新聞主題	柴油機(jī)低溫啟動(dòng)工作的影響與預(yù)熱器原理

 

摘要：在北方嚴(yán)寒季節(jié)，當(dāng)柴油機(jī)冷態(tài)起動(dòng)時(shí)，即使壓縮充分，由于溫度低，噴入的燃油并未升溫至自然溫度，所以，為便于起動(dòng)，在冬季應(yīng)設(shè)法將進(jìn)氣、潤(rùn)滑油和冷卻水預(yù)熱，從而改善點(diǎn)火性能。預(yù)熱系統(tǒng)是柴油發(fā)電機(jī)所特有的，一般分為兩種方式，即室氣預(yù)熱系統(tǒng)和冷卻液預(yù)熱裝置。其原理是起動(dòng)預(yù)熱系統(tǒng)在柴油機(jī)冷態(tài)起動(dòng)前，通過電子裝置加熱壓縮空氣，提高柴油機(jī)冷起動(dòng)的性能，在啟動(dòng)后，依據(jù)冷卻液的溫度，將對(duì)空氣繼續(xù)加熱一段時(shí)間，從而減少柴油發(fā)電機(jī)爆燃與冒白煙的現(xiàn)象。

一、低溫啟動(dòng)應(yīng)具備的條件

 

      當(dāng)氣溫在-10℃以下時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)冷啟動(dòng)就有一定困難；當(dāng)氣溫降至-40℃以下時(shí)，不采取一些低溫啟動(dòng)措施，則根本無法啟動(dòng)。柴油發(fā)電機(jī)在冬季低溫啟動(dòng)的必要條件如下：

1、必須達(dá)到一定的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速

      柴油發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)速一般大于100r/分鐘，其低溫啟動(dòng)主要受啟動(dòng)阻力的影響，啟動(dòng)時(shí)曲軸的旋轉(zhuǎn)阻力包括：汽缸內(nèi)壓縮空氣的反作用力、運(yùn)動(dòng)部位的慣性力、各摩擦副的摩擦阻力等。

2、汽缸內(nèi)混合氣應(yīng)有足夠的壓力

      柴油發(fā)電機(jī)的壓縮比很高，一般通用機(jī)型的壓縮比為14～22左右。壓縮沖程終了時(shí)，燃燒室內(nèi)混合氣的壓力應(yīng)達(dá)到3～5MPa。

3、汽缸內(nèi)混合氣應(yīng)有足夠的溫度

      壓縮沖程終了時(shí)，汽缸內(nèi)的混合氣要具備足夠的溫度。一般柴油發(fā)電機(jī)要求壓縮沖程終了時(shí)，汽缸內(nèi)的溫度應(yīng)達(dá)到400℃以上。

2、壓縮空氣中氧氣含量應(yīng)達(dá)標(biāo)

      必須有足夠多的空氣進(jìn)入汽缸，使壓縮空氣中含氧氣濃度足夠，汽缸內(nèi)形成混合氣后才可充分燃燒。

 

二、低溫啟動(dòng)困難的原因

 

1、摩擦阻力加大

      柴油發(fā)電機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)阻力矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)速在低溫條件下主要受機(jī)油黏度的影響。隨著外界溫度降低，機(jī)油黏度增加甚至凝結(jié)，流動(dòng)性差，各摩擦副之間的阻力加大，從而加大了曲軸的旋轉(zhuǎn)阻力矩，使柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)速降低。壓縮終了時(shí)，汽缸內(nèi)壓縮空氣若達(dá)不到柴油燃燒所需的壓力和溫度，柴油發(fā)電機(jī)難以啟動(dòng)。

2、啟動(dòng)功率加大

      柴油發(fā)電機(jī)所選用的機(jī)油黏度等級(jí)越大，柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)所需要的功率也越大。例如，某柴油發(fā)電機(jī)在-23.3℃溫度下，使用SAE10W機(jī)油只需3.7KW的啟動(dòng)功率，使用SAE20W機(jī)油啟動(dòng)功率則需7.4KW，而使用人人又SAE30W機(jī)油啟動(dòng)功率竟增加到11.8KW。

