楊燦

摘要：本文根據(jù)公司所在高緯度工作區(qū)域天氣寒冷的實(shí)際情況，針對(duì)柴油機(jī)在冬季冷啟動(dòng)困難，長(zhǎng)時(shí)間打火易造成起動(dòng)機(jī)燒毀，蓄電池壽命縮短;急料運(yùn)輸時(shí)因車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)耽誤時(shí)間;氣溫驟降造成柴油凝結(jié)無(wú)法流動(dòng)等問(wèn)題進(jìn)行分析，探索研究應(yīng)對(duì)極低溫度下冷啟動(dòng)困難的措施。

Abstract： According to the cold weather in the high latitude working area of our company， it is difficult for the diesel engine to start in cold winter， and it is easy to burn the starter and shorten the service life of the battery if it is ignited for a long time. During the transportation of urgent materials， the time is delayed due to the long starting time of vehicles. This paper analyzes the problems of diesel oil condensation and flow caused by sudden drop of temperature， and explores the measures to deal with the difficulty of cold start at extremely low temperature.

關(guān)鍵詞：柴油;柴油機(jī);低溫;冷啟動(dòng);霧化;預(yù)熱;經(jīng)濟(jì)性

Key words： diesel oil;diesel engine;microtherm;cold-start;atomization;preheat;economy

中圖分類(lèi)號(hào)：TK429? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）20-0132-02

0? 引言

中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司重慶運(yùn)輸總公司某事業(yè)部主要工作區(qū)域涵蓋陜甘寧蒙，該區(qū)域10月開(kāi)始進(jìn)入冬季后，最低氣溫將降至-20℃以下，必須根據(jù)實(shí)時(shí)氣溫加注-10～-35號(hào)柴油，否則車(chē)輛會(huì)因?yàn)椴裼驮诓裼蜋C(jī)的燃油系內(nèi)凝結(jié)無(wú)法流動(dòng)，導(dǎo)致柴油機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)，對(duì)車(chē)輛的正常運(yùn)行和使用維護(hù)都造成了極大困難，也對(duì)公司的生產(chǎn)保障能力提出了挑戰(zhàn)。

1? 低溫下柴油機(jī)啟動(dòng)困難的原因分析

①低溫下蓄電池性能線(xiàn)性降低。一般來(lái)說(shuō)蓄電池的最佳工作溫度在10℃～40℃的范圍內(nèi)，嚴(yán)寒天氣會(huì)導(dǎo)致蓄電池電解液的黏度增加，滲透能力下降，從而使內(nèi)阻增大、容量和端電壓下降，使起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩降低，達(dá)不到最低起動(dòng)轉(zhuǎn)速，難以驅(qū)動(dòng)柴油機(jī)著火運(yùn)轉(zhuǎn)。

②低溫下柴油霧化質(zhì)量變差。低溫天氣下，柴油的粘度和密度均增大，表面張力增加，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)定，當(dāng)環(huán)境溫度從40℃降低到-10℃時(shí)，柴油粘度會(huì)提高83%，密度增大8%，這種變化會(huì)導(dǎo)致噴油器噴出的柴油不易霧化，由于柴油液滴顆粒大，易與冷的氣缸壁、活塞頂接觸形成更大顆粒的柴油液滴，使混合氣濃度進(jìn)一步降低，影響起動(dòng)性能。

③低溫下曲軸旋轉(zhuǎn)阻力矩增大。隨著溫度降低，柴油機(jī)機(jī)油粘度增加，甚至凝結(jié)，流動(dòng)性差，各摩擦副之間阻力加大，從而加大了曲軸的旋轉(zhuǎn)阻力矩，使柴油機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速降低。

④柴油機(jī)氣缸壓縮終了時(shí)混合氣溫度達(dá)不到著火的最低溫度。試驗(yàn)表明，當(dāng)柴油機(jī)吸入的空氣溫度在-30℃以下時(shí)，壓縮終點(diǎn)溫度小于430℃，不能使噴入的柴油液滴著火燃燒。

