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低温下柴油发电机的冷起动特性 |
每当冬季到来后，气温逐步降低，不少用户都反映柴油发电机组起动较困难。通过长期的低温起动试验总结，本文就影响发动机低温起动性能的各个因素作了分析，对用户的使用提供指导，同时可供柴油发动机的性能改进的技术工程师参考。
一、起动过程
柴油机的起动转速较低，在压缩行程中被压缩的空气散热时间较长，空气泄漏的时间也较长，致使一部分空气漏掉，于是压缩终了的温度也较低。一般说，柴油机的着火条件是压缩终了的压力达到3MPa（30个大气压力），温度达到200C。如果压缩终了的压力及温度达不到上述数值，则不能着火，柴油发电机曲轴只能被起动机带动着旋转。
随着被带动的循环次数增加，压缩终了的空气温度逐渐提高。一旦某缸内的压缩终了的空气温度与压力达到上述数值，便压燃喷入的柴油，出现第一次着火。
出现第一次着火后，产生的废气（正常运转时温度为400～700C）将加热气缸盖、活塞、气门及气缸，使这些零件温度身高并积蓄热量，在下一个进气过程中放出，加热进气，残存的高温废气与进入的空气混合，进一步加热进气，从而进一步提高压缩终了的空气温度，有利于第二次着火。出现了第一次着火后，柴油发电机转速将迅速增加为其余各缸着火创造了条件。进而产生断续着火，柴油发电机转速进一步提高。由于出现第一次着火的气缸比其余各缸多了空气被加热的因素，因而比其余各缸跟容易着火。
断续着火出现一段时间，柴油发电机转速增加，气缸内压缩终了的空气温度与压力增加。当各缸压缩终了的空气温度达到柴油的着火温度时，于是各缸按照柴油机的点火顺序依次工作，柴油发电机进入连续着火。当柴油发电机产生的力矩大于或等于起动阻力矩时，便可脱开起动机，柴油发电机开始独立运转。如果在柴油发电机产生的力矩小于起动阻力矩时就脱开起动机，则有可能导致起动失败。因此在进行起动操作时要仔细察听柴油发电机的工作情况，避免因过早脱开柴油发电机而使起动失败。
在低温条件下借助于低温了起动装置（如专用起动液加注器喷射起动液）起动柴油发电机时在起动脱开后仍要使用这些装置，一直到柴油发电机能独立的平稳运转为止。过早的停止使用这些装置，将会导致启动失败。
二、低温起动困难的原因
柴油机起动应具备以下条件：起动转速不低于80r/min（6缸柴油发电机，现在欧二排放柴油发电机要求转速在150 r/min）；压缩终了的空气温度不低于200C；压缩终了的空气压力不低于3MPa。在低温条件下，柴油发电机转速随温度的下降而迅速下降，如果起动转速低于80r/min，即使采用了冷起动辅助措施，使用了低温起动附加装置，也很难使柴油机起动。
在低温条件下，压缩终了的空气温度与压力比在常温条件下低，当低到喷射到气缸的柴油不能自燃时，柴油发电机就不能起动了。一般说，在低温条件下影响压缩终了空气温度的原因有以下三个方面：
1、在低温（0～—40C）条件下进气的温度就比常温（20C）低20～60C，这是使压缩终了的空气温度与压力下降的重要原因。
2、由于起动转速在低温条件下明显下降。因此在压缩过程中压缩空气向气缸盖、气门、活塞、气缸散热的时间长，加上机体与压缩空气间的温差大，散失的热量大，使压缩终了的空气温度与压力降低。
3、由于起动转速下降，压缩空气泄漏的时间长，泄漏量明显增加，导致压缩终了的空气温度与压力下降。
在低温条件下，柴油粘度增加，表面张力增大及起动转速低，导致喷油压力低，均会使柴油的雾化质量变差，延长了着火滞后期，使柴油机起动困难。
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柴油柴油发电机侧视图 |
三、冷起动特性
压燃式柴油发电机的燃烧过程取决于混合气形成和自行着火的条件。当冷起动时，柴油发电机的环境温度最低，甚至达到零下几到几十摄氏度，这种环境温度会给柴油发电机冷起动带来困难。一方面，环境温度低，则气缸内压缩始点温度低，传热损失大，而且起动时柴油发电机转速低，漏气量增加，从而造成压缩终点的温度和压力降低，不利于自燃。另一方面。对一定的喷雾特性，当环境温度低时，燃料的黏度增加，使燃料的蒸发和雾化特性变差，直接影响混合气的形成。对车用柴油发电机而言，不管环境温度如何，均要求顺利起动。因此，冷起动性是压燃式柴油发电机的一项重要的性能指标。在低温冷起动（或怠速）时，由于燃料未完全蒸发，所以排气中HC和CO排放增多、而且未完全蒸发的燃料以油滴颗粒状态排出，形成微粒，这种微粒称为可溶性微粒（SOF），由于排出的油滴直径不同，在阳光的照射下会产生不同的颜色，从而形成白烟和蓝烟。
改善冷起动性的主要措施主要有三个方面：
1、提高压缩温度使其足够高，为此应尽可能提高压缩比，或采用电热塞加热进入气缸的空气；
2、改善喷雾的雾化条件，在低温下也能易于形成可燃混合气，为此采用高压喷射，以强制雾化；
3、优化喷射方式，由于起动或怠速时喷射量较小，对电磁阀式喷油器，喷射压力过高，喷油器的喷射脉宽变小，会造成喷射不稳定，所以根据起动喷射量控制最佳喷射压力，同时优化喷射方式，一般两次喷射（一次预喷，一次主喷）或三次喷射（两次预喷，一次主喷）都能改善起动首循环的燃烧过程，有利于提高冷起动性，但需要优化匹配喷射定时。
由于冷起动或怠速时，气缸内压缩压力和温度较低，滞燃期延长，而且此时燃料的轻馏分首先着火，所以压力升高率大，会造成柴油发电机惰转噪声。随着柴油发电机转速的增加，这种惰转噪声会自动消除，或采用多次喷射方式也能降低惰转噪声。
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