3、柴油的黏度和密度增大

      隨著外界溫度的降低，柴油的黏度和密度均增大，表面張力加大。據(jù)測(cè)定，當(dāng)氣溫從40℃降到-10℃時(shí)，柴油的黏度提高83%，密度增大8%。這樣就使柴油的流動(dòng)性變差，霧化不良，延長(zhǎng)了著火滯后期，造成柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)困難。

4、蓄電池的輸出功率減小

      蓄電池的最佳工作溫度在10℃～40℃范圍。在低溫條件下，蓄電池電動(dòng)勢(shì)變化不大，即環(huán)境溫度有較大變化時(shí)，蓄電池的單格電壓下降并不多。但是，隨著溫度的降低，蓄電池的電解液黏度增大，向極板的滲透能力下降，內(nèi)阻增加；而為了防止電解液結(jié)冰，處界溫度越低，越需加大電解密度。同時(shí)，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，蓄電池的放電電流很大，蓄電池的端電壓和容量下降明顯。蓄電池輸出能力在-30℃時(shí)，只有額定輸出的34%左右。柴油發(fā)電機(jī)低溫啟動(dòng)時(shí)本來就需要較大的啟動(dòng)功率，但是低氣溫使蓄電池的輸出功率減小，無力拖動(dòng)啟動(dòng)機(jī)帶動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)或不能過到最低啟動(dòng)轉(zhuǎn)速，都將導(dǎo)致柴油發(fā)電機(jī)難以著火運(yùn)轉(zhuǎn)。

 

三、柴油機(jī)低溫預(yù)熱措施

 

1、電火焰預(yù)熱器  

      進(jìn)氣預(yù)預(yù)熱塞通常裝在柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)氣管上，其作用是預(yù)熱柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)氣，結(jié)構(gòu)與電路示意圖如圖1所示。外表絕緣的空心閥體由線膨脹系數(shù)較大的金屬材料制成。一端與進(jìn)油管接頭相連，另一端通過內(nèi)螺紋與帶有外螺紋的閥芯連接。閥芯的錐形端在預(yù)熱器不工作時(shí)將油管接頭的進(jìn)油孔堵塞。閥體外繞有外表絕緣的電熱絲。

      起動(dòng)時(shí)，接通預(yù)熱器電路后，電熱絲通電發(fā)熱并加熱閥體，閥體受熱伸長(zhǎng)，帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，使閥芯的錐形端離開進(jìn)油孔。燃油流入閥體內(nèi)腔受熱而汽化，從閥體的內(nèi)腔噴出，并被熾熱的電熱絲點(diǎn)燃生成火焰噴入進(jìn)氣管，使進(jìn)氣得到預(yù)熱。當(dāng)關(guān)閉預(yù)熱開關(guān)時(shí)，電路切斷，電熱絲變冷，閥體冷卻收縮，其錐形端又堵住進(jìn)油孔而截止燃油的流入，于是火焰熄滅，預(yù)熱停止。該裝置的最低工作溫度為-40℃，使用簡(jiǎn)單、可靠性高，起動(dòng)效果良好，但在起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)后立即應(yīng)切忌加大油門運(yùn)轉(zhuǎn)，否則易造成拉缸事故。起動(dòng)液  有的康明斯柴油發(fā)電機(jī)在進(jìn)氣管上裝有起動(dòng)液噴射器。冷起動(dòng)時(shí)將一些易燃燃料噴入進(jìn)氣管，使其與空氣一起進(jìn)入氣缸，促使混合氣的初次著火。起動(dòng)液一般由乙醚（64%）、丙酮（16%）、11號(hào)潤(rùn)滑油（10%）、硫（添加劑）和石油醚（10%）等混合而成。