2? 目前采用的改善措施及效果

根據(jù)以上造成低溫下柴油機(jī)啟動(dòng)困難的原因，目前事業(yè)部已經(jīng)采取了以下幾點(diǎn)措施來(lái)改善柴油機(jī)在低溫下的起動(dòng)特性。

①采用低溫性能好的蓄電池。目前選用的萬(wàn)里6-QW-165免維護(hù)蓄電池，可在-40℃環(huán)境條件下正常工作。另外也可以給采用給蓄電池加裝保溫措施來(lái)降低電解質(zhì)黏度，增加蓄電池的蓄電量。

②根據(jù)氣溫選擇合適的柴油標(biāo)號(hào)。不同標(biāo)號(hào)的柴油理化指標(biāo)不同，理論選用原則是柴油的凝點(diǎn)應(yīng)該比環(huán)境溫度低5℃左右為宜，長(zhǎng)慶運(yùn)輸事業(yè)部一般規(guī)定在10月份氣溫降低時(shí)加注-10#柴油，根據(jù)氣溫下降幅度和時(shí)間逐步延伸到-20#和-35#柴油。

③選擇低溫性能可靠的潤(rùn)滑油。目前事業(yè)部在用的機(jī)油是昆侖天威CH-4 15W/40四季通用機(jī)油，環(huán)境溫度范圍-15℃～30℃，經(jīng)過(guò)這兩年的使用，基本能滿(mǎn)足要求，低溫下機(jī)油粘度增加不明顯。另外在進(jìn)入冬季前提前對(duì)車(chē)輛的防凍液冰點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，冰點(diǎn)在-35℃以上的進(jìn)行更換。

④安裝進(jìn)氣預(yù)熱裝置。目前事業(yè)部除部分吊車(chē)外基本上所有車(chē)型都帶有進(jìn)氣預(yù)熱裝置，主要是通過(guò)預(yù)熱裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)啟動(dòng)前對(duì)吸入的空氣進(jìn)行加熱，提高柴油機(jī)的起動(dòng)性，即使在起動(dòng)后，依據(jù)當(dāng)時(shí)的冷卻液溫度，對(duì)空氣繼續(xù)加熱一段時(shí)間，同時(shí)還可以減少柴油機(jī)爆震和冒白煙。

通過(guò)以上措施基本上能夠有效改善事業(yè)部在陜甘寧蒙地區(qū)車(chē)輛的低溫冷啟動(dòng)性能，但是這必須建立在柴油標(biāo)號(hào)選擇合適的前提條件下。通過(guò)近兩年來(lái)事業(yè)部運(yùn)行區(qū)域中石油加油站負(fù)號(hào)柴油配送的情況來(lái)看，除烏審旗地區(qū)因資陽(yáng)油庫(kù)在當(dāng)?shù)亟⒂屑佑驼军c(diǎn)可提前儲(chǔ)備以外，其他地區(qū)負(fù)號(hào)柴油上架銷(xiāo)售時(shí)間均滯后于氣溫下降的時(shí)間，部分地區(qū)，例如隴東中隊(duì)在2017年和2018年都遭遇了負(fù)號(hào)柴油的油荒，導(dǎo)致車(chē)輛正常運(yùn)行受到一定的影響。

3? 提出問(wèn)題

在低溫下如何提高柴油機(jī)氣缸壓縮終了時(shí)混合氣溫度和柴油霧化質(zhì)量，使其能達(dá)到著火點(diǎn)并正常起動(dòng)？

壓縮終了時(shí)混合氣的溫度由進(jìn)氣溫度和進(jìn)入氣缸的柴油液滴溫度決定，由于目前的車(chē)輛均能利用電加熱裝置預(yù)熱進(jìn)入氣缸的空氣，那么如果能提高進(jìn)入氣缸前柴油的溫度，不僅能提高混合氣溫度，還能改善柴油霧化質(zhì)量。

