摘要: 冷起动性能是衡量柴油机技术的一项重要指标,同时冬季柴油机的冷起动困难也是一项亟待解决的问题。从多方面分析低温冷起动困难的原因,研究解决低温冷起动困难的方法。对于车辆及低温条件下运行的设备的使用维护具有指导意义。
关键词: 柴油机;冷起动
中图分类号:TK4文献标识码:A文章编号:1671-7597(2010)0820119-01
在我国北方地区,冬季平均气温达到-10℃～-20℃以下,这样的严寒条件给柴油机的运作带来了很大的麻烦。尤其对许多在低温条件下工作的设备来说,低温冷起动困难更是亟待解决的问题。
1 低温对柴油机起动造成的影响
1)柴油机的起动力矩减小。对于电起动的柴油机来说,其起动力矩的大小与起动蓄电池的容量有关。当车辆的环境温度为-20℃时,起动柴油机的蓄电池的容量与环境温度为20℃时相比,减小了60%,从而导致柴油机起动力矩也减小了32%;
2)柴油机的起动阻力矩增大。在低温条件下,柴油机的曲轴与轴瓦、活塞与气缸套等零件因材质的不同,热膨胀系数也不同,当温度降低很多时,由于不同的形变导致配合间隙减小,从而使起动阻力矩增大;此外温度降低,机油的粘度增大,流动性变差也是柴油机起动阻力矩增大的一个重要原因;
3)当柴油机吸入的空气温度在-30℃以下时,压缩终点温度小于430℃,不能使喷入的燃料着火燃烧。在很低的环境温度下,由于冷却液以及活塞、汽缸套等零件温度过低,在压缩过程中的热损失过大,压缩终了温度很难满足柴油机正常起动的要求。
2 改善柴油机低温冷起动的主要措施
根据以上三点影响可采用如下三种措施改善柴油机低温起动困难的问题。
2.1 使用减速起动机
在起动机的电枢轴与驱动齿轮之间装有齿轮减速器的起动机,称为减速起动机。由于在低温条件下,蓄电池的容量大幅降低,使起动机转矩也大幅降低,不能满足起动发动机的要求。为此,在电动机的电枢轴与驱动齿轮之间安装齿轮减速器,可以在降低电动机转速的同时提高其转矩。在蓄电池容量较低的情况下,通过降低转速增加起动力矩,解决低温条件下起动力矩低的问题。
2.2 预热冷却液
2.2.1 冷却液加热系统。也称燃油加热器加热系统。燃油加热器与发动机冷却系相连。驾驶员可以通过定时器来设定加热时间,在低温起动前对发动机进行预热。同时也可以用来对车内供暖。这种低温预热方式的整个加热过程需30～40min。能将发动机机体温度加热到40～50℃左右,此时发动机机体温度上升,机油的粘度降低,发动机零件配合间隙正常,润滑条件改善,使发动机在低温条件下的阻力矩减小,得以顺利起动。燃油加热器是与发动机相对独立的采暖设备,可在发动机不起动的情况下,预热发动机,提高发动机使用寿命,全面取代发动机怠速暖机过程,降低发动机怠速排放。
2.2.2 热水预热法。将温度为90℃左右的热水注入冷却系,其预热部位有限,用在月平均气温最低不低于-15℃地区效果较好。
2.2.3 电预热法。将电加热器直接插入冷却系内进行加热,此法使用方便。适合在更低的环境温度下使用。
2.3 预热进气
通过提高吸入空气的初始温度来提高发动机冷起动性能,是解决发动机冷起动的有效方法之一,分为火焰预热装置和电预热装置两大类。
2.3.1 火焰预热装置。火焰预热装置是在进气管内利用火焰对进气流进行加热。方法是用电热塞将燃油点燃加热进气管内的气流。当环境温度为-20℃时,各气缸进气温度能达到140℃左右。但由于火焰燃烧消耗进气流中部分氧气,产生部分废气和功率损失,因此需要对燃烧器的供油量进行较精确的控制和调节。以避免耗氧量和废气过多。起动时燃烧器所消耗的空气量为发动机进气量的15%～20%时,冷起动的效果相对最好。依维柯S系列汽车的火焰预热系统由电子控制盒、发动机水温传感器、火焰喷喷射器和电磁阀等部分组成。电子控制盒能根据装在发动机上水温传感器所测的温度信号自动控制进气歧管上火焰喷射器的工作状态,当火焰喷射器加热到800～900℃左右后接通起动机,同时电磁阀打开油路,通过燃油管向火焰喷射器供油,进行火焰预热起动。需要注意的是,采用该装置起动发动机后,由于此时机油的温度低、粘度大,润滑条件恶劣,切忌大油门运转,以免对发动机造成损害。
2.3.2 电预热装置。电热预热进气装置是用电热塞或电热丝对进入气缸的空气进行加热,电热预热的类型有集中预热和分缸预热两种。集中式预热装置安装在发动机的进气管上.分缸式预热装置安装在各气缸内或进气歧管上。
1)集中式预热装置。这种预热器的发热元件是由铁镍铝合金制成的内热式电阻丝作为发热体。电阻丝的外面通过氧化铝陶瓷绝缘。绝缘体的外面是带有螺蚊的金属壳体,以使其固定在发动机的进气管上。电阻丝的一端通过壳体金属搭铁。另一端通过绝缘体引到进气管的外面。当预热器装配到柴油机上时,中心螺杆通过柴油机的预热开关与电源接通,以加热进气管内的空气。起动前打开预热开关,使蓄电池的电流通向预热塞,约30～40s后起动发动机,吸进的空气通过灼热的电热塞被加热。从而提高压缩终了时的温度,使喷入气缸的柴油容易着火,实现柴油机的顺利起动。
2)分缸预热装置(燃烧室电热塞)。采用涡流室式或预燃室式燃烧室的柴油发动机。由于燃烧室表面积大,在压缩行程中的热量损失比较大,更难以起动。因此,在涡流室式或预燃室式柴油机的燃烧室中安装预热塞,在起动时对燃烧室内的空气进行预热。每缸一个电热塞,每个电热塞的中心螺杆并联与电源相接。发动机起动前首先接通电热塞的电路,使气缸内的空气温度升高,从而可提高压缩终了时的温度,使喷入气缸的柴油容易着火。日本五十铃轻型汽车快速起动系统即为燃烧窒电热寒预热装置。
发动机进气电预热技术不消耗空气中的氧气,最低起动温度可达到-25℃,但是要消耗2.4Ah的蓄电池容量,对于低温下本来就容量不足的蓄电池来说则是不利的,因此只适合于小排量的柴油机。但由于其结构简单,安装方便,目前得到了广泛应用。
在实践中,情况因条件的不同而差异较大,应根据实际情况确定采用何种方法才能从根本上解决柴油机低温起动困难的问题。
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