2、PTC預(yù)熱器

      PTC預(yù)熱器是在進(jìn)氣系統(tǒng)布置一個(gè)具有一定質(zhì)量的加熱儲(chǔ)能體，起動(dòng)前用小電流將儲(chǔ)能體加熱到設(shè)定溫度，起動(dòng)時(shí)儲(chǔ)能體可以作為一個(gè)熱源不斷地向進(jìn)氣管內(nèi)空氣提供熱量。如圖2所示，PTC預(yù)熱器裝置是一種儲(chǔ)能型電熱陶瓷透氣預(yù)熱加熱器，它采用正溫度系數(shù)熱敏陶瓷作為熱體。以儲(chǔ)熱一熱交換方式工作，結(jié)構(gòu)為同心分布多級(jí)串聯(lián)散熱片形式。正溫度系數(shù)的PTC電熱陶瓷材料是屬于鐵鈦酸鋇類半導(dǎo)體，其電阻值可隨溫度變化而改變，使加熱器的電流發(fā)生變化，加熱溫度得到自動(dòng)控制。當(dāng)外界溫度為20℃時(shí)，其電阻僅為0.2～0.4Ω。電路一接通，即柴油發(fā)電機(jī)起動(dòng)開關(guān)一打開，瞬時(shí)加熱電流很大，溫度迅速升高，1min內(nèi)即可達(dá)到60～80℃，3min內(nèi)即可達(dá)到200℃。此時(shí)，電阻值趨向無窮大，電流趨于0，溫度不再升高，電路幾乎切斷。

      康明斯6BT5.9柴油發(fā)電機(jī)裝配的PTC預(yù)熱器，裝配在柴油發(fā)電機(jī)增壓器至進(jìn)氣管蓋總成之間。PTC預(yù)熱器電路系統(tǒng)，主要由預(yù)熱器保險(xiǎn)、預(yù)熱開關(guān)、預(yù)熱時(shí)間控制器、預(yù)熱指示燈、預(yù)熱繼電器和預(yù)熱器等組成。該裝置與常用的火焰塞、電熱塞相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、熱量集中、熱效率高、功耗低、可靠性好、發(fā)熱體不氧化、壽命長(zhǎng)、適用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

      當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)在5～-40℃因低溫起動(dòng)困難時(shí)，可利用PTC進(jìn)氣預(yù)熱器先行預(yù)熱后再起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。其工作過程是拉出預(yù)熱器氣門機(jī)構(gòu)手柄，按下預(yù)熱開關(guān)，時(shí)間控制器工作使繼電器得電閉合，PTC預(yù)熱器通電開始預(yù)熱。經(jīng)過設(shè)定的預(yù)熱時(shí)間（一般為6min），控制器使繼電器失電斷開，切斷預(yù)熱器電路，同時(shí)指示燈閃爍，蜂鳴器鳴叫。此時(shí)可起動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。起動(dòng)后關(guān)閉預(yù)熱開關(guān)，推回氣門手柄。預(yù)熱器氣門機(jī)構(gòu)用以控制進(jìn)入柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)氣支管的空氣流量（車用）。在加熱時(shí)，減小流量，提高預(yù)熱效果；工作時(shí)則恢復(fù)流量。如果使用不當(dāng)或調(diào)整不當(dāng)，都能造成預(yù)熱效果不良，或柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力下降等人為故障。

 

圖1  柴油機(jī)預(yù)熱塞結(jié)構(gòu)與電路圖

圖2   柴油機(jī)進(jìn)氣預(yù)熱裝置示意圖

 

3、燃油加熱系統(tǒng)

     燃油加熱器的工作由電腦控制，操作員可以通過定時(shí)器來預(yù)選加熱時(shí)間。燃油加熱器不僅可以與柴油發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)相連，通過加熱由附帶水泵強(qiáng)制循環(huán)的冷卻液在低溫起動(dòng)前對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行預(yù)熱，而且還可以與發(fā)電機(jī)組供暖系統(tǒng)相連，這種低溫預(yù)熱方式的整個(gè)加熱過程需30～40min，能將柴油發(fā)電機(jī)機(jī)體溫度加熱到40～50℃左右。此時(shí)柴油發(fā)電機(jī)的潤(rùn)滑油也得以加熱，潤(rùn)滑油的粘度降低，柴油發(fā)電機(jī)在低溫條件下的潤(rùn)滑條件改善，使柴油發(fā)電機(jī)順利起動(dòng)。

