新聞主題	柴油機低溫啟動(dòng)工作的影響與預熱器原理

 

摘要：在北方嚴寒季節，當柴油機冷態(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)，在冬季應設法將進(jìn)氣、潤滑油和冷卻水預熱，從而改善點(diǎn)火性能。預熱系統是柴油發(fā)電機所特有的，一般分為兩種方式，即室氣預熱系統和冷卻液預熱裝置。其原理是起動(dòng)預熱系統在柴油機冷態(tài)起動(dòng)前，通過(guò)電子裝置加熱壓縮空氣，提高柴油機冷起動(dòng)的性能，在啟動(dòng)后，依據冷卻液的溫度，將對空氣繼續加熱一段時(shí)間，從而減少柴油發(fā)電機爆燃與冒白煙的現象。

一、低溫啟動(dòng)應具備的條件

 

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

1、必須達到一定的啟動(dòng)轉速

      柴油發(fā)電機的啟動(dòng)轉速一般大于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)曲軸的旋轉阻力包括：汽缸內壓縮空氣的反作用力、運動(dòng)部位的慣性力、各摩擦副的摩擦阻力等。

2、汽缸內混合氣應有足夠的壓力

      柴油發(fā)電機的壓縮比很高，一般通用機型的壓縮比為14～22左右。壓縮沖程終了時(shí)，燃燒室內混合氣的壓力應達到3～5MPa。

3、汽缸內混合氣應有足夠的溫度

      壓縮沖程終了時(shí)，汽缸內的混合氣要具備足夠的溫度。一般柴油發(fā)電機要求壓縮沖程終了時(shí)，汽缸內的溫度應達到400℃以上。

2、壓縮空氣中氧氣含量應達標

      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)電機曲軸旋轉阻力矩和啟動(dòng)轉速在低溫條件下主要受機油黏度的影響。隨著(zhù)外界溫度降低，機油黏度增加甚至凝結，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阻力矩，使柴油發(fā)電機啟動(dòng)轉速降低。壓縮終了時(shí)，汽缸內壓縮空氣若達不到柴油燃燒所需的壓力和溫度，柴油發(fā)電機難以啟動(dòng)。

2、啟動(dòng)功率加大

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

3、柴油的黏度和密度增大

      隨著(zhù)外界溫度的降低，柴油的黏度和密度均增大，表面張力加大。據測定，當氣溫從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(cháng)了著(zhù)火滯后期，造成柴油發(fā)電機啟動(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(zhù)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，內阻增加；而為了防止電解液結冰，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)電機低溫啟動(dòng)時(shí)本來(lái)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(wú)力拖動(dòng)啟動(dòng)機帶動(dòng)柴油發(fā)電機旋轉或不能過(guò)到最低啟動(dòng)轉速，都將導致柴油發(fā)電機難以著(zhù)火運轉。

 

三、柴油機低溫預熱措施

 

1、電火焰預熱器  

      進(jìn)氣預預熱塞通常裝在柴油發(fā)電機進(jìn)氣管上，其作用是預熱柴油發(fā)電機的進(jìn)氣，結構與電路示意圖如圖1所示。外表絕緣的空心閥體由線(xiàn)膨脹系數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(guò)內螺紋與帶有外螺紋的閥芯連接。閥芯的錐形端在預熱器不工作時(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)，接通預熱器電路后，電熱絲通電發(fā)熱并加熱閥體，閥體受熱伸長(cháng)，帶動(dòng)閥芯移動(dòng)，使閥芯的錐形端離開(kāi)進(jìn)油孔。燃油流入閥體內腔受熱而汽化，從閥體的內腔噴出，并被熾熱的電熱絲點(diǎn)燃生成火焰噴入進(jìn)氣管，使進(jìn)氣得到預熱。當關(guān)閉預熱開(kāi)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)電機后立即應切忌加大油門(mén)運轉，否則易造成拉缸事故。起動(dòng)液  有的康明斯柴油發(fā)電機在進(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(zhù)火。起動(dòng)液一般由乙醚（64%）、丙酮（16%）、11號潤滑油（10%）、硫（添加劑）和石油醚（10%）等混合而成。

2、PTC預熱器

      PTC預熱器是在進(jìn)氣系統布置一個(gè)具有一定質(zhì)量的加熱儲能體，起動(dòng)前用小電流將儲能體加熱到設定溫度，起動(dòng)時(shí)儲能體可以作為一個(gè)熱源不斷地向進(jìn)氣管內空氣提供熱量。如圖2所示，PTC預熱器裝置是一種儲能型電熱陶瓷透氣預熱加熱器，它采用正溫度系數熱敏陶瓷作為熱體。以?xún)嵋粺峤粨Q方式工作，結構為同心分布多級串聯(lián)散熱片形式。正溫度系數的PTC電熱陶瓷材料是屬于鐵鈦酸鋇類(lèi)半導體，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)電機起動(dòng)開(kāi)關(guān)一打開(kāi)，瞬時(shí)加熱電流很大，溫度迅速升高，1min內即可達到60～80℃，3min內即可達到200℃。此時(shí)，電阻值趨向無(wú)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)電機裝配的PTC預熱器，裝配在柴油發(fā)電機增壓器至進(jìn)氣管蓋總成之間。PTC預熱器電路系統，主要由預熱器保險、預熱開(kāi)關(guān)、預熱時(shí)間控制器、預熱指示燈、預熱繼電器和預熱器等組成。該裝置與常用的火焰塞、電熱塞相比，具有結構緊湊、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(cháng)、適用溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

