柴发机组冷起动影响条件与加热系统特征

冷启动时想要起动顺利，并且要求污染小、油耗低、转速稳定，这对将柴油发电机电子控制提出了更高的要求。康明斯公司在本文关于危害电控型发电机组冷启动性能的条件进行剖析，影响要素包括进气量、喷油时刻与时间柴油发电机厂家品牌、混合气的形成、点火正时、配气相位等，各个条件之间又都有相互联系，在进行性能优化时必须充分考虑其他因素的影响，要通过深入的讨论和试验，对柴油发电机冷起动时控制数据进行合理匹配，实现电喷型柴油发电机组在低污染、低油耗下保证低温冷启动成功。

      在柴油发电机做功过程中，较高燃烧压力发生在上止点后12°-15°时，做作用力较强，柴油发电机输出功率较大，从点火到较高燃烧压力点，得有一定的步骤，这就需要点火时刻在压缩行程上止点之前某个时刻，即以主轴转角表示的点火提前角。

      点火提前角的大小对柴油发电机性能的影响很大，点火提前角过小，则燃烧延长至膨胀流程，燃烧较高压力和温度下降，传热损失增多，排烟温度升高，热效率降低，功率降低；点火提前角过度，容易致使爆震，并且活塞还未到达上止点，气缸内可燃混合气的燃烧压力已很大，与活塞的运动方向相反，作用在活塞顶部，发生较大的负功，使高效容量减少。启动流程中点火提前角的选定极为关键，点火提前角过大过小都会导致功率无力，不足以克服柴油发电机阻力矩，使得柴油发电机难以启动。有实验数据表明，以康明斯柴油发电机为例，初始点火提前角为7°和-3°时，在启动流程中速度都发生跌至50 转/分钟以下的情况，较多上冲到500 转/分钟左右康明斯发电机组公司，柴油发电机难以起动成功；初始点火提前角为3°时，能顺利起动柴油发电机。

      因此，对于某一特定型号的柴油发电机，确定起动时的较佳点火提前角，以后随柴油发电机各种参数的变化而变化。危害较佳点火提前角的因素较多，如转速、负荷、大气压力、温度、燃料辛烷值、空燃比、残余废气系数、废气再循环等。

      柴油发电机不但难以启动，还造成排放污染物增多。混合气燃烧与启动、容量、温度之间的关系曲线所示。

① 混合气浓度过稀，缸内燃烧会很不完全，容易熄火，只有部分燃料参与燃烧，因而产生大量的HC排放。

② 混合气过浓，缺少助燃的空气，也会使得缸内燃烧不完全，燃烧转速降低，致使HC排放明显增加，同时CO增多。特别是首循环燃烧对于柴油发电机冷启动整体排放相当重要，如果首循环失火将发生大量的HC，并危害后续燃烧的稳定性。首循环燃烧的缸压较高，燃烧稳定，HC的排放就低，而首循环混合气浓度过浓或者太低时，瞬态HC排放会急剧增加。于是，柴油发电机起动首循环的控制必须首先确保混合气浓度。

① 柴油发电机首循环喷入的燃料，有大部分残留在进气道内，由于柴油发电机温度过低，较初几个循环中柴油液体不能充分蒸发，有一部分液体流进气缸内，凝结在气缸壁上，湿壁情形严重；

② 冷启动时缸壁温度过低，水蒸气易损生凝结，火花塞吸附液态燃料或水的可能较大，失火产生的概率增加；

③ 液体燃料只有部分蒸发，实际进入气缸的燃料不多，火焰传播时容易熄火。燃油沉积在气道壁面上，而进气道绝对压力随柴油发电机速度的变化相应剧烈变化，但速度的变化不可能与喷油量、燃料蒸发速度的变化恰到优点，难免会出现混合气过浓或者过稀，这些都造成柴油发电机无法着车和HC排放增多。

      为了保证冷启动可靠，较初几个循环要供应非常浓的混合气，但浓的混合气导致HC排放大大增多，故而冷启动工况，在保证可靠点火的前提下，必须控制较初几个循环的混合气浓度，来减小HC的排放。影响混合气浓度的要素有启动时的进气量、喷油时间和时刻等。