4? 幾種提高柴油溫度的方式和優(yōu)劣性對(duì)比

4.1 利用柴油機(jī)冷卻液預(yù)熱柴油

在一臺(tái)柴油車(chē)上安裝兩個(gè)柴油箱，一個(gè)油箱盛裝0#柴油，另外一個(gè)根據(jù)溫度盛裝負(fù)號(hào)柴油。低溫啟動(dòng)時(shí)首先接通負(fù)號(hào)柴油的箱內(nèi)的負(fù)號(hào)柴油來(lái)啟動(dòng)柴油機(jī)。在車(chē)輛正常運(yùn)行后通過(guò)柴油機(jī)的冷卻液循環(huán)給0#柴油箱加熱，達(dá)到一定的溫度后切換燃油供給系統(tǒng)開(kāi)關(guān)，開(kāi)啟0#柴油箱，使用0#柴油正常工作。

優(yōu)點(diǎn)：改動(dòng)量小，但需要在0#柴油箱內(nèi)安裝盤(pán)管循環(huán)冷卻液來(lái)加熱柴油。

缺點(diǎn)：一是在車(chē)輛歸隊(duì)或者收車(chē)前，需要將燃油供給系切換到負(fù)號(hào)柴油箱并運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以便管路內(nèi)充滿(mǎn)負(fù)號(hào)柴油，避免停車(chē)后管路內(nèi)的0#柴油凝結(jié)造成堵塞，操作流程較繁瑣，駕駛員因疏忽忘記切換時(shí)可能導(dǎo)致車(chē)輛第二天無(wú)法起動(dòng)。二是在遇到車(chē)輛突發(fā)故障被動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間停車(chē)時(shí)可能堵塞管路。三是由于冷卻液工作溫度大約在85℃～95℃之間，車(chē)輛正常運(yùn)行時(shí)冷卻液對(duì)0#柴油箱持續(xù)加熱，無(wú)法控制溫度，容易增加油耗且有安全隱患。

4.2 安裝專(zhuān)門(mén)的液體燃油加熱器

在車(chē)上安裝專(zhuān)門(mén)的液體燃油加熱器，使用12V～24V直流電源，由電動(dòng)機(jī)、燃燒室、水套體、水泵等組成。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵、助燃風(fēng)扇及霧化器轉(zhuǎn)動(dòng)，油泵吸入的燃油經(jīng)輸油管送到霧化器，霧化后與助燃風(fēng)扇吸入的空氣在主燃燒室內(nèi)混合，被電熱塞點(diǎn)燃，在后燃燒室內(nèi)充分燃燒后折返，經(jīng)水套內(nèi)壁的散熱片將熱量傳給水套夾層中的冷卻液介質(zhì)，被加熱介質(zhì)在水泵的作用下，在整個(gè)管路系統(tǒng)中循環(huán)，達(dá)到加熱的目的。

優(yōu)點(diǎn)：一是可以與發(fā)動(dòng)機(jī)及強(qiáng)制散熱器等輔助散熱裝置組成循環(huán)系統(tǒng)，也可以單獨(dú)與散熱器、除霜器等組成循環(huán)系統(tǒng)。二是可以通過(guò)冷卻液同時(shí)加熱柴油箱和發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到工作溫度，且溫度可控。三是允許車(chē)輛油箱加注低于當(dāng)前環(huán)境溫度推薦標(biāo)號(hào)的柴油。

缺點(diǎn)：一是對(duì)車(chē)輛的管路改動(dòng)較大。二是該加熱器需要獨(dú)立的且加注符合環(huán)境溫度推薦標(biāo)號(hào)的柴油。三是預(yù)熱時(shí)間需要10～15分鐘。

4.3 直接電熱塞或加熱管加熱

使用車(chē)輛自帶的蓄電池供電，在特制的油管內(nèi)穿一根發(fā)熱絲給柴油機(jī)進(jìn)油管加熱，配合使用棒式的加熱器插進(jìn)油箱內(nèi)加熱燃油，使燃油保持一定的溫度。