      當柴油發(fā)電機在5～-40℃因低溫起動(dòng)困難時(shí)，可利用PTC進(jìn)氣預熱器先行預熱后再起動(dòng)柴油發(fā)電機。其工作過(guò)程是拉出預熱器氣門(mén)機構手柄，按下預熱開(kāi)關(guān)，時(shí)間控制器工作使繼電器得電閉合，PTC預熱器通電開(kāi)始預熱。經(jīng)過(guò)設定的預熱時(shí)間（一般為6min），控制器使繼電器失電斷開(kāi)，切斷預熱器電路，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。起動(dòng)后關(guān)閉預熱開(kāi)關(guān)，推回氣門(mén)手柄。預熱器氣門(mén)機構用以控制進(jìn)入柴油發(fā)電機進(jìn)氣支管的空氣流量（車(chē)用）。在加熱時(shí)，減小流量，提高預熱效果；工作時(shí)則恢復流量。如果使用不當或調整不當，都能造成預熱效果不良，或柴油發(fā)電機動(dòng)力下降等人為故障。

 

圖1  柴油機預熱塞結構與電路圖

圖2   柴油機進(jìn)氣預熱裝置示意圖

 

3、燃油加熱系統

     燃油加熱器的工作由電腦控制，操作員可以通過(guò)定時(shí)器來(lái)預選加熱時(shí)間。燃油加熱器不僅可以與柴油發(fā)電機冷卻系統相連，通過(guò)加熱由附帶水泵強制循環(huán)的冷卻液在低溫起動(dòng)前對柴油發(fā)電機進(jìn)行預熱，而且還可以與發(fā)電機組供暖系統相連，這種低溫預熱方式的整個(gè)加熱過(guò)程需30～40min，能將柴油發(fā)電機機體溫度加熱到40～50℃左右。此時(shí)柴油發(fā)電機的潤滑油也得以加熱，潤滑油的粘度降低，柴油發(fā)電機在低溫條件下的潤滑條件改善，使柴油發(fā)電機順利起動(dòng)。

4、水套加熱器

      水套加熱系統則是為柴油發(fā)電機組冷卻水、潤滑油專(zhuān)業(yè)預熱的一種裝置，在工作環(huán)境可能低于4℃時(shí)，水套加熱系統是柴油發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)設備時(shí)必備的配套裝置，它可使機體冷卻系統溫度達到并保持在要求的范圍內（25℃-50℃），由于潤滑油受到熱傳遞而間接加熱，發(fā)電機組也保持一定溫度，冬天防止柴油發(fā)電機組凍裂，從而使柴發(fā)機組時(shí)刻處于熱備用狀態(tài)，不管?chē)蓝D月，柴油機在嚴寒低溫狀態(tài)下也能夠快速、穩定、可靠地應急啟動(dòng)，并在最短時(shí)間內加載到全負荷，機組的機械磨損降低，輸出功率穩定。

      在水套加熱系統供電線(xiàn)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(guò)溫度控制器感應環(huán)境溫度的變化，進(jìn)而精確地控制水套加熱系統供電線(xiàn)路的導通與斷開(kāi)。

      通過(guò)對柴油發(fā)電機組加裝水套加熱系統，柴油機始終處于良好的暖機待運行狀態(tài)，有效精準地控制水套加熱系統的水溫溫度，遠程監控客戶(hù)端監測發(fā)現柴油發(fā)電機組的水溫能夠很好地控制在25度到50度之間，延長(cháng)了加熱器設備以及冷卻水管路的使用壽命，減少了柴油機維護工作量，杜絕了水套加熱系統在高溫度環(huán)境下無(wú)效運行情況的發(fā)生，節約了電能。

5、電控系統冷啟動(dòng)技術(shù)

      電控ECM 可根據柴油機冷卻液溫度決定預熱時(shí)間（前預熱、預熱、后預熱）、預熱塞繼電器及QOS 指示燈的動(dòng)作。QOS系統可提高低溫時(shí)啟動(dòng)性能、并可減少啟動(dòng)后的白煙及噪音。鑰匙開(kāi)關(guān) “ON”位置，ECM根據來(lái)自冷卻液溫度傳感器（ECT）的信號，檢測出柴油機冷卻液溫度，通過(guò)改變預熱時(shí)間，得到最佳的啟動(dòng)條件。同時(shí)，利用后預熱，保證啟動(dòng)后，柴油機在怠速能穩定地運轉。 柴油機預熱系統啟動(dòng)曲線(xiàn)如圖3所示，其原理如圖4所示。

 

圖3  柴油機預熱系統啟動(dòng)曲線(xiàn)

圖4  電控柴油機預熱系統原理圖

 

總結：

      綜上所述，柴油發(fā)電機的預熱原理對于保證發(fā)動(dòng)機的正常運行和延長(cháng)使用壽命具有重要意義。在實(shí)際操作中，應充分了解柴油機預熱裝置的原理和特點(diǎn)，按照規定進(jìn)行維護與保養，確保預熱系統始終處于良好的工作狀態(tài)。同時(shí)，應注意觀(guān)察發(fā)動(dòng)機的運行狀況，如發(fā)現異常應及時(shí)處理，以保障柴油發(fā)電機組的正常運行和延長(cháng)使用壽命。

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