（1）大气温度、冷却水温度低，燃油的雾化质量较差，需供应较大的循环供油量，使得混合气加浓，冷却液温度越低，混合气越浓；

（2）缸壁的激冷效应会造成火焰淬熄现状，部分混合气未燃或者不完全燃烧，致使HC和CO的排放量较大。随着冷却水温度和燃烧室壁面温度的逐渐升高，激冷层厚度不断减小，循环供油量也在逐渐减轻，混合气浓度不断减轻。电控柴油发电机控制根据启动时防锈水温度确定基本循环供油量，与进气量合理匹配，形成合适的混合气浓度，顺利启动柴油发电机。由于供油量较大，为了防止火花塞“淹死”，有的柴油发电机控制机构要求电磁喷油嘴在柴油发电机每一转中分多次进行喷射。如康明斯柴油发电机在冷起动时，与冷却液温度有关的喷油量以主轴喷3次/圈的程序喷入，共喷5圈。在喷完5圈后，喷油量变小至一个与转速有关的喷油量。

      改良燃油的挥发性对降低冷启动流程HC排放有利，据报道，有探讨者设计了部分氧化机构，将液体燃料转化为气态燃料，还有进气道空气辅助喷射，如此在冷启动阶段就可少提供一些燃油，降低HC排放。改善燃料的雾化效果，减少燃油粒径，尽量减少燃油在进气道和燃烧室壁面的沉积，也有利于减轻HC排放。国内外许多研究者作了积极的探索，如操作涡旋型喷油器，并在喷油器内部装配加热装置。燃料蒸发和雾化变好，有利于形成合适的混合气浓度，即便于起动，又减轻HC的排放。

      配气相位直接影响进入汽缸的混合气品质及混合气形成和燃烧特性，相位演示图如图2所示。在起动阶段，转速低，进入气缸的空气流速慢，因此对混合气的扰流强度小，恶化了燃油混合的均匀性及蒸发和雾化质量，在启动程序气门重迭角期间，进气管和缸内真空度很高有可能会使废气倒流，前一个循环残余废气对工质进行稀释，混合气的质量变差，危害火焰前锋的发展，引起下一个循环燃烧恶化，不利于冷起动程序燃烧的稳定性。不佳的气门重迭角还会使未燃的混合气由排气门短路逃逸，造成HC排放量剧增，无法开启。因此，确定起动时的配气相位至关重要。

      通过剖析探讨，柴油发电机冷启动时需要控制的内容包括进气量、喷油时刻与时间、混合气的形成、点火正时、配气相位等。各个条件之间都有相互联系，在进行性能优化时都必须考虑其他因素的危害，要通过深入研讨和试验，对柴油发电机冷启动时控制数据进行合理匹配，使柴油发电机启动顺利，并且污染小，油耗低，转速稳定，则对柴油发电机电子控制提出了更高的要求，很好地规划一个全方位的控制办法，确定柴油发电机冷启动时的控制步骤，较终实现冷起动时各参数的精确控制，在低污染、低油耗下保证低温冷起动成功。

 图1  柴油发电机空燃比曲线  柴油发电机配气相位示意图

      乙醚电磁阀控制是被用于驱动输送乙醚到进气歧管的继电器和/或电磁阀。当有操作启动机构的指令时，ECU控制乙醚电磁阀的控制输出。康明斯供应与每个柴油发电机独特冷启动办法相符合的可选乙醚启动机构。请参见工业柴油发电机零部件价格清单。如果使用第三方的乙醚喷射系统，康明斯柴油发电机的质保无效。

      如果水温传感器和进气温度感应器存在损坏。ECM不激活乙醚喷射装置。如果水温感应器或进气温度探头其中一个有故障，那么正常的传感器将操作在乙醚控制手段中。如果冷却液温度传感器和进气温度探头都是有效的，那么冷的温度将被使用。如果两个传感器都是高效，那么进气加热器的使用将不会影响乙醚控制方案。

