新聞主題	柴油機低溫啟動工作的影響與預(yù)熱器原理

 

摘要：在北方嚴寒季節(jié)，當(dāng)柴油機冷態(tài)起動時，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，在冬季應(yīng)設(shè)法將進氣、潤滑油和冷卻水預(yù)熱，從而改善點火性能。預(yù)熱系統(tǒng)是柴油發(fā)電機所特有的，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。其原理是起動預(yù)熱系統(tǒng)在柴油機冷態(tài)起動前，通過電子裝置加熱壓縮空氣，提高柴油機冷起動的性能，在啟動后，依據(jù)冷卻液的溫度，將對空氣繼續(xù)加熱一段時間，從而減少柴油發(fā)電機爆燃與冒白煙的現(xiàn)象。

一、低溫啟動應(yīng)具備的條件

 

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

1、必須達到一定的啟動轉(zhuǎn)速

      柴油發(fā)電機的啟動轉(zhuǎn)速一般大于100r/分鐘，其低溫啟動主要受啟動阻力的影響，啟動時曲軸的旋轉(zhuǎn)阻力包括：汽缸內(nèi)壓縮空氣的反作用力、運動部位的慣性力、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，燃燒室內(nèi)混合氣的壓力應(yīng)達到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，汽缸內(nèi)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，汽缸內(nèi)的溫度應(yīng)達到400℃以上。

2、壓縮空氣中氧氣含量應(yīng)達標(biāo)

      必須有足夠多的空氣進入汽缸，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、低溫啟動困難的原因

 

1、摩擦阻力加大

      柴油發(fā)電機曲軸旋轉(zhuǎn)阻力矩和啟動轉(zhuǎn)速在低溫條件下主要受機油黏度的影響。隨著外界溫度降低，機油黏度增加甚至凝結(jié)，流動性差，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)電機啟動轉(zhuǎn)速降低。壓縮終了時，汽缸內(nèi)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。

2、啟動功率加大

      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的啟動功率，使用SAE20W機油啟動功率則需7.4KW，而使用人人又SAE30W機油啟動功率竟增加到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)測定，當(dāng)氣溫從40℃降到-10℃時，柴油的黏度提高83%，密度增大8%。這樣就使柴油的流動性變差，霧化不良，延長了著火滯后期，造成柴油發(fā)電機啟動困難。

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，蓄電池電動勢變化不大，即環(huán)境溫度有較大變化時，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，啟動柴油發(fā)電機時，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，只有額定輸出的34%左右。柴油發(fā)電機低溫啟動時本來就需要較大的啟動功率，但是低氣溫使蓄電池的輸出功率減小，無力拖動啟動機帶動柴油發(fā)電機旋轉(zhuǎn)或不能過到最低啟動轉(zhuǎn)速，都將導(dǎo)致柴油發(fā)電機難以著火運轉(zhuǎn)。

 

三、柴油機低溫預(yù)熱措施

 

1、電火焰預(yù)熱器  

      進氣預(yù)預(yù)熱塞通常裝在柴油發(fā)電機進氣管上，其作用是預(yù)熱柴油發(fā)電機的進氣，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)熱器不工作時將油管接頭的進油孔堵塞。閥體外繞有外表絕緣的電熱絲。

      起動時，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，帶動閥芯移動，使閥芯的錐形端離開進油孔。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燃生成火焰噴入進氣管，使進氣得到預(yù)熱。當(dāng)關(guān)閉預(yù)熱開關(guān)時，電路切斷，電熱絲變冷，閥體冷卻收縮，其錐形端又堵住進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℃，使用簡單、可靠性高，起動效果良好，但在起動柴油發(fā)電機后立即應(yīng)切忌加大油門運轉(zhuǎn)，否則易造成拉缸事故。起動液  有的康明斯柴油發(fā)電機在進氣管上裝有起動液噴射器。冷起動時將一些易燃燃料噴入進氣管，使其與空氣一起進入氣缸，促使混合氣的初次著火。起動液一般由乙醚（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(yù)熱器

