国Ⅲ柴油机低温冷起动改善措施

2023-09-23 理论教育版权反馈

【摘要】：根据以上3点影响，可采用如下3种措施改善柴油机低温起动困难的问题。在蓄电池容量较低的情况下，通过降低转速增加起动力矩，解决低温条件下起动力矩低的问题。燃油加热器与柴油机冷却系统相连。柴油机起动前首先接通电热塞的电路，使气缸内的空气温度升高，从而可提高压缩终了时的温度，使喷入气缸的柴油容易着火。

根据以上3点影响，可采用如下3种措施改善柴油机低温起动困难的问题。

（1）使用减速起动机在起动机的电枢轴与驱动齿轮之间装有齿轮减速器的起动机称为减速起动机。由于在低温条件下，蓄电池的容量大幅降低，使起动机转矩也大幅降低，不能满足起动柴油机的要求。为此，在电动机的电枢轴与驱动齿轮之间安装齿轮减速器，可以在降低电动机转速的同时提高其转矩。在蓄电池容量较低的情况下，通过降低转速增加起动力矩，解决低温条件下起动力矩低的问题。

（2）预热冷却液

①冷却液加热系统。冷却液加热系统也称燃油加热器加热系统。燃油加热器与柴油机冷却系统相连。驾驶人可以通过定时器来设定加热时间，在低温起动前对柴油机进行预热。同时也可以用来对车内供暖。这种低温预热方式的整个加热过程需30～40min，能将柴油机机体温度加热到40～50℃，此时柴油机机体温度上升，机油的粘度降低，柴油机零件配合间隙正常，润滑条件改善，使柴油机在低温条件下的阻力矩减小，得以顺利起动。燃油加热器是与柴油机相对独立的采暖设备，可在柴油机不起动的情况下，预热柴油机，提高柴油机使用寿命，全面取代柴油机怠速暖机过程，降低柴油机怠速排放。

②热水预热法。将温度为90℃左右的热水注入冷却系统，其预热部位有限，用在月平均气温最低不低于-15℃的地区效果较好。

③电预热法。将电加热器直接插入冷却系统内进行加热，此法使用方便，适合在更低的环境温度下使用。

（3）预热进气通过提高吸入空气的初始温度来提高柴油机的冷起动性能，是解决柴油机冷起动的有效方法之一，分为火焰预热装置和电预热装置两大类。

1）火焰预热装置。火焰预热是在进气管内利用火焰对进气流进行加热。此方法是用电热塞将燃油点燃加热进气管内的气流。当环境温度为-20℃时，各气缸进气温度能达到140℃左右。但由于火焰燃烧消耗进气流中部分氧气，产生部分废气和功率损失，因此需要对燃烧器的供油量进行较精确地控制和调节，以避免耗氧量和废气过多。起动时燃烧器所消耗的空气量为柴油机进气量的15%～20%时，冷起动的效果相对最好。以依维柯柴油机的冷起动预热系统为例说明如下：

依维柯柴油机采用的起动预热系统属于火焰喷射式预热系统，其中预热塞为压力雾化炽热塞点火式预热塞。这种预热塞由雾化喷嘴、炽热塞及燃烧室等部分组成，如图5-10所示。

起动前接通预热电路，电流通过炽热塞使其升温，40s后炽热塞即已炽热，便可起动柴油机。起动时，柴油经燃油滤清器和电磁阀进入雾化喷嘴，在0.305MPa的压力下，由喷孔喷出雾状柴油，雾状柴油与空气混合后形成易燃混合气，并在炽热塞点燃下燃烧，形成火焰，加热进气。

图5-11所示为依维柯S系列汽车的预热系统工作原理。

图5-10 压力雾化炽热点火式预热塞

1—电磁阀 2—炽热塞 3—燃烧室

依维柯柴油机的预热起动系统由电子控制盒、柴油机冷却液温度传感器、火焰喷喷射器和电磁阀等部分组成。电子控制盒能根据装在柴油机上冷却液温度传感器所测的不同温度，自动控制进气歧管上火焰喷射器的工作状态，驾驶人只要在预热指示灯由常亮变为闪光信号后即可起动柴油机。如闪光结束后，柴油机仍未被起动，则预热装置重复上述动作，直至起动柴油机。

