重康动力（深圳）有限公司

摘要： 低温环境对柴油发电机组的起动性能、运行可靠性和使用寿命具有显著影响。在较低环境温度下，柴油发电机面临不完全燃烧加剧、机油粘度增大、蓄电池容量下降、燃油流动性变差及进气温度过低等多重挑战，严重时可能导致气门粘滞、启动失败甚至机械损坏。本文系统分析低温条件下柴油发电机运行的主要风险，涵盖不完全燃烧与气门粘滞、冷却液温度保持、怠速运转限制等关键问题；详细阐述蓄电池容量衰减、起动马达效率下降的机理及低温起动系统的使用要点；明确各标号柴油的适用温度范围、燃油蜡化机理及燃油加热器的选型原则；提供机油粘度等级选择、冷却液防冻配比以及进气系统防寒改造的推荐方案；按温度区间分级制定冬季维护保养措施，并系统归纳低温起动困难的原因、顺利起动的必要条件及综合解决策略，为寒冷地区柴油发电机组的冬季运行管理提供完整技术指导。

 

一、低温条件下的运行风险与使用常识

 

1. 不完全燃烧与气门粘滞

（1）积碳的形成机理。在低温条件下，柴油发电机将出现不完全燃烧现象，使未燃烧的焦油和碳的沉积物聚积在气门导管和气门上。这些沉积物在低温下呈粘稠状，随着运行时间的累积，逐渐加厚并最终导致气门粘滞——即气门在开启或关闭位置卡滞，无法正常动作。一旦气门在开启位置卡死，活塞上行时将与气门发生碰撞，造成气门弯曲、活塞顶损坏甚至缸盖破裂。

（2）预防措施。为避免气门粘滞，应尽量减少低温怠速运行时间，确保柴油发电机在足够负荷下运行，使燃烧温度维持在清洁燃烧所需的水平。

2. 冷却液温度保持与怠速运转限制

（1）热损失与燃烧温度。在较低的环境温度下，如果辐射和对流的热损失未受到有效阻止，柴油发电机将不能消耗足量的燃油来保持冷却液温度及燃烧温度。当燃烧温度持续偏低时，重质燃油组分无法完全燃烧，除加剧积碳外，还会导致缸内压力下降、功率输出不足。

（2）怠速运转建议。建议对系统提供足够的保温支持，避免使柴油发电机长时间怠速运转。无论如何建议，操作人员都很难避免柴油发电机长时间怠速运转，如果操作人员坚持长期怠速运转，建议将柴油发电机怠速转速维持在一定水平，足以将冷却液温度保持在60°C以上。在-18°C的温度下，柴油发电机低怠速转速需要高于1200 rpm。对于这种类型的作业，必须采用完全接通/断开型风扇及防寒前护罩。节温器、节温器密封和除气系统不得使冷却液通过散热器芯泄漏（当节温器处于闭合位置）。

 

二、低温下启动系统的使用

 

1. 蓄电池性能衰减与应对措施

（1）低温对蓄电池容量的影响。蓄电池是起动柴油发电机的常规能源。随着蓄电池温度下降，蓄电池产生电力更少，恢复电力更慢。伴随着蓄电池电力损失的问题，柴油发电机拖动负载会在环境温度降低时增大。对于特定的柴油发电机系列，柴油发电机厂家通常建议蓄电池和电气系统能在-18°C时提供足够的起动能力。为了在较低的环境温度下良好运转，需要对蓄电池加热，使其恢复原有的拖动能力，或增加蓄电池的数量。蓄电池电量不足会导致拖动转速偏低，拖动转速在拖动周期内继续降低，可能会逐渐降至柴油发电机无法起动的水平。

（2）蓄电池加热方式。蓄电池加热能够通过以下途径实现：来自加热器的热的新鲜空气、来自柴油发电机冷却系统热的排气和热的液体。

（3）冷起动电流（CCA）的定义与计算。冷起动电流（Cold Cranking Amps, CCA）定义见SAE J537标准，指-18℃时蓄电池在短时间内能输出的最大电流值。串联蓄电池组总CCA不增加，并联蓄电池组总CCA等于单个CCA乘以电池数。在极寒地区选配蓄电池时，应优先考虑高CCA等级的蓄电池，或采用多组并联的方式提高起动电流容量。

2. 起动马达电路与起动效率

（1）导线与连接的影响。起动马达电路的导线直径、长度和连接决定了蓄电池自由地向起动马达传输电力的能力。直径偏小的导线电阻增大，导线和接头松动或腐蚀可能会在蓄电池的电力到达起动马达之前就大量被消耗，最多时超过50%损失。因此，在低温环境下应重点检查起动线路的压降，确保线径足够、接头紧固、无腐蚀。

