柴油發動機預熱的外接裝置設計

陳佳等

摘要：柴油發動機以其環保、扭矩大和經濟性能好等特點得到了越來越多的應用。然而在我國北方地區的冬季，受氣溫較低的影響，柴油發動機普遍存在難以發動的難題。因此，為了更好的推進柴油發動機的應用，發揮其高效性能，研發柴油發動機的預熱裝置非常有必要。本文設計一種基于外接裝置的柴油發動機預熱系統，以縮短柴油發動機的冬季預熱時間，對克服柴油發動機冬季發動難的問題提供有效的對策。

關鍵詞：柴油發動機；預熱；外界裝置；

柴油發動機是燃燒柴油來獲取能量釋放的發動機。相比于汽油發動機，柴油發動機不僅具有較大的載質量，還能適應較為惡劣的環境。因此，近年來，柴油發動機得到越來越廣泛的應用。然而，不同于汽油發動機的火花塞點火，柴油發動機采用壓燃式點火方式，即先通過對氣缸內的空氣進行壓縮形成高溫（477～727℃），再通過噴油器噴出霧狀然后發生自燃點火。因此，柴油發動機對進入汽缸的空氣溫度比較高。

然而，在我國尤其是北方地區冬季時節，由于氣溫很低，機油性質發生轉變，凝結成度高，導致柴油發動機不易啟動，這嚴重阻礙了柴油發動機的高效使用同時也影響了柴油動力源設備的生產效率。如何改善柴油機低溫啟動性成為眾多工程師所關心的問題。本文為柴油發動機設計一種外接裝置，以縮短柴油發動機的冬季預熱時間。

1.柴油發動機冬季起動困難主要原因

冬季嚴寒下，柴油發動機大都難以正常啟動，其主要原因如下：

1.1柴油蒸發困難。在柴油生產過程中，其溜出溫度為三百攝氏度左右，也就是說達到這一溫度以上才有部分柴油蒸發，其蒸發性很差。因此，進一步研發出某種物質，參入柴油中以改善柴油著火性才是解決問題的關鍵。

1.2柴油發動機轉速低。冬季柴油機起動轉速低是起動困難的一個主要原因，低溫下潤滑油的粘度增加，柴油起動力矩增大，起動機力矩亦相應增大，但此時蓄電池低溫下工作特性的影響施加在起動機上的電壓反而下降，使起動機轉速低于正常起動轉速。低轉速反過來又使壓縮過程加長，空氣泄漏和熱能損失增加而對柴油燃燒更為不利。

2.柴油發動機預熱系統設計的基本原理

本次預熱的目標，最主要的也是為發動機部分的機油進行預熱。本設計的外接所采用的加熱方式是通過加熱防凍液，由循環泵將加熱過的防凍液導向發動機機底。最終達到防凍液、發動機機油預熱的效果。防凍液的作用之一是通過吸收發動機散發出來的熱量，加速發動機散熱。現在將這個原理反過來使用，先加熱防凍液，讓發動機吸收防凍液散發出來的熱量，達到預熱發動機的效果。其主要由一個加熱鍋爐（電打火、燒柴油、內帶循環泵），一個10L的柴油箱，一組（兩塊）12V的電瓶和一些內徑一寸的橡膠水管所組成，如圖1所示。本設計中，加熱裝置和柴油機分開獨立，因此可以根據實際施工需要進行調派，達到用少量的幾套加熱裝置滿足冬季所有施工的需要。

當通過旋轉電源閘打開，并按下加熱鍋爐控制開關時，就可以通過加熱鍋爐來加熱防凍液、循環泵帶動防凍液，循環加熱，起到對防凍液的加熱，避免溫度過低而導致柴油發動機無法啟動。

圖1 裝置組裝圖

本預熱系統的連接方式是：系統組裝完成后引出兩個帶快速接頭的橡膠水管，分別為加熱裝置的進水、出水。當柴油機需要加熱時，在該柴油機上引出兩個接頭，并和固定在柴油機上的連接板相連，分別為防凍液的出水、回水。連接板是在柴油機的機體上固定，同時插接方便，易于裝卸。

本設計的預熱系統的尺寸為：850*660*850mm（長*寬*高），重量約為165kg，有吊點。便于運輸時，起吊裝車，因此方便在施工中進行應用。

3.柴油發動機預熱系統設計的優點

當前，柴油發動機的預熱所主要采用的技術分別為：增大起動力、使用壓縮空氣起動、進氣預熱裝置、附設加熱裝置、乙醚（冷起動液）起動裝置、油路預熱裝置等。與以上幾種技術相比，本設計可以大大縮短加熱所需的時間，從原先的人工預熱的50分鐘，縮減至現在的7分鐘，大大提高了工作效率。此外，本設計具有以下優點：

3.1本預熱系統裝裝置了輪胎。這首先是使得該預熱系統易于移動。其次，本輪胎采用的是直徑35cm的輪胎，將該預熱系統整體抬高，使本預熱系統可從下部經過一個轉接頭將燃燒尾氣向后排出。

3.2本預熱系統的整體體積不大，施工現場可妥善保管，確保下次需要進行預熱的時候，本預熱系統能夠可靠的使用。

3.3本預熱系統的所有水管都佩帶開關，可以減少每次拆接時防凍液的耗損，同時保持了節能環保。

3.4每次預熱完成后，可根據施工現場需要，對該預熱系統進行拆卸、或對電瓶充電，以便下次使用。

4.小結

據環保部門統計，目前世界上發動機已經成為可吸入顆粒和NOX排放的主要污染源。在一些國家和地區，車用柴油機排放在發動機對環境排放中的貢獻度已達到70%。

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