柴油發動機冷啟動困難分析與輔助循環加熱裝置的應用

訾 永 陳勇衛 朱 毅 侯文海 王 超 王 靖

(陜西建設機械股份有限公司，陜西 西安 710200)

0 引言

由于我國幅員遼闊，各地溫差會有明顯不同，尤其是在高原、高寒地區，購買各種工程機械后燃油發動機就會出現各種啟動困難的問題，這就要求我們采用不同的有效方式來解決工程機械柴油發動機啟動困難問題，各工程機械主機廠家根據主機產品的特點來找出解決發動機啟動困難問題，輔助循環加熱裝置就是解決問題一種很好的方法。

1 高原、高寒地區對柴油發動機啟動的影響因素

1.1 高原地區對發動機啟動困難的影響

1)海拔高度含氧量對柴油發動機啟動的影響。

發動機在啟動時需要消耗氧氣，而氧氣在高原上是比較稀薄的，這樣就容易在啟動時造成一定的困難，以青藏高原為例，不同海拔高度該地區空氣中含氧量是不相同的(見表1)。

表1 海拔高度與空氣中理論含氧量的關系一覽表

表1說明由于不同海拔高度導致空氣中含氧量降低，對柴油發動機啟動容易造成一定的困難。

2)海拔高度與含氧量的降低后而造成的柴油發動機同負載情況下啟動困難(即造成功率的衰減)。

在高原地區甚至會帶來由于海拔高度不同(相對海平面)，而導致柴油發動機燃燒不充分，從而導致發動機功率下降問題(見表2)。

表2 海拔高度與功率衰減的關系表

從表2可以看出由于空氣中含氧量的減少而發動機功率下降，對于發動機啟動瞬間在同負載情況下就顯得更加困難了。

1.2 高寒地區對柴油發動機啟動困難的影響

1)柴油低溫結臘現象，易導致燃油系統油路阻塞問題，影響發動機啟動。

2)發動機潤滑系統在該地區，易導致機油系統潤滑粘度高發動機潤滑不充分，也易造成發動機啟動困難。

對于柴油發動機來講，高寒地區發動機啟動由于燃油、機油問題等都會造成發動機啟動困難，為此提高發動機缸體溫度，對發動機燃油系統和機油系統都有很大的好處。為此，有了發動機缸體加熱理念，為進一步實現發動機的輔助循環加熱裝置奠定一定基礎。

2 發動機輔助循環加熱裝置的組成

這種輔助循環加熱裝置由發動機缸體(水道)、電動水泵、溫度傳感器、溫度設定控制器、電控節流閥、加熱元件等組成(見圖1)。

3 加熱系統控制原理

水箱內有一電加熱管，在水箱上有溫度控制器，溫度控制傳感器固定在水箱內部下側，實時對水箱內的冷卻液進行溫度測量，在控制器上將冷卻液的溫度設定在一個溫差范圍內(例如：40 ℃～55 ℃)，當溫度低于40 ℃時箱內冷卻液電加熱裝置開始工作，當冷卻液溫度達到55 ℃時加熱裝置停止工作，這時水泵仍然在持續運轉。當發動機缸體加熱到40 ℃時，加熱裝置循環泵停止工作，關閉加熱回路上的兩個球閥，發動機進入啟動狀態，直接啟動發動機即可。

4 冷啟動冷卻液循環管路與發動機的連接及加熱介質

4.1 發動機冷卻系統的連接

在工程機械柴油發動機缸體上有很多水道，但在連接時，一般繞過節溫器(即在節溫器的后端接口處安裝一個球閥連接加熱泵的出水口管路)，在缸體的另一側拆除水道堵頭換上球閥即為水箱的回水口，通過不斷地循環以實現對發動機缸體加熱的目的，為冷啟動創造條件。

該輔助循環加熱裝置在冬季施工時可以將循環加熱裝置通過球閥關閉裝置放置在設備上，使用時打開球閥即可(不用每天拆裝)。

4.2 加熱介質的確定

在對此類高寒地區發動機進行此項加熱工作時，要了解原發動機的冷卻介質是什么牌子，杜絕混用發動機冷卻液，例如當了解到發動機冷卻液是長城冷卻液FD-2時，在輔助加熱裝置水箱應繼續加入長城冷卻液FD-2，這樣能夠節省成本、杜絕冷卻系統故障。

4.3 冷卻介質加熱時間與啟動窗口期

冷卻介質的加熱與周邊的環境溫度有很大關系，所以缸體預熱到40 ℃時間長短不一；以加熱管在2 000 W，加熱水箱為8 L為例，在環境溫度-8 ℃情況下，一般循環加熱1 h即可達到發動機啟動要求(40 ℃的啟動窗口期)，在這個溫度下一般可以實現一次性點火成功。

5 這種輔助循環加熱裝置的優缺點

冷卻水泵接到啟動指令，就開始進行系統強制循環，當達到指定溫度時就可進行循環泵停止工作。這從另外一個角度可以看出，其優點實際上是提高發動機缸體溫度等于在寒冷的地帶將現有的15W-40CH牌號或其他牌號機油進行預熱。同時將柴油預熱消除結臘現象；缺點是發動機周邊需要有交流電源進行維持。

6 結語

通過對輔助加熱裝置的原理分析與操作實際應用，該裝置可以解決高海拔、高寒地區尤其在冬季施工出現柴油發動機啟動困難問題，這給施工單位帶來了便利，給柴油發動機增加一套冷啟動輔助循環加熱裝置，對提高發動機的一次點火成功率大有益處，受到施工單位認可。