工程機械發(fā)動機冷啟動問題解決方案

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272073）

工程機械應(yīng)為范圍廣且常工作在最惡劣的環(huán)境條件下（例如沙漠、礦山、高原等），隨著工程機械整體技術(shù)的不斷發(fā)展，工程機械不斷挑戰(zhàn)各種極端工況，包括極端高熱、多塵、高濕、極寒等作業(yè)工況。一些工程機械（例如推土機、平地機、裝載機等）根據(jù)工程需求，需要常年在一些高緯度地區(qū)以及高原等寒冷地區(qū)工作，此時，良好的冷啟動性能是低溫寒冷區(qū)域工程機械正常作業(yè)的必要前提。特別是一些國家或地區(qū)（如俄羅斯、立陶宛等國），冬季環(huán)境溫度常常在-35℃以下，屬于極寒環(huán)境，需要工程機械采取相應(yīng)措施來保證整車具有良好的啟動性能，來保證整車在寒冷工況下的正常作業(yè)。

工程機械的動力源通常為柴油發(fā)動機，柴油機的啟動性能對整車使用的可靠性、方便性、耐久性和燃料經(jīng)濟性等都具有一定的影響，啟動不可靠是整機不可靠的表現(xiàn)之一。啟動不便，則增加勞動者勞動強度，大大降低工程機械的機動性，并且啟動磨損同樣占柴油機總磨損的很大部分，因此快速啟動后使發(fā)動機過渡到正常工作階段能夠大大減少啟動磨損。

1 柴油發(fā)動機啟動原理介紹

柴油發(fā)動機屬于壓燃式內(nèi)燃機，柴油通過噴油器噴入燃燒室后分散成小油滴，通過加熱、蒸發(fā)、擴散后形成油氣混合氣，在一定的溫度和壓力條件下，油氣混合氣著火，從而使發(fā)動機啟動。

因此發(fā)動機著火啟動需要的條件有：①形成可燃混合氣，在可燃混合氣中，燃料蒸汽與空氣比例在一定的范圍內(nèi)，稱為著火界限；②可燃混合氣必須加熱到一定溫度，稱之為著火溫度。

2 柴油發(fā)動機低溫冷啟動困難產(chǎn)生的原因

一般發(fā)動機在不增加冷啟動輔助措施時可保證發(fā)動機在-15℃時正常啟動，當(dāng)溫度低于-15℃時，則需要增加相關(guān)冷啟動裝置，通常國內(nèi)工程機械環(huán)境適應(yīng)溫度一般為-35～50℃，而國外俄羅斯等極寒地區(qū)冬季環(huán)境溫度常常會低于-35℃。

造成在冬季或寒冷地區(qū)氣溫較低時發(fā)動機啟動困難的原因主要有以下幾個方面。

1）寒冷或極寒氣溫條件下，發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)阻力矩和啟動轉(zhuǎn)速在低溫條件下受機油黏度的影響，隨著外界溫度降低，發(fā)動機機油黏度增大，流動性能變差，甚至凝結(jié)，從而加大發(fā)動機曲軸的轉(zhuǎn)動阻力矩，使發(fā)動機啟動轉(zhuǎn)速降低，造成發(fā)動機啟動困難。

2）柴油發(fā)動機為壓縮點火，在低溫條件下易造成其進氣溫度和壓力都過低，同時，環(huán)境溫度過低，柴油霧化效果差，機體散熱快，氣缸的密封性較差，壓縮比降低，發(fā)動機難于啟動。

3）工程機械通常由啟動馬達帶動發(fā)動機啟動，使發(fā)動機具有一定的啟動轉(zhuǎn)速，壓縮油氣混合氣著火。外界氣溫過低時，蓄電池的輸出能力降低，蓄電池電解液的黏度增大，向極板的滲透能力下降，內(nèi)電阻增加，使蓄電池容量及端電壓下降，甚至不能放電，電壓降低使發(fā)動機的啟動馬達得不到所需要的輸入功率，易造成啟動困難。

3 柴油發(fā)動機冷啟動問題解決措施

3.1 發(fā)動機進氣預(yù)熱

發(fā)動機進氣預(yù)熱可分為兩種：電加熱進氣預(yù)熱和火焰進氣預(yù)熱。通常進氣預(yù)熱與火焰預(yù)熱裝置均為發(fā)動機廠家配備，作為發(fā)動機的選配功能，主機廠在選用發(fā)動機時根據(jù)主機的適用區(qū)域工況選擇是否需要配置進氣預(yù)熱裝置。

電加熱進氣預(yù)熱其原理是通過電加熱發(fā)動機內(nèi)置在進氣歧管部位的加熱格柵從而對發(fā)動機進氣進行預(yù)熱，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。電加熱格柵原理上是串聯(lián)的電阻，通過螺栓固定在進氣歧管通道上，格柵通電加熱后，進氣歧管中的空氣經(jīng)過格柵后被加熱。電加熱進氣預(yù)熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛，3L 以上柴油發(fā)動機上普遍采用在進氣歧管處增加電加熱格柵，工作不消耗氧氣，不增加排放。其缺點是每次啟動加熱需要消耗大量蓄電池電能，長時間不能啟動容易造成蓄電池虧電。