      PTC預(yù)熱器是在進氣系統(tǒng)布置一個具有一定質(zhì)量的加熱儲能體，起動前用小電流將儲能體加熱到設(shè)定溫度，起動時儲能體可以作為一個熱源不斷地向進氣管內(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。以儲熱一熱交換方式工作，結(jié)構(gòu)為同心分布多級串聯(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，加熱溫度得到自動控制。當(dāng)外界溫度為20℃時，其電阻僅為0.2～0.4Ω。電路一接通，即柴油發(fā)電機起動開關(guān)一打開，瞬時加熱電流很大，溫度迅速升高，1min內(nèi)即可達到60～80℃，3min內(nèi)即可達到200℃。此時，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)電機裝配的PTC預(yù)熱器，裝配在柴油發(fā)電機增壓器至進氣管蓋總成之間。PTC預(yù)熱器電路系統(tǒng)，主要由預(yù)熱器保險、預(yù)熱開關(guān)、預(yù)熱時間控制器、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、適用溫度范圍廣等優(yōu)點。

      當(dāng)柴油發(fā)電機在5～-40℃因低溫起動困難時，可利用PTC進氣預(yù)熱器先行預(yù)熱后再起動柴油發(fā)電機。其工作過程是拉出預(yù)熱器氣門機構(gòu)手柄，按下預(yù)熱開關(guān)，時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，同時指示燈閃爍，蜂鳴器鳴叫。此時可起動柴油發(fā)電機。起動后關(guān)閉預(yù)熱開關(guān)，推回氣門手柄。預(yù)熱器氣門機構(gòu)用以控制進入柴油發(fā)電機進氣支管的空氣流量（車用）。在加熱時，減小流量，提高預(yù)熱效果；工作時則恢復(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)電機動力下降等人為故障。

 

圖1  柴油機預(yù)熱塞結(jié)構(gòu)與電路圖

圖2   柴油機進氣預(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器來預(yù)選加熱時間。燃油加熱器不僅可以與柴油發(fā)電機冷卻系統(tǒng)相連，通過加熱由附帶水泵強制循環(huán)的冷卻液在低溫起動前對柴油發(fā)電機進行預(yù)熱，而且還可以與發(fā)電機組供暖系統(tǒng)相連，這種低溫預(yù)熱方式的整個加熱過程需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。

4、水套加熱器

      水套加熱系統(tǒng)則是為柴油發(fā)電機組冷卻水、潤滑油專業(yè)預(yù)熱的一種裝置，在工作環(huán)境可能低于4℃時，水套加熱系統(tǒng)是柴油發(fā)動機啟動設(shè)備時必備的配套裝置，它可使機體冷卻系統(tǒng)溫度達到并保持在要求的范圍內(nèi)（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)機組時刻處于熱備用狀態(tài)，不管嚴冬臘月，柴油機在嚴寒低溫狀態(tài)下也能夠快速、穩(wěn)定、可靠地應(yīng)急啟動，并在最短時間內(nèi)加載到全負荷，機組的機械磨損降低，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溫度控制器和一個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，以此實時采集水溫，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。

      通過對柴油發(fā)電機組加裝水套加熱系統(tǒng)，柴油機始終處于良好的暖機待運行狀態(tài)，有效精準(zhǔn)地控制水套加熱系統(tǒng)的水溫溫度，遠程監(jiān)控客戶端監(jiān)測發(fā)現(xiàn)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，減少了柴油機維護工作量，杜絕了水套加熱系統(tǒng)在高溫度環(huán)境下無效運行情況的發(fā)生，節(jié)約了電能。

5、電控系統(tǒng)冷啟動技術(shù)

      電控ECM 可根據(jù)柴油機冷卻液溫度決定預(yù)熱時間（前預(yù)熱、預(yù)熱、后預(yù)熱）、預(yù)熱塞繼電器及QOS 指示燈的動作。QOS系統(tǒng)可提高低溫時啟動性能、并可減少啟動后的白煙及噪音。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，檢測出柴油機冷卻液溫度，通過改變預(yù)熱時間，得到最佳的啟動條件。同時，利用后預(yù)熱，保證啟動后，柴油機在怠速能穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。 柴油機預(yù)熱系統(tǒng)啟動曲線如圖3所示，其原理如圖4所示。

 

圖3  柴油機預(yù)熱系統(tǒng)啟動曲線

圖4  電控柴油機預(yù)熱系統(tǒng)原理圖

 

總結(jié)：

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

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