李歡

戰(zhàn)略支援部隊綜合訓練大隊 100094

前言

在低溫環(huán)境下的柴油機啟動過程中，由于潤滑劑粘度的增加，進入摩擦部件表面的潤滑劑量減少，油壓緩慢建立。考慮到低速拖動階段冷啟動的成功率和油壓上升的緩慢率，由于上述綜合原因，不可避免地會發(fā)生更多的半干摩擦或摩擦或是局部干摩擦現(xiàn)象。許多文獻認為，在啟動過程中和啟動后的預熱過程中，由摩擦引起的磨損率占發(fā)動機總磨損率的46-73%。 另外，不良的冷啟動性能會增加電池和啟動器的負擔，并增加故障率。因此，優(yōu)化發(fā)動機的冷啟動性能也是維持發(fā)動機和附件正常運行的需要。

1 研究背景

目前，柴油機作為發(fā)動機設備的情況十分普遍，在國家經(jīng)濟水平逐漸提升，運輸實現(xiàn)高速化的情況下，效率高的柴油機技術運用十分廣泛。在國外，5t以上的載貨機車全部實現(xiàn)柴油機化，同時一些小型車也在朝著柴油化的方向迅速發(fā)展。在這種趨勢下，我國也沒有停止步伐，正大力朝著這方面進行技術性改革，以東風、解放、重汽等為主的重型柴油車企業(yè)，都在加大對柴油發(fā)動機低溫啟動性能的研究。

溫度是影響柴油機普及的一個主要因素；我國寒帶性的氣候有寒冷、寒溫型，在東北三省、烏魯木齊等地區(qū)屬于寒冷型氣候，最低溫度能夠達到零下50℃左右，其他寒帶性氣候地域平均最低氣溫也都達到零下30℃左右，在這些地區(qū)使用柴油發(fā)動機，其啟動性能顯得非常重要，所以以東風、解放、重汽等為主的重型柴油車企業(yè)，都越來越重視重型柴油車發(fā)動機低溫啟動的性能，旨在靠著方面的技術在行業(yè)領域占據(jù)主導地位。甚至有國外的重型柴油車公司，將對柴油車發(fā)動機低溫啟動性能的研究放在第一位，在這個研究前提下再去研究柴油機的其他各方面性能如使用周期、運行噪音、尾氣排放等。由此可見，提高重型柴油車發(fā)動機低溫啟動性能十分重要。

2 國內外研究現(xiàn)狀

柴油機的啟動性能是評估其性能的重要指標之一。國內外已經(jīng)進行了許多研究以改善其啟動過程。 但是，早期研究僅集中于添加輔助設備以確保柴油發(fā)動機在低溫下平穩(wěn)啟動。 直到近年來，隨著排放標準的日益嚴格，以及測試手段和電子控制技術的廣泛應用，許多大學科研機構和公司開始深入研究點火，燃燒過程及相關因素，以達到提高柴油發(fā)動機低溫啟動性能目的。在滿足啟動性能要求的前提下減少排放。

柴油的著火和燃燒主要取決于壓縮后氣缸的壓力，溫度，柴油屬性和柴油輸送特性。由于較低的初始壁溫和氣缸內的開始向后速度，傳熱損失和漏氣損失增加，氣缸內的壓縮溫度和壓力遠低于正常工作條件，并且在氣缸內混合物的形成條件在冷卻器的啟動條件下氣缸不良，這使點火和燃燒性能變差。影響柴油機冷啟動性能的主要因素是環(huán)境溫度，環(huán)境壓力，反向阻力速度，燃油噴射參數(shù)，燃油特性，壓縮比，燃燒室設計等。

