柴油發(fā)動機冷啟動困難分析與輔助循環(huán)加熱裝置的應用

訾 永 陳勇衛(wèi) 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(qū)，購買各種工程機械后燃油發(fā)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(fā)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(fā)動機啟動困難問題，輔助循環(huán)加熱裝置就是解決問題一種很好的方法。

1 高原、高寒地區(qū)對柴油發(fā)動機啟動的影響因素

1.1 高原地區(qū)對發(fā)動機啟動困難的影響

1)海拔高度含氧量對柴油發(fā)動機啟動的影響。

發(fā)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(qū)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(fā)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(fā)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(qū)甚至會帶來由于海拔高度不同(相對海平面)，而導致柴油發(fā)動機燃燒不充分，從而導致發(fā)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(fā)動機功率下降，對于發(fā)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(qū)對柴油發(fā)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(fā)動機啟動。

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

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

2 發(fā)動機輔助循環(huán)加熱裝置的組成

這種輔助循環(huán)加熱裝置由發(fā)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(jié)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(xù)運轉。當發(fā)動機缸體加熱到40 ℃時，加熱裝置循環(huán)泵停止工作，關閉加熱回路上的兩個球閥，發(fā)動機進入啟動狀態(tài)，直接啟動發(fā)動機即可。

4 冷啟動冷卻液循環(huán)管路與發(fā)動機的連接及加熱介質

4.1 發(fā)動機冷卻系統的連接

在工程機械柴油發(fā)動機缸體上有很多水道，但在連接時，一般繞過節(jié)溫器(即在節(jié)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(huán)以實現對發(fā)動機缸體加熱的目的，為冷啟動創(chuàng)造條件。

該輔助循環(huán)加熱裝置在冬季施工時可以將循環(huán)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(qū)發(fā)動機進行此項加熱工作時，要了解原發(fā)動機的冷卻介質是什么牌子，杜絕混用發(fā)動機冷卻液，例如當了解到發(fā)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(xù)加入長城冷卻液FD-2，這樣能夠節(jié)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(huán)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(huán)境溫度-8 ℃情況下，一般循環(huán)加熱1 h即可達到發(fā)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(huán)加熱裝置的優(yōu)缺點

冷卻水泵接到啟動指令，就開始進行系統強制循環(huán)，當達到指定溫度時就可進行循環(huán)泵停止工作。這從另外一個角度可以看出，其優(yōu)點實際上是提高發(fā)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(fā)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(qū)尤其在冬季施工出現柴油發(fā)動機啟動困難問題，這給施工單位帶來了便利，給柴油發(fā)動機增加一套冷啟動輔助循環(huán)加熱裝置，對提高發(fā)動機的一次點火成功率大有益處，受到施工單位認可。