摘要：衡量柴油发电机性能的重要标准之一就是设备起动良好性，其在严寒低温条件下能否成功起动是柴油发电机的一个重要性能指标。柴油机在低温条件下起动时，由于缸壁和压缩终了空气的温度过低，喷入气缸的燃油难以达到自燃温度，同时机油的粘度增大使起动阻力矩增加，起动转速降低，进一步恶化了压缩终了的温度和压力条件。因此，要想在低温条件下成功起动柴油发动机，就需要采取合理的辅助预热措施，否则柴油发动机会因起动困难，导致燃料的大量浪费和启动失败。本文系统阐述柴油发电机低温起动预热器的类型、起动预热系统的结构、预热定时器的工作过程、预热电路类型及辅助预热系统的控制逻辑，为寒冷地区柴油发电机组的冬季启动操作提供技术指导。
一、预热器的类型
预热系统是柴油发电机特有的辅助起动装置。当柴油发电机冷起动时，即使压缩比充分（通常为16～22），但由于压缩终了温度低于柴油的自燃温度，喷入的燃油无法自行着火，因此必须用预热系统来改善点火性能。目前生产的低温起动型系列柴油发电机主要采用进气预热的方式提高低温起动性能。柴油发电机所采用的进气预热方式主要有两种：火焰预热器加热和PTC空气加热器加热。
1. 火焰预热器加热
（1）火焰预热器加热型是通过点燃喷入进气道的柴油对进气进行加热。其工作原理为：在进气管中设置一个燃烧室，通过预热器将少量柴油喷入燃烧室并用电热塞点燃，产生高温火焰直接加热流经进气管的空气，使进入气缸的空气温度显著升高。
（2）当柴油发电机内冷却液的温度低于0℃时，火焰预热装置自行起动（通过温度开关自动控制）。操作人员在起动柴油发电机的过程中，先把点火钥匙置于预热档，约26秒后，预热指示灯关闭，表明预热循环已完成，操作人员就可以起动柴油发电机了。此时进气温度已升高至足以支持柴油自燃的水平。
（3）火焰预热器的优点是不消耗蓄电池大量电能，热能直接来源于柴油燃烧，对蓄电池容量要求较低；缺点是需要消耗少量燃油，且在极低温环境下燃油雾化本身可能存在问题。火焰预热器适用于环境温度在-10～-30℃的低温起动场景。
2. PTC空气加热器加热
（1）PTC（Positive Temperature Coefficient，正温度系数）空气加热器加热型是将电能产生的热量事先储存于加热器中，起动时热空气首先进入气缸，使柴油发电机顺利起动。PTC加热元件具有自动恒温特性——当温度升高到居里点后，电阻急剧增大，电流自动减小，防止过热烧毁。
（2）PTC加热器通常安装在进气管或进气歧管入口处，直接加热流经的空气。其加热速度快（部分新型陶瓷预热杆可在2秒内达到1000℃），控制精确，无明火，安全性好，但需要消耗蓄电池大量电能（功率通常为960～1200W），对蓄电池容量要求较高。
（3）还有一种预热系统是冷却液辅助预热系统，即在预热进气的同时，对冷却液进行电加热预热。通过安装在缸体水套中的电加热器（水套加热器），将冷却液加热至35～45℃，使发动机缸体和机油同时升温，从而大幅降低起动阻力矩。这种预热方式效果最为显著，但需要较长的预热时间（通常为30～60分钟）和外部电源，适用于机组长期停放在寒冷环境中且有外接电源的场合。
二、起动预热系统结构
起动预热系统是在柴油发电机冷起动前，通过电子装置加热压缩空气或燃烧室，以提高柴油发电机的起动性能。即使在起动后，系统还将依据冷却液温度对空气继续加热一定的时间，从而减少柴油发电机的爆燃和冒白烟现象（白烟是未燃烧的燃油蒸气，表明燃烧不完全）。起动预热系统有两种主要类型：预热器式（预热塞式）和进气加热式。
1. 预热器式起动预热系统
（1）预热器式起动预热系统用于加热燃烧室内的空气，如图1所示。预热器又称为预热塞，其结构原理如图2所示。预热器安装在气缸盖上，其发热端伸入燃烧室内，直接加热压缩空气。