3 柴油機低溫啟動困難分析

在低溫情況下，柴油機是否能夠正常啟動取決于非常多的因素，但是最主要的三個因素如下，即柴油機低溫發(fā)動三要素：

燃料的物理性質，即柴油的流動性，只有滿足足夠充分的柴油流動性，發(fā)動機在啟動時才能夠獲取到充足燃料，才得以啟動；

經(jīng)過壓縮后的發(fā)動機氣缸內達到溫度、壓強條件，在在這種條件下，燃料更容易著火，發(fā)動機可以啟動；

柴油機初啟動時，要有一定轉速，有利于形成混合氣體，達到啟動條件。

在溫度極低的情況下，上訴3個條件都很難達到。由于外界氣溫低導致發(fā)動機裝置溫度也低，這種情況下發(fā)動機轉速得不到快速提升，這就會造成燃料氣態(tài)流失以及熱量流失，出現(xiàn)實際壓縮比減少、氣缸內燃料溫度低以及壓強小、燃料混合氣體難形成、燃料難點燃等現(xiàn)象；低溫情況下液體流動緩慢，即發(fā)動機潤滑油粘度大，發(fā)動機啟動阻力增大，轉速降低；在燃料方面，低溫情況下的柴油容易產生油水分離現(xiàn)象，即底層柴油變得更加粘稠，甚至出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，流動性極差，然后輸送量達不到發(fā)動機需求，且粘稠狀態(tài)下的柴油極難形成混合氣體，導致燃料無法點燃，或是斷續(xù)點火，此時進入發(fā)動機壓縮倉的燃料依附于倉壁，導致油膜損壞，增加混合氣體的流失，同時導致壓縮倉內溫度無法提升。上述所有的情況，都導致柴油發(fā)動機無法啟動。

如果不采取一定的手段措施，低溫情況下，要想柴油機正常運行十分困難，甚至是不可能實現(xiàn)的。因此，要想提高重型柴油車發(fā)動機低溫啟動性能，就必須要結合上述三要素，從重型柴油車發(fā)動機的預熱裝置、輔助啟動裝置、潤滑油參數(shù)等幾方面入手，研究其解決方案，達到提高重型柴油車發(fā)動機低溫啟動性能的目的。

4 提高重型柴油車發(fā)動機低溫啟動性能的技術研究

鎖隨著國家科學技術水平提升，加上相關技術人員多年來的研究，針對柴油發(fā)動機低溫啟動困難，現(xiàn)已研究出多種技術，每種技術均存在著一些優(yōu)缺點，對于不同的重型柴油車型，每種技術也有著不同的兼容性。筆者就目前市面上以東風、解放、重汽等為主的重型柴油車企業(yè)使用的主流技術進行一定研究。

4.1 火焰進氣預熱技術

（1）技術原理

該技術主要內容是對柴油機加裝火焰進氣預熱裝置，火焰進氣預熱裝置是通過火焰預熱塞使柴油在進氣管內燃燒，形成火焰加熱進氣的預熱裝置。該裝置由預熱塞、電磁閥、進油管、出油管、控制器、水溫傳感器等組成。該裝置的預熱塞有良好的點燃性與續(xù)燃性，可以很好地預熱柴油機的進氣，改善燃燒條件，使柴油機在-35℃的低溫下起動，并可減少排氣管冒白煙，降低污染。該裝置的控制器采用微電腦控制技術，功能智能化，操作簡單。它是一種先進的進氣預熱裝置，廣泛用于重型柴油機車、工程車、大型設備及移動電站。目前，在采用溫暖蓄電池的條件下，中國東風EQB210-20系列使用火焰進氣預熱裝置，可使HFF6840K57、HFF6841K57型大型客車發(fā)動機在- 34℃起動成功；解放車型AH3313、AH5310GSN8型車采用全自動火焰進氣預熱裝置，使YC6A260-20型發(fā)動機在溫度高于-25 ℃時可保證發(fā)動機起動成功；部分斯太爾系列柴油機在進氣歧管處安裝火焰預熱裝置，依靠進氣管上的2個預熱塞進行進氣預熱，可保證車輛在- 30 ℃以上正常啟動。

第二次籌糧高潮是進行松潘戰(zhàn)役和準備過草地的1935年7、8月間，分兩片區(qū)域，一是黑水、毛爾蓋；一是黨壩、卓克基、松崗、馬爾康、梭磨地區(qū)。

（2）技術優(yōu)缺點及局限性分析

優(yōu)點：重型柴油車發(fā)動機加裝火焰進氣預熱裝置，在一定程度上可以解決柴油機低溫啟動難的問題，使用效果比較明顯。

缺點：在低于-35℃的自然環(huán)境中，采取單塞就很難正常啟動發(fā)動機，采取雙塞(單塞加熱功率已達330W)總加熱功率可達660W左石。提高加熱功率能夠適當提高混合氣體溫度，但是對于發(fā)動機啟動不明顯；裝置加裝操作比較復雜，且操作不當帶量損害大。