優(yōu)點(diǎn)：僅需要更換燃油供給系的部分管路，不改變?cè)?chē)結(jié)構(gòu)，不破壞油箱整體封閉性。

缺點(diǎn)：一是發(fā)熱絲與柴油直接接觸，可能存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，易導(dǎo)致油管老化，使用壽命短，耗電量大。二是隨著柴油的消耗，油箱內(nèi)的油液面不斷下降，暴露的部分變大，無(wú)用功耗電散熱加大，而浸泡在燃油液面下的部分加熱變慢，燃油溫度不穩(wěn)定，進(jìn)而使發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定，耗能多，而且燃油加熱溫度不可調(diào)控，易使燃油變異，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)有損，更不能進(jìn)行恒溫安全控制而造成耗油量增加。三是由于柴油濾芯無(wú)法通過(guò)該種方式加熱必須拆除，可能因?yàn)椴裼蛢?nèi)的顆粒物造成噴油器堵塞等問(wèn)題。

5? 經(jīng)濟(jì)性預(yù)測(cè)

公司某事業(yè)部從10月中旬起，所作業(yè)區(qū)域逐步進(jìn)入降溫期，開(kāi)始加注負(fù)號(hào)柴油，一般從11月上旬起開(kāi)始加-35#柴油。-35#柴油與0#柴油的升價(jià)差約為1.2元，以25噸運(yùn)輸車(chē)為例，百公里空車(chē)油耗32升，重車(chē)百公里油耗39升，里程利用率取58%，若能夠通過(guò)技術(shù)措施使車(chē)輛在冬季使用0#柴油也能正常運(yùn)行，即每百公里燃料費(fèi)可降低43.27元，專(zhuān)用車(chē)由于百公里油耗更高，費(fèi)用降低將更加可觀(guān)。即使不能完全用0#柴油來(lái)徹底取代-35#柴油，能夠?qū)?dāng)前環(huán)境溫度推薦標(biāo)號(hào)的柴油降低一個(gè)檔次也將帶來(lái)不小的技術(shù)創(chuàng)效。

6? 實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果

公司某事業(yè)部選擇在2臺(tái)相同車(chē)型的25噸四軸運(yùn)輸車(chē)上進(jìn)行試驗(yàn)，其中一臺(tái)安裝了某品牌智能控制燃油加熱器。在10月20日至12月10日進(jìn)行了為期51天的試驗(yàn)，在此期間，安裝了某品牌智能控制燃油加熱器的1號(hào)車(chē)出勤43天，累計(jì)運(yùn)行里程5345.26公里，實(shí)際消耗0#柴油1927.5升，未安裝液體燃油加熱器的2號(hào)車(chē)出勤38天，累計(jì)運(yùn)行里程4213.85公里，累計(jì)消耗-35#柴油1643.4升。

考慮到以上2臺(tái)試驗(yàn)車(chē)運(yùn)行區(qū)域基本一致，投產(chǎn)時(shí)間相同，再剔除駕駛員操作習(xí)慣、裝載貨物等客觀(guān)因素的影響，1號(hào)車(chē)平均每公里消耗0#柴油0.36升，2號(hào)車(chē)平均每公里消耗-35#柴油0.39升。

按照試驗(yàn)期間當(dāng)?shù)赜蛢r(jià)計(jì)算，2號(hào)車(chē)相對(duì)于1號(hào)車(chē)，每公里燃料成本增加約0.6元，即若能在確保安全的前提下，規(guī)范使用液體燃油加熱器，節(jié)約燃料成本應(yīng)該10%～15%，經(jīng)濟(jì)效益顯著，但仍應(yīng)該考慮該種形式的液體燃油加熱器的安全性和可靠性。

7? 結(jié)論及建議

當(dāng)前，地方上的車(chē)輛通過(guò)各種手段來(lái)改善柴油機(jī)低溫下冷啟動(dòng)性能，嘗試使用0#或者低標(biāo)號(hào)柴油替代高標(biāo)號(hào)柴油的情況在陜甘寧蒙等高緯度地區(qū)已經(jīng)非常普遍，因此，加強(qiáng)公司在這方面的研究，不管是從車(chē)輛的運(yùn)行維護(hù)，還是從節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益來(lái)說(shuō)，我覺(jué)得很有必要。建議在充分調(diào)研，保證安全的前提下，利用較成熟的技術(shù)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證和效果評(píng)價(jià)試驗(yàn)。

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