12缸柴油机低温条件下的起动方法研究

第４期（总第２０７期）２０１３年８月车　用　发　动　机

ＶＥＨＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥ　（）ＳｅｒｉａｌＮｏ．２０７Ｎｏ．４　

Ａｕ．２０１３ｇ

１２缸柴油机低温条件下的起动方法研究

冀树德１，王天太１，李　宁２，范玄生１，张探军１，贾　桢１，

刘志刚１，袁晓燕１，高海涛１，孙学东１，王东跃３

（１．中国北方发动机研究所，山西大同　０３７０３６；２．抚顺石化公司合成洗涤剂厂，辽宁抚顺　１１３００４；）３．一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂，江苏无锡　２１４０２６

“冷冻柴油机、电瓶、柴油等相关试件并保温，研究了起动液、酒精喷灯、起５℃的低温试验环境下，　　摘要：在－３

、“动液＋曲轴箱空气加热器”进气预热器＋电热塞”等起动方法的可行性。结果表明：喷起动液和“起动液＋曲轴箱空气加热器”的辅助起动方法可使左进气温度、右进气温度、气缸盖温度有一定的升高，但不能辅助柴油机起动“成功；酒精喷灯加热油底壳增加了润滑油的流动性，减小柴油机起动的摩擦阻力，从而促进了柴油机成功起动；进气预热器＋电热塞”同时加热进气的方式确保升高并维持进气温度，促使柴油机成功起动。进一步分析可知，进气加热和润滑油加热的方法更利于柴油机的低温起动。　　关键词：柴油机；冷起动；预热

：／ＤＯＩ１０．３９６９．ｉｓｓｎ．１００１２２２２．２０１３．０４．０１５－ｊ

（）中图分类号：ＴＫ４２７　　文献标志码：Ｂ　　文章编号：１００１２２２２２０１３０４００７１０４－－－

长期　　地域和季节的差异使得气候差别很大，

严寒的工作环境对以柴油机为动力源的设备的起动性能提出了更高要求。柴油机作为动力系统的心脏，如果不能起动运行，与之相应的系统功能就柴油机能否可靠起动直接影响无法发挥。总之，

着以柴油机为动力源的系统性能。本研究主要采用试验手段研究低温条件下１２缸柴油发动机合以改善柴油机的起动性能，解决起适的起动方法，动困难问题。

柴油、缸内等温度值降到（油、－３５±１）℃的范围内时，保温１２ｈ后进行起动操作。－３５℃的温度环境是模拟我国寒冷地域的环境，此环境下柴油机起动困难。为分析和研究该低温条件下适合柴油机的）

。设计了不同起动方案（见表１起动方式，

１　发动机低温试验装置及起动方案设计

１．１　试验装置

将某四冲程增压直喷１缸径２缸柴油机（

、压缩比１蓄电池、试验用柴油放在密闭１２５ｍｍ，４），的低温试验仓（见图１）４块１２Ｖ蓄电池两两串联后并联作为电源连接到起动电机，设置气缸盖温度、机油温度、柴油温度等传感器监测低温仓的冷冻效果，布置电压探头、电流钳、转速传感器，并结合各温度传感器监控发动机起动运转状态。１．２　低温起动方案设计

采用低温试验仓模拟－３待机５℃的工作环境，

图１　发动机低温试验装置

２　不同起动方法的分析和研究

按照设计的低温起动试验方法，分别进行不同辅助起动方式的低温起动试验，对比分析各种低温起动方法的可行性。

；修回日期：２０１３０４１１２０１３０８０６　　收稿日期：－－－－

，男，副研究员，硕士，研究方向为柴油机试验测试技术；１９７９—）ｓｈｕｄｉａｎｅｒ２６．ｃｏｍ。　　作者简介：冀树德（＠１

·７车　用　发　动　机　　　　　　　　　　　　　　　　２２·０１３年第４期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

表１　低温条件的起动方案

方案１２３

辅助装置起动液酒精喷灯起动液＋曲轴箱

空气加热器起动液＋曲轴箱空气加热器

参数或特征适用于－４０℃以上温度

机体外部加热

起动液：适用于－４０℃以上温度；

／加热器：恒定功率加热２４Ｖ５．５ｋＷ，起动液：适用于－４０℃以上温度；／加热器：恒定功率加热２４Ｖ５．５ｋＷ，／对进气持续加热预热器：２４Ｖ２．５ｋＷ，

／电热塞：２４Ｖ０．５ｋ

Ｗ

加热发动机油底壳部位加热器入口连接曲轴箱入口加热器入口连接曲轴箱入口，

曲轴箱出口连接另一加热器，

加热后曲轴箱部位紫光预热器和电热塞同时在进气管工作

辅助起动方式

４

５进气预热器＋电热塞

２．１　方案１辅助起动试验分析

柴油机在低温仓冷冻、保温达到规定条件后，喷起动液起动的结果见图２。由图２可知，１３．６２ｓ接通起动电机开关，开始拖动发动机起动，１４ｓ时电压，电流瞬时升至最大瞬间降至最低（１２．２Ｖ）（，转速开始上升。大约１ｓ后，电压、电１６８１．６Ａ）　

／。在流和转速同时达到稳定，拖动转速为１４０ｒｍｉｎ，左进气温度和右进气温度开始活塞往复运动后２ｓ

气缸盖温度上升。在１４～４１ｓ的整个拖动过程中，基本保持不变。由此可见，进气温度上升的原因是活塞往复运动致压气机压缩发动机进气。左进气温度和右进气温度都有大约２℃的升高，而气缸盖温油气混合物未达到起燃温度，柴油度基本保持不变，机起动失败。