（2）预热器内装有控制线圈，当其电阻随着温度的升高而增加时，可以减少流往与控制线圈串联的热线圈的电流量，使预热器的温度不会上升过高，实现自动温度控制。预热器的温度可升至约900℃，足以在冷启动时将燃烧室温度提升至柴油自燃点以上。
（3）预热器通常为电热塞结构，由发热元件、绝缘体和金属壳体组成。在预热阶段，蓄电池电流流经发热元件使其迅速升温至红热状态（800～1000℃），压缩空气经过预热器表面时被加热，使喷入的柴油能够自燃着火。
2. 进气加热式起动预热系统
（1）进气加热式起动预热系统用于直接加热来自空气滤清器的空气。与预热器式不同，进气加热式不直接加热燃烧室，而是在进气管路中设置加热元件，加热整个进气气流。
（2）进气加热式预热系统通常采用PTC加热器或火焰预热器，安装在空气滤清器出口至进气歧管之间的管路上。被加热的空气流经各缸进气道进入燃烧室，使压缩终了的温度整体升高。进气加热式的优点是可以同时提高各缸的进气温度，适用于多缸柴油机。
（3）进气加热式预热系统对进气气流的加热效率取决于空气流量和加热功率。在起动转速下（约100～200r/min），进气流量较小，加热效果较为显著；随着转速升高，进气流量增大，加热效果减弱，因此预热主要在起动前和起动初期起作用。
|
图1 起动预热系统类型 |
图2 预热器结构原理 |
三、预热系统的原理与使用注意事项
1. 预热定时器的工作过程
预热系统的运行如图3所示。预热定时器是预热系统的核心控制元件，负责根据冷却液温度和环境条件，精确控制预热时间和指示灯信号。当柴油发电机冷却液温度较低时，在起动开关接通后，预热定时器的工作过程如下：
（1）在依据冷却液温度决定的时间内，定时器1和定时器2都接通，然后同时断开。指示灯发光时间约为0～10s（温度越低发光时间越长），当定时器1断开时，预热指示灯也断开，提示操作人员预热已完成，可以进行起动操作。
（2）当起动开关旋至ST（起动）档位时，预热定时器或ECU指令控制将预热器接通，防止预热器温度在起动时下降和改善起动性能。在起动过程中，预热器持续工作，补偿起动时因蓄电池电压下降和大量冷空气进入所导致的温度损失。
（3）当定时器3运行时，在依据冷却液温度决定的时间内，将预热继电器接通预热。起动开关从ST旋到ON位置后，系统进入后预热阶段（暖机阶段），继续对进气或燃烧室加热一段时间，有利于提高柴油发电机的工作性能、降低燃烧噪声和减少白烟排放。后预热时间通常由冷却液温度决定——温度越低，后预热时间越长（最长约4分钟）。
图3 预热系统的运行
2. 预热系统的电路
预热系统的电路有两种类型，即固定延时型电路和可变延时型电路。近年来，随着电控技术的发展，电控模块控制型电路已成为主流。
（1）固定延时型电路如图4所示。在固定延时型的预热系统中，预热定时器控制预热指示灯发光时间和预热器继电器接通的时间（预热时间）。指示灯发光时间约为5s，预热时间约为18s，两者都按固定时间控制，不受冷却液温度影响。这种电路结构简单、成本低，但无法适应不同温度下的差异化预热需求，在极低温下可能预热不足，在较高温度下则预热过度浪费电能。
（2）可变延时型电路如图5所示。在可变延时型的预热系统中，预热定时器控制预热指示灯发光时间以及根据柴油发电机冷却液温度和交流发电机电压（可用作柴油发电机运转信号）而决定的预热器继电器接通时间（预热时间）。指示灯发光时间为2～28s，预热时间为2～55s，两者都根据冷却液温度变化而变化——温度越低预热时间越长。可变延时型电路可精确匹配不同低温程度下的预热需求，预热效果更好，电能利用效率更高。有些新型预热装置采用陶瓷预热杆，可在2s内达到1000℃，保证柴油发电机像汽油机一样可以快速起动，不会产生普通柴油发电机那样约1分钟的延迟现象。
（3）电控模块控制型电路，起动预热系统如图6所示。在电控模块（ECU）控制型电路中，预热控制集成于发动机电控单元内，ECU根据冷却液温度传感器、进气温度传感器和蓄电池电压等多个信号，通过复杂的算法计算出最佳预热时间，并控制预热继电器和指示灯的工作。ECU控制型电路具有自适应能力，可在不同海拔和环境条件下自动优化预热策略，是现代电控柴油机的主流配置。
