過就像上圖展示的那樣,機油的油膜厚度會隨著溫度的升高而變薄,所以雖然高粘度機油會導致油耗升高,但在高負載時的保護效果也會更好。不過這并不意味著如今使用低粘度機油的新車,在高溫工況下保護效果就會變差,這是因為隨著化學技術的進步,工程師已經研發出了能用于提供高溫保護的摩擦改進劑,其中包括MoDTC、ZDDP、OSP18 HVI等添加劑。

        摩擦改進劑避免了金屬產生磨損

        這類添加劑會通過吸附在金屬表面建立保護層的方式,在避免金屬與金屬直接磨損的同時,還能降低金屬間的摩擦阻力,從而進一步降低油耗。也正是因為這些高性能摩擦改進劑的誕生,才給了汽車廠商降低機油粘度,以及敢在用車手冊中強調無需熱車,點火就走的勇氣。同樣的,這些高性能摩擦改良劑的誕生,也賦予了0W-16這種超低粘度機油為發動機提供良好保護的能力。

        新時代發動機之所以不用擔心磨損,除了通過性能更強的潤滑系統以及機油得到了充足的保護外,也少不了自身材質、工藝、設計提升帶來的耐磨性提升。對于發動機內部諸如缸壁、活塞、凸輪軸等金屬部件而言,雖然它們肉眼看上去是光潔無暇的,但如果我們借助顯微鏡去觀察金屬表面的話,就會看到各種粗糙不平的凹槽。換而言之,即使是經過高精度加工的發動機部件,其表面在微觀層面依舊是粗糙不平的。

        在加工制造行業中,評價金屬制造工藝好壞的標準叫做“平均粗糙度”。如果金屬表面的凹槽越大,那就代表粗糙度越高。反之,凹槽越小,粗糙度就越小。而隨著金屬加工工藝的進步,如今將金屬表面打磨的更加光滑已經不是什么高成本的事情了,所以新時代發動機內部金屬部件之間的摩擦自然就降到了很低的水平。多說一句,金屬的“平均粗糙度”越低,對于潤滑的需求也就會越小。

        除了更精細的加工外,如今很多新時代發動機還通過在金屬表面使用新技術材料涂層的方式,進一步降低了內部摩擦。例如我們經常聽到的激光熔覆氣門座、DLC類金剛石涂層、高分子涂層軸瓦等等。所以新時代發動機在耐磨性、摩擦阻力方面都得到了顯著提升。這也是為什么現在買新車,大家聽到需要“磨合”的聲音越來越少了。

        相信通過本文,很多朋友已經找到了“冬天需不需要原地熱車”的答案。事實上,除了上面講的技術層面原因外,即使從遠超普通消費者使用周期的發動機設計壽命入手,大家也完全沒必要去糾結冬天冷啟動會導致磨損的問題。更何況在0℃以下地區,即便使用冷啟動后點火就走這種高效熱車手段,也都至少需要10分鐘才能“熱車”。所以您要是采用原地怠速熱車的方法,那恐怕等車熱了,您都已經涼透了。所以與其糾結冷啟動會不會磨損,還不如算算原地熱車一定會浪費多少油錢呢!

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