      乙醚控制举措是以温度和海拔为基本建立在乙醚喷射期间的。如果温度在临界值以下{在海平面0℃(32℉)}，并试图使柴油发电机起动，乙醚电磁阀控制将“激活“，直到柴油发电机转速达到少于低怠速的50转速。如果柴油发电机已启动或避免燃料注射重复情况，乙醚电磁阀控制将“禁止”柴油发电机官网。

      进气加热（IAH）被用来改进柴油发电机的冷起动。ECM通过进气加热器继电器来控制IAH。加热器和继电器是装配在康明斯的柴油发电机上，安装实例如图3所示，电路连接如图4所示。进气加热器和乙醚起动装置能装配在同一个柴油发电机上。ECU起动机构方案控制装置的优先级，以便这些装置不能在同一时间操作。

      进气加热器运转在5个不同的阶段分为容量上升，预先加热，柴油发电机摇车，柴油发电机运转和后加热。进气加热器运行在各个阶段的调变点温度取决于冷却水温度和进气温度合计。

      加热器和等待启动灯将打开，如果温度无法满足预加热要素，那么2秒钟后灯会关闭。上升周期本来主要是元件检验阶段，将不会理会温度或柴油发电机速度如何。

      如果冷却水温度和进气歧管空气温度合计低于64℃(147℉)，在预加热周期ECM将转化到进气空气加热器继电器输出，并且等待起动灯开启30秒以上。如果预加热结束以前就试图启动柴油发电机，在柴油发电机盘车启动期间ECU将继续控制加热器。当柴油发电机测量到速度时等待启动灯将关闭。如果柴油发电机转速仍然是0转速，不管温度怎生，较多30秒钟后加热器和灯都将关闭。

      当在盘车期间，如果冷却液温度和进气歧管温度合计少于147℉或64℃，加热器将开启。如果柴油发电机不能起动，预加热周期将重启。

      柴油发电机获得较低的怠速后，通过进气歧管空气温度和防锈水温度的组合来决定IAH是否运转。如果温度要素满足，加热器可能开启较多7分钟。任何时候进气歧管空气温度和冷却水温度合计超过147℉或64℃，进气管加热器将关闭。如果柴油发电机熄火或停止，预加热周期会重启。

      如果柴油发电机处于运转周期7分钟后，冷却水温度和空气温度是低于147℉或64℃。那么加热器会循环在开启和停止之间再运行13分钟，此时该周期会10秒钟开启和10秒钟关闭。

      如果水温传感器和进气歧管空气温度探头存在损坏，ECU将不会激活空气进气加热器。如果水温感应器存在活动代码，并且进气歧管空气温度低于10℃(50℉)，那么加热器将被激活。如果进气歧管温度探头存在活动代码，并且防锈水温度低于40℃(104℉)，那么加热器将被激活。

      客户负责连接进气加热器继电器则连接头到蓄电池电压，康明斯引荐在这一线 安培的电路保护，且有持续100安培的电流负载能力。进气加热器继电器较长开启时间为7分钟，较低需要导线AWG 。储电池电源线必须固定，并且不要附着在燃油管线N.m的功率紧固在接线端子上的线鼻子。线鼻子螺母和锁紧垫圈是继电器配备好的。

启动步骤的控制一方面要顺利启动，另一方面要控制排放污染物。柴油发电机正常起动的三个条件为强且正时准确的高压火花、合适的空燃比、足够的气缸压力，这三方面均应符合要求，缺一不可。

总之，深圳发电机出租公司清楚地认识到危害柴油发电机启动的决定要素有压力、点火、供油、温度、较低启动速度。除此之外，为使柴油发电机顺利起动，还必须具备其基本前提：即柴油发电机安装要符合有关技术说明，如各轴瓦的配合间隙、气门间隙、配气相位以及各运动副之间的润滑情况。否则，过大的曲轴功率将使启动机带不动。不准确的配气相位（气门开闭）也危害其正常启动。