图5-11 依维柯S系列汽车的预热系统工作原理

1—电子控制盒 2—温度传感器 3—预热指示灯 4—火焰喷射器 5—电磁阀

当柴油机冷却液温度低于（2±2）℃时，上述整个系统起作用，电子控制盒自动接通，预热指示灯常亮，火焰喷射器通电进入加热状态，预热时间与冷却液温度对照见表5-6。

表5-6 预热时间与冷却液温度对照

若在火焰喷射温度未达到800℃之前起动柴油机，电子控制盒会自动切断火焰喷射器和指示灯电源，表示预热时间未到。当加热温度达到800℃时，预热指示灯立刻按一定节拍闪烁，电子控制盒使加热温度维持在800～1200℃，这时起动柴油机，柴油通过柴油机输油泵泵出并进入柴油雾化室，被加热呈雾状后喷出，在火焰喷射器下方与空气混合并被点燃，对进气进行加热，使柴油机在低温状态下能正常起动。

需要注意的是，采用该装置起动柴油机后，由于此时机油的温度低、粘度大，润滑条件恶劣，切忌大油门运转，以免对柴油机造成损害。

2）电预热装置。电预热是用电热塞或电热丝对进入气缸的空气进行加热，电预热的类型有集中预热和分缸预热两种。集中式预热装置安装在柴油机的进气管上，分缸式预热装置安装在各气缸内或进气歧管上。

①集中式预热装置（图5-12）。这种预热器的发热元件是由铁镍铝合金制成的内热式电阻丝作为发热体。电阻丝的外面通过氧化铝陶瓷绝缘。绝缘体的外面是带有螺纹的金属壳体，以使其固定在柴油机的进气管上。电阻丝的一端通过壳体金属搭铁。另一端通过绝缘体引到进气管的外面。当预热器装配到柴油机上时，中心螺杆通过柴油机的预热开关与电源接通，以加热进气管内的空气。起动前打开预热开关，使蓄电池的电流通向预热塞，30～40s后起动柴油机，吸进的空气通过灼热的电热塞被加热，从而提高了压缩终了时的温度，使喷入气缸的柴油容易着火，实现柴油机的顺利起动。

②分缸预热装置（燃烧室电热塞，如图5-13所示）。采用涡流室式或预燃室式燃烧室的柴油柴油机，由于燃烧室表面积大，在压缩行程中的热量损失比较大，更难以起动。因此，在涡流室式或预燃室式柴油机的燃烧室中安装预热塞，在起动时对燃烧室内的空气进行预热。每缸一个电热塞，每个电热塞的中心螺杆并联与电源相接。柴油机起动前首先接通电热塞的电路，使气缸内的空气温度升高，从而可提高压缩终了时的温度，使喷入气缸的柴油容易着火。日本五十铃轻型汽车快速起动系统即为燃烧室电热塞预热装置。

图5-12 进气预热塞（集中预热）

图5-13 电热塞（分缸预热）

柴油机进气电预热技术不消耗空气中的氧气，最低起动温度可达到-25℃，但是要消耗2.4A·h的蓄电池容量，对于低温下本来就容量不足的蓄电池来说则是不利的，因此只适合于小排量的柴油机。但由于其结构简单，安装方便，目前得到了广泛应用。

（4）起动液喷射装置（图5-14）它主要用于某些柴油机的起动预热。喷嘴安装在柴油机进气管上，起动液喷射罐内充有压缩气体氮气和乙醚、丙酮、石油醚等易燃燃料。当低温起动柴油机时，将喷射罐倒置，罐口对准喷嘴上端的管口，轻压起动液喷射罐，打开其端口上的单向阀，起动液即通过单向阀、喷嘴喷入柴油机进气管，并随着吸入进气道的空气一起进入燃烧室。由于起动液是易燃燃料，可以在较低的温度下迅速着火，点燃喷入燃烧室内的柴油（不推荐长期使用起动液起动柴油机）。

在实践中，工作情况因条件的不同而差异较大，应根据实际情况确定采用何种方法才能从根本上解决柴油机低温起动困难的问题。

图5-14 柴油机起动液喷射装置

国Ⅲ柴油机低温冷起动改善措施

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