／／，柴油机于２直５ｓ开始从０ｒｍ

ｉｎ拖动至３３０ｒｍｉｎ接进入着火状态，在４３．４ｓ达到第１次转速峰值／，随后转速突然下降进入拖动状态。在随９６３ｒｍｉｎ

，后的５柴油机再次进入拖动状态，转速存在间断０ｓ性的升降，即断续着火的迹象。在９３．４ｓ柴油机经／调整进入怠速状过两次升速达到峰值１４００ｒｍｉｎ，　态，柴油机起动成功。进一步分析可知，酒精喷灯持湿式油底壳的润滑油得到加热，液体续加热油底壳，

柴油机运转过程由润滑油导致的摩擦流动性增加，

阻力减小，发动机拖动转速提高，提高了单位时间活塞压缩次数，加之增压器对进气的压缩作用，柴油和空气混合物的温度升高至柴油着火点。随着柴油和运转趋势被加强，最终起动空气混合物的燃烧，成功。

图３　方案２辅助起动曲线

图２　方案１辅助起动曲线

２．２　方案２辅助起动试验分析

柴油机在低温仓冷冻、保温达到规定条件后，采用酒精喷灯持续加热油底壳底部８ｍ进行低温ｉｎ，其结果见图３。由图３知，起动，２５ｓ开始接通起动电机开关，拖动发动机运转。电压和电流的变化趋势与方案１的基本相同，都是瞬间突变，然后变得平稳，电压瞬间降至１电流瞬间增至１３．７Ｖ，１４２Ａ。　

２．３　方案３辅助起动试验分析

柴油机在低温仓冷冻、保温达到规定条件后，采，用曲轴箱加热器加热曲轴箱空气２喷起动１．３ｍｉｎ拖动运转柴油机，结果见图４。在液接通起动电机，

曲轴箱加热的过程中，左进气温度、右进气温度和气但变化趋势较缓。缸盖温度都有一定程度的升高，

在前４左进气温度上升较快，大约升高４℃，５０ｓ内，随后基本保持恒定；在前６右进气温度上升６０ｓ内，

·７·３２０１３年８月　　　　　　　　　冀树德，等：１２缸柴油机低温条件下的起动方法研究　　　　　　　　　　　　　　　　

较快，大约升高也是４℃，随后的加热过程中温度依），然基本保持恒定。在接通起动电机前（０～１３０２ｓ　气缸盖温度基本呈线性上升趋势，在１３０２ｓ加热达　温度升高约１．到最高－３５．５℃，５℃。接通起动电机的开关后，电压和电流与方案１、方案２的变化趋势基本相同，电压峰值１电流峰值１３．１Ｖ，３２７Ａ。　／柴油机以１先下降后波动上升至６０ｒｍｉｎ拖动，／，／，后突然降至０ｒ拖动运转时间为２８２ｒｍｉｎｍｉｎ

。相比方案１，／；起动转速升高２与方３５ｓ０ｒｍｉｎ／案２相比，起动转速要低１７０ｒｍｉｎ。由上述分析可此种加热方式的加热效果不明显，左、右进气温知，

升只有４℃，气缸盖温度升高也仅１．５℃

。

度升至－３温升２．拖２℃，４℃。起动开关接通后，／动转速上升至２５５ｒｍｉｎ，波动上升最高至／，拖动５４００ｒｍｉｎ３ｓ后未着火停止。拖动过程中，

转速持续上下波动，上升趋势不明显，着火可能性较小。相比于方案３的辅助起动方式，进气温度有了明显的变化，拖动转速也明显提升，转速后续升高值／，也高于方案３的２但终未达到着火起动的８２ｒｍｉｎ预期目的

。

图５　方案４辅助起动曲线

２．５　方案５辅助起动试验分析

柴油机在低温仓冷冻、保温达到规定条件后，采用进气预热器和电热塞同时作用，加热进气管进气拖动运转柴油机，结果见图６。接通起动电２ｍｉｎ，

机的开关后，电压和电流与方案１至方案４的变化趋势基本相同，电压峰值９．电流峰值１９Ｖ，７９４Ａ。　在加热过程中，主要对气缸盖温度进行了监测，该温

图４　方案３辅助起动曲线

拖动起动后，气缸盖温度最大升高度基本保持不变；

值也只有８℃。在接通起动电机开关后，转速从／，开始上升至拖动转速２之后缓慢上１２３ｓ２５ｒｍｉｎ升、着火、继续缓慢上升，在１７０ｓ转速就升至／。调整油门开度，／转速在１１４００ｒｍｉｎ１４０ｒｍｉｎ稳　　定运转２后停机。相比方案３、方案４，方案５的５ｓ气缸盖温升更小，且最终起动成功。由此可知，气缸盖温度升高对于低温条件下柴油机的起动没有太多“作用。通过试验观察，进气预热器＋电热塞”对进气加热的方式可使进气温度保持在８为空０℃左右，柴气进入气缸与少量冷柴油混合燃烧创造了条件，油、空气混合燃料温度提高与转速增加引起的压缩作用加强相互促进，保证了拖动过程中转速持续缓慢上升，最终柴油机着火起动成功。相比方案３和方案５中进气温度升高有更大的保证。方案４，

２．４　方案４辅助起动试验分析

柴油机在低温仓冷冻、保温达到规定条件后，采用曲轴箱加热器通过入口加热曲轴箱空气，通过出口加热曲轴箱尾部，加热１喷起动液接通９．５ｍｉｎ，起动电机，拖动运转柴油机，试验结果见图５。接通起动电机的开关后，电压和电流与方案１至方案３的变化趋势基本相同，电压峰值１电流峰值５．５Ｖ，右进气温度有１１７０Ａ。相比于方案３的加热方式，　