（2）起动效率与安全。柴油发电机起动转速在100到150 rpm之间时起动马达的起动效率最高。在更低的转速下，效率下降，电流升高。如果允许起动马达停转，柴油发电机将不能起动，电能会100%地转换为热能，烧毁起动马达和导线。如果拖动转速持续偏低，则需要提供更多的能量（蓄电池蓄电量）、更高的起动马达扭矩或降低拖动负载。

3. 蓄电池使用注意事项

（1）经常保持蓄电池清洁干燥，要保持通气孔的通畅。安装极柱连线时需要涂凡士林，以免接头氧化严重，导致线路接触不良，电路工作不稳定。当极柱或夹头出现氧化物时应将其擦净，涂上少许黄油以免腐蚀。

（2）向蓄电池充电时，电压不要过低或过高，一般12V充电标准电压为（13.5～14.5）V范围内；24V充电标准电压为（28～29.9）V范围内。

（3）电解液液面高度应高出无极板（10～15）mm，液面过低应及时补充蒸馏水不要补充电解液，无蒸馏水可用雨水或雪水代用，不要用河水和自来水。

（4）不要连续使用起动机，每次使用不超过5秒，两次起动间隔至少20～25秒。严冬蓄电池放电程度不得超过25%，如图1所示。

（5）加足电解液的蓄电池不得长期在充电不足的情况下放置，要定期充电，否则报废。

4. 起动马达

起动马达驱动功率必须大于柴油发电机本身和附件的负载总和。在低温条件下，由于机油粘度增大导致起动阻力增加，应确保起动马达的额定功率满足低温起动需求，必要时可选用高扭矩型起动马达。

 

 

图1  蓄电池放电内阻示意图

 

三、低温下燃油使用标准

 

（1）请务必添加中国石油或中国石化销售的正规燃油。

（2）柴油标号与气温的对应关系。在国家公布柴油标准中规定：0号柴油的冷滤点为4℃（柴油能通过滤网的最低温度），其凝点是不高于0℃（柴油凝结的温度）；-10号柴油的冷凝点为不高于-10℃，其冷滤点为-5℃；-20号柴油的冷凝点为不高于-20℃，其冷滤点为-14℃。无论是哪种标号的柴油，随着气温的不断降低，都是先经过冷滤点再经过冷凝点。

（3）柴油标号选用指南。同汽油一样，柴油也有不同的标号，不同的是汽油标号由辛烷值确定，而划分柴油标号的依据则是柴油的凝固点。例如0号柴油的凝固点为0℃，因而选用不同标号的柴油应主要根据使用时的气温决定。目前，国内应用的柴油按凝固点分为6个标号：5号柴油、0号柴油、-10号柴油、-20号柴油、-35号柴油和-50号柴油。由于结蜡的温度要比凝固点高6℃～7℃，所以一般5号柴油适合于气温在8℃以上时使用；0号柴油适用于气温在8℃至4℃时使用；-10号柴油适用于气温在4℃至-5℃时使用；-20号柴油适用于气温在-5℃至-14℃时使用；-35号柴油适用于气温在-14℃至-29℃时使用；-50号柴油适用于气温在-29℃至-44℃或者低于该温度时使用。

（4）燃油蜡化机理与倾点抑制剂。柴油的自由流动取决于它的温度、倾点和浊点。低温环境下燃油增稠的现象称为蜡化。形成蜡的温度随燃油基料不同而不同。如果柴油发电机工作温度低于燃油浊点，随燃油流动的蜡状物晶体将会堵塞滤网、滤清器或堵塞燃油管的锐弯处、接头等。倾点抑制剂只能减小燃油中蜡状物晶体的尺寸，不能改变形成蜡状物晶体的温度。唯一已知的防止燃油中形成蜡状物晶体的方法是使用低浊点的燃油或将燃油温度保持在浊点以上。这可通过使用燃油加热器解决，柴油发电机处于运转或非运转条件均能适用。倾点是指油品在规定的试验条件下被冷却的试样能够流动的最低温度；凝点指油品在规定的试验条件下被冷却的试样油面不再移动时的最高温度，都以℃表示。浊点指油类、清漆等液体样品在标准状态下冷却至开始出现混浊的温度，混浊是由于水分或固体从样品中析出，燃料油、润滑油等的浊点越低，则其所含的水分或固体石蜡越少。

（5）燃油加热器选型原则。采用燃油加热器时，选用的规格必须将燃油温度保持在浊点以上，但低于导致燃油润滑质量下降的温度点。如为指定柴油发电机选择燃油加热器或滤清器，在燃油泵进口处测量到的其对燃油系统带来的阻力不得超过100 mm Hg。

 

四、低温下机油使用标准

 