圖1 柴油機進氣預(yù)熱格柵結(jié)構(gòu)

火焰預(yù)熱即通過電熱塞將燃油點燃的方式來加熱進氣，圖2 所示為某型號火焰預(yù)熱裝置結(jié)構(gòu)圖，其通過蓄電池供電加熱電熱塞，點燃燃油，從而加熱進氣歧管中的空氣?；鹧孢M氣預(yù)熱結(jié)構(gòu)，燃油從燃油濾清器接口取用，方便快捷，燃油也可從燃油箱預(yù)留接口取用?；鹧孢M氣預(yù)熱要求對供油進行精確控制，防止供給過多的燃油消耗過多的氧氣以及產(chǎn)生過多的廢氣?；鹧孢M氣預(yù)熱會對發(fā)動機的排放產(chǎn)生影響。

圖2 某火焰進氣預(yù)熱裝置結(jié)構(gòu)

一般發(fā)動機廠家進氣預(yù)熱裝置為選配，用戶即整車廠需要根據(jù)車輛的使用環(huán)境進行選用或不選用進氣預(yù)熱裝置。進氣預(yù)熱結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝。一般發(fā)動機在環(huán)境溫度低于-12℃時則要求增加進氣預(yù)熱輔助啟動裝置，在環(huán)境溫度低于-18℃時則增加其他輔助啟動措施，例如燃油加熱、電池加熱等輔助啟動裝置，以保證發(fā)動機不至于在低溫冷啟動時間過長，過度磨損。

3.2 乙醚啟動

乙醚啟動原理是向進氣管內(nèi)噴入燃點低的啟動液—乙醚，其加熱原理如圖3 所示，隨發(fā)動機進氣進入燃燒室，由于乙醚著火溫度低（如在3.2MPa 的壓力下，柴油的著火溫度為177～207℃，乙醚的著火溫度為57℃）從而保證柴油機在較低的溫度下順利啟動。

圖3 乙醚啟動結(jié)構(gòu)

乙醚啟動注意事項：每次注入起動液量一般為10～25ml，不能過量；起動后不可立即起步，須經(jīng)預(yù)熱后再起步；不準(zhǔn)加入油箱，不能與柴油混合使用，以免產(chǎn)生氣阻；起動液不要存放過久，存放的容器要密封；起動液不要與其他油混放在一起，以免出差錯；起動液不宜在50℃以上環(huán)境下保存，注意防火，并有專人保管；操作時不可粗心大意，以防意外起火。

一套乙醚啟動成本通常在200～300 元左右，乙醚啟動低溫冷起動方法可適應(yīng)最低環(huán)境溫度為-40℃，但對柴油機損害大，起動液易著火且有爆炸危險，故盡量限制使用。

3.3 燃油加熱器

燃油加熱器其加熱原理時使用獨立的燃油加熱器加熱防凍液，在水泵作用下，加熱而后的水在發(fā)動機水道中流動，加熱發(fā)動機缸體和機油，降低發(fā)動機啟動阻力，提高壓縮終了壓力，使發(fā)動機易于啟動。其工作原理如圖4 所示。燃油加熱器從燃油箱取油，燃燒產(chǎn)生的熱量加熱從發(fā)動機抽取的水，加熱后水經(jīng)過暖風(fēng)機、燃油箱循環(huán)又進入發(fā)動機，從而加熱暖風(fēng)機、燃油，預(yù)熱發(fā)動機。

圖4 某型號燃油加熱器原理圖

一套國產(chǎn)燃油加熱器成本增加在2 000～3 000元左右，進口的則較貴，價格在9 000～10 000元左右，其優(yōu)點是加熱效果好，可適應(yīng)-40℃環(huán)境，缺點是安裝需要較大空間，成本較高。

4 發(fā)動機低溫冷啟動其他注意事項

工程機械用發(fā)動機在增加低溫冷啟動相關(guān)措施后，還應(yīng)具備其他相關(guān)前提，例如：選用相應(yīng)低溫環(huán)境牌號機油、燃油，防凍液等；使用高性能蓄電池，必要時增加蓄電池保溫裝置，從而保證蓄電池電量和電壓穩(wěn)定，有效數(shù)據(jù)表明：溫度每降低1℃，蓄電池容量約下降1%，-40℃時蓄電池容量相當(dāng)于15℃時的32%左右，因此極寒工況下高性能的蓄電池是發(fā)動機順利啟動的先決條件之一；保證整車密封性能及可靠性，更換橡膠管、密封件等。

5 結(jié)語

工程機械工況復(fù)雜多變，用戶要根據(jù)不同的使用工況綜合考慮選用發(fā)動機的冷啟動裝置，特別注意在選用合適的燃油與機油牌號等，以減少惡劣工況作業(yè)的不利因素，本文所提出的相關(guān)措施均在相關(guān)工程機械上得到驗證并廣泛使用，使用效果良好。