原地热车不仅没用,还毁车!

每到寒冷的冬季,就总会有很多北方朋友去争论是否应该热车这件事。其中一部分人说怠速热车都是过时的做法了,自己从来都是点火就走,车也没出过任何问题;另一部分人则持反对意见,认为冬天冷启动后,发动机又吵又抖,怠速热车可以减少发动机的磨损。有意思的是,除了这两波立场坚定的人以外,不少吃瓜群众在围观后,还本着“宁可信其有,不可信其无”的态度,跟风加入了原地怠速热车大军……那么原地热车究竟是对车辆有益的做法,还是毁车行为呢?看完本文后,相信大家这辈子都不会再为这个问题而困惑了!


之所以有很多人会采用原地怠速热车的操作,主要还是因为发动机在冬天冷启动时会变得又吵又抖,给人一种运转不正常的感觉。可事实上,这种又吵又抖的感觉是工程师为了降低发动机冷启动污染物排放而刻意为之的,并非是发动机的运转出了问题。下面我们就来看一下,工程师究竟做了些什么,最终导致发动机在冷启动时又吵又抖。


众所周知,汽车为了降低污染物的排放量,都会在排气位置增加三元催化器这个部件(上图黄框)。主要目的就是将尾气中的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物这三种污染物,通过催化剂和高温反应,变成无污染的二氧化碳、氮气和水。


 位于排气歧管后端的三元催化 
而受到化学特性的影响,三元催化器必须要在400-800℃的高温环境下才能发挥最大作用。因为如果低于400℃的话,尾气的净化效果就会变得很差。可如果高于800℃,三元催化器的寿命又会受到影响。而在我们今天讨论的寒冬冷启动环境下,室外温度通常都会低于0℃,三元催化器在冷车状态下自然会被冻得冰凉。所以为了让三元催化器在冷启动后迅速热起来,对尾气进行有效的净化,工程师便想出了发动机“延迟点火”的办法。

众所周知,在发动机运转时,火花塞应该在压缩冲程结束前点火,通过将油气混合物点燃,来推动活塞向下运动做功。而用来帮助三元催化器快速升温的延迟点火,则是在压缩冲程结束时不点火,待活塞依靠惯性开始向下运动一定的行程后再点火,进而推迟发动机内部油气混合物的燃烧时间。这样一来,在随后的排气冲程中,还没有燃烧结束的油气混合物就会带着火焰被排到排气管路中,并快速将三元催化器加热到最佳工作温度,达到降低污染物排放量的目的。不过,随着火焰对排气管的冲击,延迟点火这种操作势必会在排气管内产生巨大的噪音,并向四周辐射。

 延迟点火加热三元催化器  除了延迟点火以外,为了能快速提升发动机的水温,让发动机进入最佳工况,所以工程师还会将冷启动下的发动机转速调高。而当高转速的噪音,叠加延迟点火所产生的噪音以及冲击感后,车辆便会给人一种又吵又抖的感觉了。不过到此为止,似乎原地热车也没什么问题,那为什么一些汽车厂商会在使用手册中明确不推荐原地热车,并特意强调跳过怠速热车,直接点火就走呢?原因很简单,因为原地热车害人害己!


对于发动机来说,要想保证高效的运转,就得有高效的进气,而原地怠速时由于少了撞风,所以进气并不顺畅,会对发动机的燃烧造成一定负面影响。此时,再叠加原地热车时的负载很低,产生不了多少热能,不能像跑起来后那种高负载状态一样进行快速升温,所以在低温、低效情况下,车辆便会出现一系列的问题了。


最近几年大家一定都听说过“机油乳化”这个词汇,而造成这种问题的主因就是发动机的机油混入了水,那么好端端的发动机为何会进水呢?

这是因为汽油与空气在发动机内燃烧后,会产生高温水蒸汽,这些高温水蒸气虽然大部分都会通过排气管排走,形成我们在车外看到排气管冒出的“白烟”,但还会有一部分通过活塞与缸壁之间的缝隙窜入曲轴箱。而在冷车状态下,由于曲轴箱内的温度很低,所以这部分高温水蒸气便会遇冷迅速凝结,并变成液态水滴混入曲轴箱内的机油中。

正常情况下,机油的工作温度在100-120℃之间,而水的沸点是100℃,也就是说,那些混入曲轴箱机油中的水滴在机油温度上升后是会被蒸发出来,并且随着曲轴箱强制通风系统被送到气缸内再次燃烧,最后再通过排气系统排出的。但由于车辆冷启动时的机油温度很低,而怠速热车由于负载低,又延长了机油的升温速度,进而导致越来越多的水蒸气进入机油后无法被快速蒸发,最终便会造成机油乳化的问题了。正因如此,一些发动机长期处于低负载工况的混动车型,才会在寒冷地区集体爆发出机油乳化的问题。