局限性：在高于-35℃的情況下發(fā)動機啟動效果比較明顯，但是在低于-35℃的自然環(huán)境中，無法達到預期效果。

4.2 PTC進氣預熱技術

（1）技術原理

該技術主要內容是對柴油機加裝PTC進氣預熱裝置，柴油機PTC進氣預熱裝置組成部分包括PTC進氣預熱器、氣門控制機構、預熱時間控制器、預熱啟動保護開關組成。其使用機制就是在低溫狀態(tài)下提高空氣溫度使壓縮空氣在壓縮狀態(tài)下達到燃油燃燒所需要的溫度。PTC柴油進氣預熱裝置是由北京天啟星公司生產的，東風汽車公司為提高柴油汽車在高寒地區(qū)冬季啟動性能而在EQ1108G6D-501和EQ1141G2-550載貨汽車上安裝的新的裝置。

（2）技術優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：PTC預熱進氣裝置由于比較簡單，安裝接線比較方便，且對柴油機本體結構不發(fā)生重大改變，柴油機在低溫環(huán)境下啟動效果較好；它與常用的火焰塞、電熱塞相比，具有自動恒溫，耗比低，可靠性高、壽命長、故障率低、熱效率高，適用溫度范圍廣、控制器聲光顯示等多項優(yōu)點。

缺點：由于安裝調整不規(guī)范，或操作不恰當，裝置容易產生一些常見故障，如預熱開關打開后指示燈不亮、預熱時間超過5 min 時，指示燈不閃爍，蜂鳴器不響、打開電源開關或打開預熱器開關時燒斷易熔線等。

4.3 改變潤滑油低溫動力粘度指標

（1）技術原理

低溫動力粘度指油品在規(guī)定條件下，采用毛細管粘度計或旋轉粘度計在低溫下所測得的動力粘度的習慣用語。在潤滑油規(guī)格中，其單位以毫帕·秒（mPa·s）表示。內燃機油的低溫動力粘度是多級內燃機油低溫性能的重要指標。低溫動力粘度越大，發(fā)動機在低溫運轉時的困難也越大，潤滑油到達磨擦部位所需的時間也越長，磨擦時會出現(xiàn)短暫的干磨擦或半液體磨擦 而增加磨損。潤滑油包括基礎油（70N、150N、500N、150BS）、功能添加劑（柴油機油添加劑）、粘度指數(shù)改進劑（PIB聚異丁烯共聚物、OCP乙丙烯共聚物、HSD氫化苯乙烯雙烯共聚物、PMA聚甲基丙烯酸酯）、降凝劑（聚a-烯烴、烷基萘、聚酯類）等材料。通過粘度指數(shù)改進劑、基礎油、各類功能添加劑三者占比調合，在調合多級油時, 因為基礎油本身的粘溫性能不能同時滿足多級油的高低溫粘度要求, 必須加入粘度指數(shù)改進劑（VI劑）來改善油品的粘溫性能，最終可以達到提高重型柴油車發(fā)動機低溫啟動性能的目的。

（2）技術優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：改變潤滑油低溫動力粘度指標，一方面可以提高發(fā)動機起動轉速，另一方面降低發(fā)動機最低起動轉速，這對提高重型柴油車發(fā)動機低溫啟動性能都起到非常重要的作用。

缺點：由于潤滑油的組成成分角度，想要改變潤滑油低溫動力粘度的指標操作起來具有一定的難度，成本較大，且若是各種基礎油添加比重不合理會對柴油發(fā)動機造成一定損傷。

5 發(fā)展前景

目前而言，提升重型柴油車發(fā)動機低溫啟動性能，對于我國的柴油機領域有著顯著作用，同時也能夠增加重型柴油車在寒冷氣候地區(qū)、冬季使用效果，減少柴油車發(fā)動機因低溫而無法正常啟動的情況。同時，使用低硫優(yōu)質柴油及代用燃料，在一定程度上可以減少柴油機NOx的排放量與顆粒排放量，達到環(huán)境保護作用。目前，我國正大力研究提高重型柴油車發(fā)動機低溫啟動性能的技術，旨在提高經(jīng)濟效益的同時，達到環(huán)境保護目的。

6 結語

柴油機低溫起動性能是重要的質量指標，柴油車只有低溫起動性能得到改善后才能適于在寒冷地區(qū)使用，同時在極低溫度下采取相關技術能夠減少發(fā)動機磨損，防止發(fā)生機械故障，延長發(fā)動機的使用壽命。