|
图4 预热器固定延时型电路 |
图5 预热器可变延时型电路- |
3. 辅助预热系统（冷却液预热）
辅助预热系统根据进气温度传感器、冷却液温度传感器和柴油发电机负荷等传感器的信号，控制冷却液预热器的工作，以提高燃烧质量，从而提高柴油发电机的动力性、经济性和排放性。电喷柴油发电机组辅助预热系统控制过程分为预热阶段和后预热阶段，如图7所示。
（1）预热阶段
● 打开起动开关后，当冷却液温度低于9℃时预热器被接通（通过温度开关或ECU指令）。预热期间警告灯点亮，提示预热系统正在工作。预热循环阶段结束时警告灯熄灭，表示预热已完成，柴油发电机可以起动。
● 预热阶段的时间根据冷却液温度自动调整：温度在0～9℃时预热时间较短（约3～5s），温度在-10～0℃时预热时间中等（约5～15s），温度低于-10℃时预热时间较长（约15～30s）。预热完成后应立即起动，否则热量会散失。
（2）后预热阶段
● 柴油发电机起动后即为后预热阶段，时间不超过4min。后预热阶段的作用是加速暖机过程，改善发动机在冷态下的燃烧稳定性，降低燃烧噪声和减少白烟（未燃HC）排放。白烟是冷启动阶段燃烧不完全的典型表现，通过后预热可显著减轻。
● 当柴油发电机转速超过2500r/min后，后预热阶段提前结束，因为此时发动机已进入正常工作状态，自身产生的热量足以维持稳定燃烧。这种预热方式可以降低燃烧噪声、提高怠速稳定性和减低HC排放水平。
● 后预热阶段预热器的持续加热还有助于防止冷态怠速熄火——冷启动后若立即进入寒冷环境怠速运转，进气温度过低可能导致燃烧不稳定甚至熄火，后预热提供了一段过渡期，使发动机逐步建立热平衡。
|
起动预热系统 |
起动控制电路示意图 |
4. 低温启动的蓄电池容量考虑
（1）低温条件下蓄电池的放电容量显著下降——在-20℃时，蓄电池的放电容量仅为常温（25℃）时的约60%～70%。因此，在寒冷地区使用的发电机组应选用低温起动性能更好的蓄电池（如高CCA冷起动电流值的产品），并保持蓄电池处于充足电状态。
（2）预热系统（特别是电加热式）消耗的电流较大（峰值电流可达60～75A），应在预热过程中避免同时使用其他大功率用电设备，防止蓄电池电压过度下降。建议在预热完成后立即启动（不要等待），以免蓄电池电量进一步消耗。
（3）对于长期在寒冷环境中使用的发电机组，建议配置缸体加热器（水套加热器），在停机期间通过外接电源保持发动机温度在35～45℃，这样既能保证随时快速启动，又能减少预热系统对蓄电池的依赖。
结语
柴油发电机组在低温条件下的起动性能是衡量其可靠性的重要指标。预热系统通过进气预热、燃烧室预热或冷却液预热三种主要方式，在冷启动时提高压缩终了的空气温度，使喷入的柴油能够自燃着火。预热系统按控制方式可分为固定延时型、可变延时型和ECU控制型三种电路类型，现代电控柴油机普遍采用可变延时型或ECU控制型，根据冷却液温度、进气温度和蓄电池状态精确控制预热时间。预热过程分为预热阶段和后预热阶段，后预热阶段可有效降低燃烧噪声、提高怠速稳定性和减少HC排放。在寒冷地区使用时，应选用高CCA蓄电池并保持充足电，有条件的用户可配置缸体加热器进行长时间预热，确保发电机组在任何低温条件下都能可靠起动。
----------------
以上信息来源于互联网行业新闻，特此声明！
若有违反相关法律或者侵犯版权，请通知我们！
温馨提示：未经我方许可，请勿随意转载信息！
如果希望了解更多有关柴油发电机组技术数据与产品资料，请电话联系销售宣传部门或访问我们官网：https://www.11fdj.com
- 上一篇：PT（D）型喷油器的密封性、压力和喷雾试验
- 下一篇：发电机逆功率保护的作用及原理