除了机油乳化外,冷启动原地怠速热车还会引发对发动机杀伤力更强的机油变质问题。这主要是因为,冷启动时气缸内的温度非常低,而低温环境下喷油嘴喷入气缸内的汽油雾化效果会变得很差,加之大部分缸内直喷发动机又采用了侧置喷油设计,这就会导致很多没有得到雾化的汽油便会以液滴的形态粘结在气缸壁上,并在随后活塞上下运动时被“刮”到曲轴箱内。而汽油与机油混合后,不仅会导致机油的润滑效果变差,同时还会形成不可逆的油泥,并粘结在发动机内部。最终造成发动机内部的磨损加大,且机油无法在保养周期内提供足够的保护,需要车主缩短车辆的保养周期。


前面曾经说过,汽油在低温环境下的雾化效果会急剧下降,所以汽油在气缸内就没那么容易被点着了。那为了防止发动机熄火,并保证空气与汽油的稳定燃烧,发动机便会在冷启动时采取多喷油的策略来确保油气混合物能被火花塞轻易点燃。正常情况下,发动机燃烧所需的空气与汽油配比为14.7:1,也就是14.7公斤的空气配1公斤的汽油。而冷启动时,汽油的配比则会增加一倍,与空气达到7.35:1的水平。那既然发动机多喷油了,车辆的油耗自然也就变高了。更严重的是,这种油多气少的工况还会因为汽油燃烧不够充分,导致颗粒物的排放量大幅增加。

大家应该都知道,现在的新车为了满足国6b排放标准,大部分都在排气位置加装了一个GPF颗粒捕捉器,而冷启动热车不仅颗粒物排放量大,而且维持这种恶劣工况的时长还会很长,最终就会加剧GPF颗粒捕捉器的堵塞速度,大幅缩短GPF颗粒捕捉器启动通过多喷油达到高温去分解颗粒物的“再生”时间间隔,造成额外的燃油消耗和二氧化碳排放。

为了能减少冷启动热机对车辆和环境的负面影响,现在的汽车厂商也会使用一些新技术手段来尽量缩短车辆所需的热机时间,比如通过将排气管集成到气缸盖内,利用排气歧管的高温为整个发动机加热的集成式缸盖;以及通过调节冷却液流量的电控水泵,配合切换冷却液大小循环的电动节温器,来实现精准控制水温,提升暖机速度的目的。

但无论你的车具不具备这些加速暖机的功能,冷启动后最正确的方式都是直接开走,因为只有车辆动起来后才能提高发动机的负载,进而产生更多的热量,来加快暖机速度,避免害人害己。看到这,肯定有朋友就要跳出来说了,虽然这样能增加暖机的速度,但车没热起来就加大负载,肯定会导致发动机的过度磨损呀!事实上,大家完全没有这个担心的必要……


很多人之所以不采取点火就走的方式,其实顾虑大多都在转速方面。毕竟发动机的怠速转速只有800-1200转,行驶起来的转速一定会比怠速状态高,而高转速就容易让人与高磨损联系到一起,这个逻辑看似没有问题,但实际上并不成立。首先,发动机的润滑要远比人们所想的更周全,其次发动机的磨损不但会受到机油的影响,同时还会与发动机的加工工艺、润滑系统设计息息相关,下面我先来看看机油在发动机内部的真实润滑方式。

事实上,我们常说的“机油润滑”是一个统称,其在发动机内部共分为边界润滑、流动润滑、混合润滑这三种润滑方式。其中,边界润滑指的是机油吸附在金属表面所形成的油膜,这种感觉就像是我们在手上涂抹了润滑油,摸什么东西都感觉滑滑的。但由于这层油膜很薄,对于微观层面凹凸不平的金属表面而言,并不能完全使两个相互作用的金属完全隔离,所以如果只靠边界润滑的话,金属之间依然会存在较大的摩擦。


 左:流动润滑 / 右:轮胎高速过水 

而机油润滑中的第二个大类–流动润滑,则是指在两个金属之间建立一个流动的油膜(上图左侧黄色部分)。此时,由于金属与金属之间(上图左侧灰色部分)被流动的油膜完全隔离,所以几乎不存在磨损情况。这种流动润滑就跟汽车在高速行驶时忽然碾过一片积水地,轮胎与路面之间形成的那道水膜一样,会隔绝轮胎与地面的接触,因此轮胎也不会产生磨损。

至于机油润滑中的第三大类–混合润滑,则是一种介于边界润滑和流动润滑之间的润滑方式。混合润滑的油膜不像边界润滑那么薄,但也不像流动润滑那样能做到完全隔绝,所以混合润滑只能覆盖微观层面金属表面的大部分凹凸,而无法避免金属与金属之间零星锋利小凸起所产生的摩擦和磨损。