1. 机油粘度与倾点的重要性

在冷起动时，机油的两种物理特性即粘度和倾点对于柴油发电机润滑很重要。粘度是最重要的。机油必须能够从容器中自由倾倒出来，并且必须能够在柴油发电机内自由循环流动。尽管曲轴箱中的机油固化后可以起动柴油发电机，但是起动时会使柴油发电机因缺乏润滑而产生破坏性停机。寒冷气候工作机油具有足够低的倾点，在需要的最低温度下仍保持液态。机油粘度是影响柴油发电机起动能力的最重要因素之一。如果粘度过高，柴油发电机的起动性能阻力过大，使其难以达到适宜的起动转速。粘度过低，不能有效地建立润滑油膜而加剧机件磨损。一般新柴油发电机应选择粘度较小的润滑油，磨损严重的柴油发电机应选择粘度较大的润滑油；如果使用的机油倾点或粘度不正确，必须在起动柴油发电机之前加热柴油发电机机油。加热机油会使其粘度下降，从而增加润滑能力，降低起动过程中的摩擦力。所有滤清器必须位于柴油发电机室的受限区域内，从而使柴油发电机热量得到利用，防止机油出现凝胶。

2. SAE机油粘度等级与温度选用

康明斯柴油发电机推荐根据气温选用如下规格的多级机油。市场中现有的机油按SAE（美国汽车工程师学会）法分类，单级机油分为冬季用油6种和夏季用油4种，多级机油（冬夏通用油）共16种。W代表冬季（Winter）的缩写。

推荐的 SAE 机油粘度等级与环境温度

备注：

康明斯推荐在绝大多数环境温度下使用5W-40或15W-40多级机油（CF-4级或CH-4级康明斯机油），适用于全季节使用。在冬季条件下可选10W-30或5W-30，在极地条件下推荐使用0W-30。

图2 机油粘度示意图

 

五、低温下进气系统的使用

 

对发电机组进行防寒准备时，必须对进气系统的两个方面加以考虑，即空气密度和温度。

1. 空气密度增加的影响

当环境温度降低时，空气密度增加。对于涡轮增压柴油发电机，最终会导致最大气缸压力升高。缸压升高会出现以下各种问题：缸体破裂、气缸垫漏气、曲轴轴承负荷过大、在采用液力柴油发电机制动时凸轮轴断裂、缸盖螺栓松脱或断裂、活塞环破裂及活塞破裂。因此，在低温环境下应适当调整增压压力或喷油提前角，避免缸压超限。

2. 空气温度过低的影响

进气温度和燃烧温度之间有直接的关系。对于柴油发电机，进气温度低的一个最终结果就是降低了燃烧温度。当燃烧温度降低时，较低一端的柴油不会燃烧。这些未燃烧的重端燃油将在气门导管和气门杆上聚集形成类似焦油的清漆物质，使其在开启位置卡死。气门开启，活塞动作时，会发生损坏。进气温度低还会产生爆震（非受控燃烧）和活塞烧蚀。

在低于0°C时，建议从柴油发电机保温罩内进气，这样就能向进气室提供暖气，降低发动机热损耗。如果空气滤清器没有位于柴油发电机保温罩内，则所用的管路必须布置在柴油发电机和空气滤清器进口处之间。柴油发电机舱需要提供足够的密封。只有侧壁不总能起到满意效果。如果散热器罩周围及柴油发电机下部有开口，则这些区域必须密封。取决于环境温度和柴油发电机舱尺寸，可加热柴油发电机舱内部空气来维持燃烧温度。在这些条件下中冷式柴油发电机工作性能好，因为通常将热空气冷却到冷却液温度水平的冷却器滤芯会使低温进气加热到冷却液温度。提供温度控制接通/断开型风扇使柴油发电机舱内的辐射热量和对流热量不会被气流耗散，有极大好处。鉴于此，康明斯建议在-12℃以下环境温度中工作的柴油发电机，必须在签订技术协议时选装进气预热器，其作用是将进入进气歧管的冷空气先加热至适当温度后再进入汽缸燃烧。

 

六、低温下冷却系统的使用

 

（1）防冻液配比原则。柴油发电机内的冷却液主要是作为传热媒介使用，在寒冷和严寒气候下也容易发生冻结。当气温在-32°C以上时，使用50%的乙二醇防冻剂和50%的纯净水，绝对不允许直接加自来水或水池里的水，防止将柴油发电机缸体、缸盖等冻裂。当气温在-32至-54°C时，使用约60%乙二醇与40%水的溶液即可使冷却液获得最低的冷凝温度。混合溶液将会在-50°C左右半冻结。当气温在-1°到10°C之间或者更低时，建议加热冷却液或使用乙醚起动辅助装置获得成功起动。在低于-23°C的气候条件下工作时，建议同时采用冷却液加热器和乙醚起动辅助装置。