4、水套加熱器

      水套加熱系統(tǒng)則是為柴油發(fā)電機(jī)組冷卻水、潤(rùn)滑油專業(yè)預(yù)熱的一種裝置，在工作環(huán)境可能低于4℃時(shí)，水套加熱系統(tǒng)是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)設(shè)備時(shí)必備的配套裝置，它可使機(jī)體冷卻系統(tǒng)溫度達(dá)到并保持在要求的范圍內(nèi)（25℃-50℃），由于潤(rùn)滑油受到熱傳遞而間接加熱，發(fā)電機(jī)組也保持一定溫度，冬天防止柴油發(fā)電機(jī)組凍裂，從而使柴發(fā)機(jī)組時(shí)刻處于熱備用狀態(tài)，不管嚴(yán)冬臘月，柴油機(jī)在嚴(yán)寒低溫狀態(tài)下也能夠快速、穩(wěn)定、可靠地應(yīng)急啟動(dòng)，并在最短時(shí)間內(nèi)加載到全負(fù)荷，機(jī)組的機(jī)械磨損降低，輸出功率穩(wěn)定。

      在水套加熱系統(tǒng)供電線路的JK繼電器中間串接入一個(gè)溫度控制器和一個(gè)JK1固態(tài)繼電器，溫度控制器的溫度傳感器接到金屬水管壁上，以此實(shí)時(shí)采集水溫，然后通過溫度控制器感應(yīng)環(huán)境溫度的變化，進(jìn)而精確地控制水套加熱系統(tǒng)供電線路的導(dǎo)通與斷開。

      通過對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組加裝水套加熱系統(tǒng)，柴油機(jī)始終處于良好的暖機(jī)待運(yùn)行狀態(tài)，有效精準(zhǔn)地控制水套加熱系統(tǒng)的水溫溫度，遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)組的水溫能夠很好地控制在25度到50度之間，延長(zhǎng)了加熱器設(shè)備以及冷卻水管路的使用壽命，減少了柴油機(jī)維護(hù)工作量，杜絕了水套加熱系統(tǒng)在高溫度環(huán)境下無效運(yùn)行情況的發(fā)生，節(jié)約了電能。

5、電控系統(tǒng)冷啟動(dòng)技術(shù)

      電控ECM 可根據(jù)柴油機(jī)冷卻液溫度決定預(yù)熱時(shí)間（前預(yù)熱、預(yù)熱、后預(yù)熱）、預(yù)熱塞繼電器及QOS 指示燈的動(dòng)作。QOS系統(tǒng)可提高低溫時(shí)啟動(dòng)性能、并可減少啟動(dòng)后的白煙及噪音。鑰匙開關(guān) “ON”位置，ECM根據(jù)來自冷卻液溫度傳感器（ECT）的信號(hào)，檢測(cè)出柴油機(jī)冷卻液溫度，通過改變預(yù)熱時(shí)間，得到最佳的啟動(dòng)條件。同時(shí)，利用后預(yù)熱，保證啟動(dòng)后，柴油機(jī)在怠速能穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)。 柴油機(jī)預(yù)熱系統(tǒng)啟動(dòng)曲線如圖3所示，其原理如圖4所示。

 

圖3  柴油機(jī)預(yù)熱系統(tǒng)啟動(dòng)曲線

圖4  電控柴油機(jī)預(yù)熱系統(tǒng)原理圖

 

總結(jié)：

      綜上所述，柴油發(fā)電機(jī)的預(yù)熱原理對(duì)于保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命具有重要意義。在實(shí)際操作中，應(yīng)充分了解柴油機(jī)預(yù)熱裝置的原理和特點(diǎn)，按照規(guī)定進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，確保預(yù)熱系統(tǒng)始終處于良好的工作狀態(tài)。同時(shí)，應(yīng)注意觀察發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)處理，以保障柴油發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命。

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