而在发动机润滑的实际应用当中,以上介绍的这三类机油润滑方式则分别对应着不同区域。其中发动机的气门导管采用边界润滑;曲轴采用流动润滑;活塞环、气门摇臂、凸轮采用混合润滑。

至于我们为什么不用担心冷启动后的发动机磨损,一方面是因为机油在金属表面附着的那层油膜,并不会因为车辆的停放而消失,因此边界润滑始终都存在。另一方面是,车辆冷启动后的一瞬间,机油泵就已经能将机油泵送至那些需要润滑的金属零件上了,边界、流动、混合润滑各司其职,发动机根本不存在金属与金属干磨的情况。所以到此为止我们可以发现,发动机的润滑系统已经非常完善了,但最终能否为发动机提供有效的保护和润滑,还得取决于机油的低温应对能力有多强!

机油有各种各样的标号,比如0W-20、5W-30、15W-40等等。其中W前面的数字代表机油的低温流动性,数字越小,机油在低温环境下的流动效果就越好,所以对于严寒地区的用户来说,厂家都会建议车主使用0W开头的全合成机油。而W后面的20、30、40则代表机油在100℃时的运动粘度,数字越大就意味着机油粘度越大,在高温高负载时的保护效果就更好。但需要注意的是,机油粘度越大,也就意味着机油运行时的阻力更大。如上图所示,金属小球在标号更低的机油中的下落速度会更快。所以同一款发动机加5W-40的油耗肯定比5W-30高。为了降低车辆的油耗,现在越来越多的厂家开始放弃过去主流的5W-30机油,转而使用粘度更低的0W-20机油。


 油膜厚度随温度的变化 
不过就像上图展示的那样,机油的油膜厚度会随着温度的升高而变薄,所以虽然高粘度机油会导致油耗升高,但在高负载时的保护效果也会更好。不过这并不意味着如今使用低粘度机油的新车,在高温工况下保护效果就会变差,这是因为随着化学技术的进步,工程师已经研发出了能用于提供高温保护的摩擦改进剂,其中包括MoDTC、ZDDP、OSP18 HVI等添加剂。


 摩擦改进剂避免了金属产生磨损 
这类添加剂会通过吸附在金属表面建立保护层的方式,在避免金属与金属直接磨损的同时,还能降低金属间的摩擦阻力,从而进一步降低油耗。也正是因为这些高性能摩擦改进剂的诞生,才给了汽车厂商降低机油粘度,以及敢在用车手册中强调无需热车,点火就走的勇气。同样的,这些高性能摩擦改良剂的诞生,也赋予了0W-16这种超低粘度机油为发动机提供良好保护的能力。

新时代发动机之所以不用担心磨损,除了通过性能更强的润滑系统以及机油得到了充足的保护外,也少不了自身材质、工艺、设计提升带来的耐磨性提升。对于发动机内部诸如缸壁、活塞、凸轮轴等金属部件而言,虽然它们肉眼看上去是光洁无暇的,但如果我们借助显微镜去观察金属表面的话,就会看到各种粗糙不平的凹槽。换而言之,即使是经过高精度加工的发动机部件,其表面在微观层面依旧是粗糙不平的。

在加工制造行业中,评价金属制造工艺好坏的标准叫做“平均粗糙度”。如果金属表面的凹槽越大,那就代表粗糙度越高。反之,凹槽越小,粗糙度就越小。而随着金属加工工艺的进步,如今将金属表面打磨的更加光滑已经不是什么高成本的事情了,所以新时代发动机内部金属部件之间的摩擦自然就降到了很低的水平。多说一句,金属的“平均粗糙度”越低,对于润滑的需求也就会越小。

除了更精细的加工外,如今很多新时代发动机还通过在金属表面使用新技术材料涂层的方式,进一步降低了内部摩擦。例如我们经常听到的激光熔覆气门座、DLC类金刚石涂层、高分子涂层轴瓦等等。所以新时代发动机在耐磨性、摩擦阻力方面都得到了显著提升。这也是为什么现在买新车,大家听到需要“磨合”的声音越来越少了。


相信通过本文,很多朋友已经找到了“冬天需不需要原地热车”的答案。事实上,除了上面讲的技术层面原因外,即使从远超普通消费者使用周期的发动机设计寿命入手,大家也完全没必要去纠结冬天冷启动会导致磨损的问题。更何况在0℃以下地区,即便使用冷启动后点火就走这种高效热车手段,也都至少需要10分钟才能“热车”。所以您要是采用原地怠速热车的方法,那恐怕等车热了,您都已经凉透了。所以与其纠结冷启动会不会磨损,还不如算算原地热车一定会浪费多少油钱呢!

本篇文章来源于微信公众号: 萝卜报告

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