工程车辆在高原高寒地带使用时,由于缺氧等特殊的气候条件的影响,存在着启动困难的问题。为了启动车辆,人们通常采用火烤油底壳和进气管、给发动机灌热水以及推车、拖车、溜坡等落后方法,这些方法不仅费力费时、费燃料,而且一旦操作不当,极易发生火灾,很不安全。本文将介绍高原、高寒环境下工程机械难于启动的原因及应对方法。
1 柴油机启动必须具备的几个条件
(1)启动转速必须超过一定转数(一般>80 r/min)。
(2)压缩终了时气缸内混合气体必须有足够的压力。
(3)压缩终了时气缸内混合气体要具备足够的温度。
(4)压缩气体氧气含量应超过一定的浓度。
2 高原低温环境下柴油机难于启动的原因
(1)高原地区冬季极限温度在-40℃左右,柴油机进气温度相应地要比常温下低30℃~60℃,因此,柴油机气缸内压缩终了时的空气温度达不到启动时的必需温度,且气缸内压缩空气的压力也明显低于正常启动时所要求的压力,柴油机难以启动。
(2)蓄电池的最佳工作温度在20℃~40℃范围,随着环境温度的降低,蓄电池的输出能力也相应地下降,表1列出不同环境温度下,蓄电池20 h放电率(%)输出情况。从表1可看出,随着环境温度的降低,蓄电池输出能力在-30℃时,只有额定输出的34%左右。由于上述原因,导致柴油机启动系统功率下降,使柴油机启动转速低于启动必需的最低转速。
(3)低温时,润滑机油粘度加大,各摩擦副之间的阻力加大,使柴油机启动转速下降。
(4)高原地带空气中氧气的含量随着海拔高度的升高而降低,海拔高度每升高1 000 m,大气压力下降9%,空气密度下降梯度为6%~10%,含氧量下降10%,可见海拔高度越高,空气含氧量越少,柴油机越难启动。
(5)低温条件下,柴油粘度增加,表面张力加大,导致喷油的雾化质量变差,延长了着火滞后期。
3 提高柴油机启动能力的主要措施
(1)采用低温性能好,结构形式与普通启动型不同的蓄电池。此类蓄电池采用了单元螺旋卷绕技术,其极板与极板之间的间隙极小,采用固态酸,并能被玻璃纤维网所吸附,整个结构紧密,极板面积大大高于普通平板式蓄电池的铅面积,低温时,更无液态酸冰冻现象,可在-40℃环境条件下正常工作,冷启动功率、充电速度等指标与在同等条件下的普通蓄电池相比具有明显优势。
(2)对蓄电池进行加热保温,保证蓄电池低温条件下正常充电且具有足够的电流输出,从而提高柴油机低温启动性能,而且还延长了蓄电池的使用寿命。
(3)降低柴油机压缩终了时的混合燃气的燃点,采用乙醚冷启动。柴油机压缩终了时气缸内的气体温度一般要求大于200℃,而柴油在压缩终了压力为3.2 MPa时,着火温度在180℃~200℃左右,只有这样才能顺利点火。在环境温度很低时,启动前,在柴油机进气歧管中喷入一定比例的乙醚,可有效改善启动性能,这是因为乙醚的燃点低,在3.2 MPa压力下乙醚的燃点仅为57℃左右,所以柴油机不须达到原最低启动转速的要求,就能点火启动。
(4)选用低温性能好的润滑机油。这类润滑机油低温时,粘度小,启动时,各摩擦副之间润滑好,启动阻力小,利于启动。另外,还可采用加热润滑机油,以降低机油粘度,减小启动阻力方法。
(5)加热柴油机的进气温度,提高柴油机在压缩终了时气缸内的气体温度。常用办法是采用机器内或外电能对安装在进气道内的电阻丝通电,加热柴油机的进气温度;第二种方法是采用火焰进气预热方法。该方法是在启动前,接通预热塞(燃烧器),十几秒钟后,预热塞炽热,丝温达到900℃左右(该温度足以点燃柴油),启动柴油机时,由输油泵泵出柴油,经控制电磁阀进入喷头雾化,雾状柴油与空气混合后,形成易燃混合气,易燃混合气与炽热塞接触,立即燃烧,在进气管内,形成对进气的预热。
(6)加热柴油机的冷却介质。冷却介质的加热方式有交流220 V强制循环式电加热,但限于施工现场条件,有时施工现场无220V交流电,此种方案应用较少,更多的是采用外置强制循环式燃油加热器。该加热器利用随机燃料,通过燃烧,将柴油机的冷却介质从柴油机体内吸入,经过加热器辐射加热,再将加热器加热后的冷却介质送入柴油机体内,然后再将机体内的冷却介质吸入加热器加热送出,这样不断循环往复,大约20~30 min后,柴油机机体可被预热到40℃以上。此时气缸、活塞、活塞环以及其它摩擦副之间的机油温度随之升高,机油粘度下降,降低了启动阻力矩。当机油温度达到40℃以上后,缸体、进气歧管套温度都有升高,启动时空气在进气歧管内被加热,压缩终了时,由于气缸壁、活塞杆、气缸盖的温度高,压缩空气向这些件散的热量减少,因此也提高了压缩终了时压缩空气的温度。同时,压缩空气终了时的压力也有所提高,极大地改善了柴油机的启动性能,该方法热效率高,产热量大,适用于大、中型工程机械。
4 几个需要注意的问题
(1)为达到最佳启动效果,前述几种方式往往同时使用。但是, 乙醚与进气火焰预热、乙醚与进气电阻加热不能同时使用