（2）冷却液加热器类型。市场上有三种基本的冷却液加热器，选择的加热器必须能够在任何温度下将冷却液温度保持在最低50°C。浸入式加热器直接安装于缸体水套内，结构紧凑但功率有限；箱式加热器外置于冷却液管路中，维修方便；燃油燃烧式冷却液加热器独立工作，不依赖外部电源，适用于无市电供应的野外作业场景。

 

七、冬季寒冷天气的维护保养

 

按温度范围分为三个区间，各级防寒措施逐项列出如下。

1. 0至-23°C时的防寒措施

（1）保持油箱加满以减少湿气凝结。每天排放沉积物。遵守润滑油更换时间表，这对保持机油清洁是必要的。每天一次检查预热器线圈和电气系统。每周一次检查寒冷天气支持系统。

2. -23°C至-32°C时的防寒措施

（1）保持油箱加满以减少湿气凝结。每天排放沉积物。遵守机油更换时间表，这对保持机油清洁是必要的，每两个小时检查一次油位。每天一次检查预热器线圈和电气系统。每周一次检查寒冷天气支持系统。每周一次检查温度控制、节温器和百叶窗。

3. -32至-54°C时的防寒措施

（1）保持油箱加满以减少湿气凝结。每天排放沉积物。遵守机油更换时间表，这对保持机油清洁是必要的，每两个小时检查一次油位。每天一次检查预热器线圈和电气系统。每周一次检查寒冷天气支持系统。每周一次检查温度控制、节温器、防寒前罩、空间加热器、起动马达和起动马达电气系统。

 

八、低温起动困难故障与解决措施

 

1. 起动困难的原因

柴油机的起动性能，不仅决定于其本身的技术状况，还受外界气温的影响。冬季低温下起动更困难的主要原因有四点。

（1）冬季气候寒冷，环境温度低，机油粘度增大，各运动机件阻力增加，使起动机转速降低。

（2）蓄电池容量随温度下降而减少，使起动机转速更加降低。

（3）由于起动机转速降低，压缩空气渗漏增多，气缸壁散热量增大，致使压缩终了时的空气温度和压力大为降低，使柴油着火的延迟期增长，严重时甚至不能燃烧。

（4）低温下的柴油粘度增大，使喷射速度降低，加上空气在压缩终了时的旋流速度、空气温度和压力低，致使喷入气缸的柴油雾化质量差，难以与空气迅速形成良好的可燃气体和及时着火燃烧，甚至不能着火，致使起动困难。

2. 顺利起动应该具备的条件

（1）要有足够的起动转速，一般要求直喷式柴油机的起动转速为100～125rpm以上。

（2）气缸的密封性要好，这可使起动时漏气量减少，保证压缩终了时气体有足够的燃烧温度和压力。

（3）要求柴油机的相对运转部件之间的配合间隙适当，且润滑良好。

（4）蓄电池要有足够的起动电容量，且起动电路的技术状况正常。

（5）起动油量要符合规定，喷射质量良好，且喷油提前角要符合要求。

（6）使用的燃料符合要求。

3. 冬季解决起动困难的原则和措施

（1）选择合适牌号的机油和柴油，确保低温流动性满足环境温度要求。

（2）加大三滤的维护频次，以免堵塞影响进油、进气效率。

（3）使用合适浓度的防冻防锈液（冷却液），防止冻结并保证散热效率。

（4）配备冷却液加热器，确保起动前冷却液温度不低于50℃。

（5）配备燃油加热器，防止燃油蜡化堵塞滤清器。

（6）配备机油加热器，降低起动时的机油阻力，减少起动机负荷。

图2  发动机预热装置

 

 

总结： 低温环境对柴油发电机组的运行构成系统性挑战，涉及燃油、机油、蓄电池、进气、冷却及机械磨损等多个方面。在燃油管理上，应根据环境气温正确选用相应标号的柴油，并在极寒条件下加装燃油加热器防止蜡化；在机油选择上，应优先选用5W-40或15W-40多级机油，极地条件下可使用0W-30以保证低温流动性；在起动系统上，应确保蓄电池CCA值满足低温要求，导线连接可靠，起动机功率足以克服低温阻力；在进气系统上，环境温度低于-12℃时应选装进气预热器，同时做好机房密封和保温罩配置；在冷却系统上，应根据最低气温选用50%或60%浓度的乙二醇防冻液，并配备适用的冷却液加热器。维护保养方面，应按0至-23℃、-23至-32℃、-32至-54℃三个温度区间分级执行日常检查频次，重点监控油位、预热器、节温器和起动系统状态。通过上述综合措施的系统实施，可显著提高柴油发电机组在低温环境下的起动成功率、运行稳定性和整机使用寿命，为寒冷地区的应急供电和常用电源保障提供可靠支撑。

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